In Zweden zijn organische moleculen ontwikkeld waarin je zonne-energie desnoods jarenlang kunt opslaan. Daarna kun je die energie gecontroleerd weer aftappen, claimen Kasper Moth-Poulsen en collega’s van Chalmers University of Technology in Göteborg.

Ze hebben hun relaas over molecular solar thermal energy storage (MOST) uitgesmeerd over vier publicaties, waarvan de laatste onlangs verscheen in Energy & Environmental Science. Daaruit blijkt dat het onderliggende idee al vele jaren oud is maar dat kennelijk niemand ooit moeite heeft gedaan om het serieus uit te werken

De moleculen zijn norbornadiënen (NBD), die je volgens Moth-Poulsen vrij gemakkelijk moet kunnen synthetiseren op grote schaal. Onder invloed van zonlicht isomeriseren ze tot quadricyclanen (QC): het koolstofskelet wordt herschikt, wat leidt tot een veel hogere energie-inhoud.

De quadricyclanen zijn metastabiel. Als ze terugveranderen in norbornadiënen komt de opgeslagen energie weer vrij, maar om dat proces in gang te zetten hebben ze een zetje nodig. De Zweden doen dat het liefste via heterogene katalyse, dus op een vast katalysatorbed, om het wisselen tussen energie-opslag en energie-afgifte technisch zo eenvoudig mogelijk te maken.

Ze denken dan aan een flowbatterij: vloeistof heen en weer pompen tussen een NBD- en een QC-vat, met isomerisatie onderweg.

De laatste publicatie gaat primair over de katalysatorkeuze. Bij vergelijking van veertien anorganische en organische metaalzouten kwam kobaltftalocyanine (CoPc) bovendrijven als beste kandidaat. Nadeel van CoPc is dat het enigszins oplost in de tolueen die dient als oplosmiddel voor NBD en QC; dat kun je echter ondervangen door adsorptie in actieve kool. Bijverschijnsel is dat CoPC hier ook zelf veel actiever door wordt, waarschijnlijk omdat de geadsorbeerde moleculen niet meer kunnen klonteren.

Een proefopzetje waarbij een oplossing van het hier getoonde QC-1 door een actief-koolbed stroomde, liet een temperatuurstijging van 20 tot 83,2 °C zien. Dat geeft op zijn minst hoop op praktische toepassing als alternatief voor zonneboilers.

De halfwaardetijd van QC-1 (dus de tijd waarin de helft van de moleculen uit zichzelf terug-isomeriseert naar NBD-1) bedraagt 30 dagen. In Chemistry: A European Journal heeft Moth-Poulsen echter al QC’s gepresenteerd waarbij die halfwaardetijd oploopt tot 18 jaar. In Nature Communications lanceerde hij het idee om de energiedichtheid te verhogen door met die- of trimeren te werken, en in Advanced Energy Materials liet hij zien dat je NBD’s ook vloeibaar kunt maken zodat je geen tolueen meer nodig hebt.

bron: Chalmers