En forskargrupp vid Chalmers har under en kort period gjort stora framsteg i utvecklingen av en specialdesignad molekyl som kan lagra solenergi för senare användning. Framstegen har presenterats i fyra vetenskapliga artiklar i år, bland annat nyligen i den mycket högt rankade tidskriften Energy & Environmental Science.
För cirka ett år sedan visade forskarteamet en molekyl som har förmågan att lagra solenergi. Molekylen, som består av kol, väte och kväve, har den unika egenskapen att när den träffas av solljus så byter den skepnad till en energirik isomer, en molekyl som består av samma atomer men sammanbundna på ett annat sätt.
Isomeren kan sedan lagras för att användas senare, till exempel på natten eller på vintern. Ämnet är en vätska och är anpassat för ett solenergisystem som forskarna kallar Most (Molecular solar thermal energy storage). Bara under det senaste året har forskarteamet, som leds av Kasper Moth-Poulsen, biträdande professor i nanomaterialkemi, gjort stora framsteg i utvecklingen av Most.
– Vi kan nu spara energin i upp till 18 år och när vi vill använda den får vi en värmeökning som är högre än vi vågat hoppas på, säger Kasper Moth-Poulsen
Katalysatorn fungerar som ett filter som vätskan spolas genom. Har vätskan en temperatur på 20°Celsius när den pumpas in i filtret så kommer den vara 83°Celsius när den kommer ut på andra sidan.
Under samma period lyckades forskarna utforma molekylen så att den energibärande isomeren nu har förmågan att behålla energivärdet i upp till 18 år, en avgörande del för projektet som i första hand handlar om kemisk energilagring. Dessutom hade systemet hittills byggt på att ämnet varit uppblandat med det brandfarliga ämnet toluen, men nu fann forskarna ett sätt att utesluta toluen och istället enbart använda energilagringsmolekylen.
Framstegen innebär att energisystemet Most nu fungerar cirkulärt. Först fångar vätskan upp energi från solljus i en solfångare på taket. Därefter kan den lagras utan att förlora energin. När energin ska användas körs den genom katalysatorn så att vätskan blir varm. Värmen skulle till exempel kunna användas till elementen i ett hus, och vätskan kan sedan skickas tillbaka upp på taket igen för att ansamla mer energi – helt utan utsläpp eller försämrade egenskaper hos molekylen.
– Vi har gjort många avgörande framsteg väldigt snabbt den senaste tiden och idag har vi ett utsläppsfritt energisystem som fungerar året om, säger Kasper Moth-Poulsen.
Solfångaren består av en konkav reflektor med ett rör i mitten. Den följer solens vandring över himlen och fungerar på samma sätt som en parabolantenn genom att fokusera solens strålar till en punkt där vätskan leds igenom ett rör. Det är även möjligt att lägga till ytterligare ett rör med vanligt vatten för att kombinera systemet med konventionell vattenvärmning.
Nästa steg för forskarna är nu att bygga ihop allt detta till ett sammanhängande system.
– Det finns mycket kvar att göra. Vi har just fått systemet att fungera. Nu ska vi se till att det blir optimalt utformat, säger Kasper Moth-Poulsen.
Lagringstiden är gruppen nöjd med, men energivärdet tror Kasper kan ökas mycket mer. Han ser det som fullt möjligt att forskargruppen inom kort kommer nå en temperaturökning på åtminstone 110°Celsius, och bedömer att teknologin skulle kunna vara i bruk inom 10 år.
Text: Mats Tiborn
Illustration: Yen Strandqvist
Mer om: Framstegen bakom de fyra vetenskapliga publiceringarna
Forskargruppen har publicerat hela fyra vetenskapliga artiklar om energisystemet under 2018.
1. Removing the need for toluene to be mixed with the molecule. Liquid Norbornadiene Photoswitches for Solar Energy Storage in the journal Advanced Energy Materials.
2. Increasing energy density and storage times. Molecular Solar Thermal Energy Storage in photoswitch oligomers increases energy densities and storage times in the journal Nature Communications.
3. Achieving energy storage of up to 18 years. Norbornadiene-based photoswitches with exceptional combination of solar spectrum match and long-term energy storage in Chemistry: A European Journal.
4. New record in how efficiently heating can be done. The liquid can increase 63° C in temperature. Macroscopic Heat Release in a Molecular Solar Thermal Energy Storage System in the journal Energy and Environmental Science.
- Professor, Tillämpad kemi, Kemi och kemiteknik