Zonneschijn in een ‘flesje’? Onderzoekers slagen erin om zonne-energie op te slaan in molecuul

  • Tegen 2020 is hernieuwbare energie waarschijnlijk goedkoper dan fossiele brandstoffen
  • Opslag blijft het grootste obstakel voor een bredere adoptie van zonne-energie
  • Zweedse onderzoekers hebben een manier gevonden om zonne-energie te ‘bottelen’
  • Het MOST-systeem kan zonne-energie tot wel 18 jaar opslaan

Naarmate de wereld zich steeds meer bewust werd van de gevolgen van klimaatverandering, zijn hernieuwbare energiebronnen de laatste jaren een aantrekkelijk alternatief geworden voor onze huidige brandstoffen. Terwijl het grootste deel van de wereldwijde energieproductie nog steeds voornamelijk afhankelijk is van fossiele brandstoffen, is de verwachting dat dit de komende decennia verandert. Volgens de US Energy Information Administration (EIA) waren hernieuwbare bronnen in 2015 goed voor ongeveer 23 procent van de wereldwijde elektriciteitsopwekking. Voorspeld wordt dat dit in 2040 zal stijgen tot 31 procent.

Tegen 2020 is hernieuwbare energie waarschijnlijk goedkoper dan fossiele brandstoffen

Een andere factor die bijdraagt aan de groeiende populariteit van hernieuwbare energiebronnen zijn de dalende prijzen. Het International Renewable Energy Agency (IREA) schat dat hernieuwbare energie tegen 2020 goedkoper zal zijn dan fossiele brandstoffen, wat de adoptie ervan in de toekomst alleen maar zal versnellen. “Deze nieuwe dynamiek betekent een belangrijke verschuiving in het energieparadigma”, zegt Adnan Amin, directeur-generaal van de IREA. “Het gebruik van hernieuwbare energie voor elektriciteitsproductie is niet alleen een milieubewuste beslissing, het wordt ook steeds meer een slimme economische overweging”.

Windmolens en zonnepanelen in groen landschap met berg
Een andere factor die bijdraagt aan de groeiende populariteit van hernieuwbare energiebronnen zijn de dalende prijzen.

Opslag blijft het grootste obstakel voor een bredere adoptie van zonne-energie

Vooral als het gaat om zonne-energie is opslag altijd het grootste obstakel geweest voor een bredere adoptie. Hoewel het mogelijk is om zonne-energie om te zetten in elektriciteit en op te slaan in batterijen, zijn deze extreem duur en schadelijk voor het milieu. Onze bestaande batterijtechnologie is namelijk nog steeds sterk afhankelijk van het gebruik van giftige materialen. Maar wat als er een betere manier was? Wat als we in zonne-energie als het ware zouden kunnen bottelen en opslaan voor later gebruik zonder dat je daar batterijen voor nodig hebt? Dat is precies wat onderzoekers van de Chalmers University of Technology in Zweden voor elkaar hebben gekregen.

Zweedse onderzoekers hebben een manier gevonden om zonne-energie te ‘bottelen’

De onderzoekers hebben een speciale molecuul ontdekt die zonne-energie kan opvangen, deze voor langere tijd kan opslaan en vervolgens op verzoek vrij kan geven in de vorm van warmte. De molecuul, norbornadieen genoemd, bestaat uit koolstof, waterstof en stikstofatomen. Bij blootstelling aan zonlicht wordt norbornadieen omgezet in het energierijke quadricyclaan-isomeer. Tijdens dit proces wordt in de nieuwe verbinding zonne-energie opgevangen, die deze ook na afkoeling vasthoudt. Om de opgevangen energie op een later tijdstip te gebruiken, wordt het door een katalysator gevoerd die de quadricyclaan weer verandert in norbornadieen. Vervolgens wordt de energie die hierin zit weer als warmte afgegeven.

Als proof of concept hebben de onderzoekers het Molecular Solar Thermal Energy Storage prototypesysteem (MOST) ontwikkeld. Dit bestaat uit een circulair systeem van transparante buizen die in verbinding staan met een zonnecollector op het dak van een gebouw. De collector fungeert als een satellietschotel, waarbij de zonnestralen op de buizen worden gericht die de vloeibare norbornadieen transporteren. Hierdoor transformeert het norbornadieen in quadricyclaan en vangt het de zonne-energie op. Deze wordt dan door de buizen naar de opslagtanks getransporteerd en op kamertemperatuur gehouden. Om de opgeslagen energie te gebruiken, moet de quadricyclaan eerst door een katalysator gepompt worden. Dit veroorzaakt een chemische reactie die de vloeistof met 63 graden Celsius verwarmt en ervoor zorgt dat de quadricyclaan weer verandert in norbornadieen. De verwarmde vloeistof kan dan onder andere worden gebruikt voor het verwarmen van residentiële en commerciële gebouwen.

Het MOST-systeem kan energie tot wel 18 jaar opslaan

Het concept van thermische zonnebrandstoffen is niet nieuw. Andere onderzoekers hebben in het verleden ook al geëxperimenteerd met norbornadieen, zij het zonder veel succes. De vloeibare brandstoffen die ze toen ontwikkelden konden slechts enkele cycli meegaan voordat ze werden afgebroken. Ze konden de energie niet lang vasthouden en moesten om de brandstof te verdunnen met giftige oplosmiddelen gemengd worden. Maar de Chalmers onderzoekers zijn erin geslaagd om deze problemen op te lossen. “De energie in dit isomeer kan nu tot 18 jaar worden opgeslagen. En als we de energie willen gebruiken, krijgen we een warmtetoename die veel groter is dan we durfden te hopen”, zegt Kasper Moth-Poulsen, professor aan de afdeling Scheikunde en Chemische Technologie van de Chalmers University of Technology en de leider van het onderzoeksteam. Bovendien vonden ze een manier om de isomeer te gebruiken zonder de ontvlambare chemische stof tolueen, die ze in de eerdere versies van het systeem nog wel nodig hadden. Volgens Moth-Poulsen kan de brandstof tot 250 watt per kilogram energie opslaan. Dit is twee keer zoveel als de energiecapaciteit van Tesla’s Powerwall batterijen.

Er is echter nog veel ruimte voor verbetering en het zal nog minstens tien jaar duren voordat het MOST-systeem klaar is voor commercieel gebruik. De brandstof heeft momenteel een zeer laag rendement en reageert alleen op ultraviolette en blauwe zonnestralen, die maar 5 procent van de totale beschikbare zonne-energie vertegenwoordigen. In de toekomst hoopt het team de gevoeligheid van de brandstof uit te breiden en de temperatuurstijging op te voeren tot minstens 80 graden Celsius, waardoor het systeem ook elektriciteit kan opwekken.

Zonne-energie is de laatste jaren veel populairder geworden, maar wordt nog niet op grote schaal gebruikt. Een van de belangrijkste redenen is dat we nog steeds geen goedkope, schone en efficiënte manier hebben gevonden om die energie op te slaan. Maar het bottelen van zonne-energie is misschien het antwoord. Hoewel deze technologie nog niet geschikt is voor commercieel gebruik, kan het de overgang naar hernieuwbare energiebronnen wel aanzienlijk versnellen en een oplossing bieden voor ons klimaatprobleem.

Gratis e-books voor 13 sectoren.

De wereld verandert in snel tempo en dat heeft grote impact op all sectoren. Daarom hebben we voor maar liefst 13 sectoren een compact e-book ontwikkeld. Daarin vind je de laatste trends op een rij, onderbouwd met interessante statistieken.
Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Dit blog is geschreven door Richard van Hooijdonk

Trendwatcher, futurist en internationaal topspreker Richard Van Hooijdonk neemt je mee naar een inspirerende toekomst die leven, werken en ondernemen drastisch gaat veranderen.

Alle Lezingen