Wie das organische Metall Fulven Diruthenium Solarenergie speichert

Cambridge (USA) - Von der Sonne wird jeden Tag eine enorme Energiemenge auf die Erde gesandt. In den letzten Jahren wurden viele Methoden entwickelt, diese Energie wirtschaftlich zu nutzen. Ein auftretendes Problem ist dabei oft die eingeschränkte Speicherungsmöglichkeit der Solarenergie. Das sogenannte Fulven Diruthenium kann die Wärme der Sonne in seinen chemischen Bindungen speichern. Amerikanischen Forschern ist es nun gelungen zu verstehen, wie genau dieses Material die gespeicherte Wärme der Sonne wieder abgibt. Damit ließen sich in Zukunft Materialien entwickeln, die Solarenergie ähnlich einer Batterie speichern und zum gewünschten Zeitpunkt wieder verfügbar machen.

Fulven Diruthenium ist ein organisches Metall, das heißt, seine Moleküle enthalten sowohl Metalle als auch Kohlenstoff. Empfängt es Sonnenlicht, so wird die Anordnung der Atome im Molekül verändert und die Energie dadurch gespeichert. Oft sind solche Zustände sehr instabil und das Molekül geht schon nach kürzester Zeit unter Energieabgabe in seine ursprüngliche Form zurück. Bei Fulven Diruthenium jedoch hat der höhere Energiezustand ohne äußeres Einwirken praktisch unendliche Lebensdauer. Soll die Energie wieder freigesetzt werden, so müssen eine kleine Energiemenge oder ein Katalysator zugeführt werden. Bisher verstanden Wissenschaftler nicht, warum der höhere Energiezustand von Fulven Diruthenium so stabil ist und warum sich der Prozess so leicht rückgängig machen lässt. Das konnte eine Forschergruppe des Lawrence Livermore National Laboratory, des Massachusetts Institute of Technology und der University of California in Berkeley nun erklären. "Es stellte sich heraus, dass es einen Zwischenschritt gibt, der eine wichtige Rolle spielt", sagt Jeffrey Grossman, Professor am Massachusetts Institute of Technology. Die Atome des Fulven Diruthenium können nicht aus dem höheren Energiezustand direkt in den ursprünglichen Zustand zurückfallen, sondern müssen vorher in einen dritten Zustand wechseln. Dieser benötigt eine noch höhere Energiemenge und ist folglich schwer zu erreichen. Da er aber sehr instabil ist, wird die Energiespeicherung von diesem Zustand aus schnell rückgängig gemacht.

Setzt Fulven Diruthenium die gespeicherte Energie wieder frei, so kann es bis zu 200 Grad heiß werden. "Dies würde zum beheizen einer Wohnung oder zum Antrieb eines Motors ausreichen," so Grossmann, "Die Wärme wird in Form eines Treibstoffes gespeichert. Man kann den Treibstoff in die Sonne stellen, ihn aufladen, dann die Wärme verwenden und dann den selben Treibstoff zurück in die Sonne stellen um ihn wieder aufzuladen." Außerdem hat die Methode den Vorteil, dass sich die gespeicherte Energie leicht transportieren lässt.

Leider ist das in Fulven Diruthenium enthaltene Ruthenium ein sehr seltenes und teures Material. Zur wirtschaftlichen Nutzung ist es darum nicht geeignet. Nachdem aber nun voll verstanden ist, über welche Prozesse die Energie gespeichert und freigegeben wird, kann die Suche nach ähnlichen, aber billigeren Materialien mit gleichen Eigenschaften beginnen.