Molekulare Schalter zur Nutzung von Sonnenenergie

Nr. 51 • 4. April 2023 

Mit heutigen Technologien lässt sich Sonnenenergie via Fotovoltaik direkt oder mit Windenergie beziehungsweise Wasserkraft indirekt in Strom umwandeln. Die Verfügbarkeit von Sonnenenergie schwankt jedoch regional wie zeitlich stark, weshalb die Speicherung von Energie eine große Herausforderung darstellt. An neuartigen molekularen Materialien zur Energiespeicherung arbeitet die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Hermann A. Wegner am Institut für Organische Chemie der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU). In der neuen DFG-Forschungsgruppe „Molekulares Management von Sonnenenergie – Chemie von MOST-Systemen“ untersuchen die Forscherinnen und Forscher das Potenzial fotoschaltbarer Moleküle, die einzeln sowohl die Umwandlung als auch die Speicherung und Freisetzung von Sonnenenergie in sogenannten Solarthermiespeichern (MOST-Systemen) bewerkstelligen können. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert diese Gruppe mit insgesamt rund 4,8 Millionen Euro für zunächst vier Jahre.

„Dieser Forschungsansatz ist höchst innovativ und birgt erhebliches Anwendungspotenzial für zukünftige nachhaltige Energiespeicherkonzepte“, so JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee. „Die neue Gruppe stärkt unseren Forschungsschwerpunkt ‚Material und Energie‘ und ist zudem ein Paradebeispiel für ein zukunftsweisendes Verbundforschungsvorhaben. Ich gratuliere allen Beteiligten herzlich zu diesem Erfolg.“

Die Entwicklung von MOST-Systemen mit maßgeschneiderten Fotoschaltern, die bestimmte Kriterien wie eine hohe Energiespeicherdichte und Reversibilität sowie eine gute Stabilität besitzen müssen, stellen die Chemie vor große Herausforderungen. Ein multidisziplinärer Ansatz, der das Knowhow zur Entwicklung neuer MOST-Schalter, zur Erforschung ihrer Funktionalität, zur Modellierung ihrer Eigenschaften und zum Testen in Demonstrationsgeräten vereint, ist daher unerlässlich. „In der Forschungsgruppe FOR MOST bündeln wir diese Expertise mit herausragenden, auch internationalen Forschenden unterschiedlicher Fachgebiete, um das aufstrebende Gebiet der molekularen Solarthermiespeicher (MOST) voranzubringen“, so Prof. Wegner, Sprecher der neuen Forschungsgruppe. „Die dabei erhaltenen Erkenntnisse gehen jedoch weit über das MOST-Konzept hinaus und werden wertvolle Beiträge in Bereich der organischen Fotochemie leisten.“ Beteiligt sind neben drei Arbeitsgruppen der JLU auch Forschende der Universitäten Tübingen, Heidelberg und Erlangen-Nürnberg sowie des Institute of Materials Science in Barcelona (Spanien).

Das Funktionsprinzip der fotoschaltbaren Moleküle schildert Prof. Dr. Wegner so: „Ein schaltbares Molekül absorbiert Licht und wird von einem Niederenergiezustand in einen metastabilen Hochenergiezustand überführt. Um die gespeicherte Energie freizusetzen, wird ein externer Auslöser – zum Beispiel Wärme, ein Katalysator, Licht oder ein elektrisches Feld – angelegt und das Molekül kehrt in seinen Grundzustand zurück, wobei es die chemische Energie in Wärme umwandelt.“ Das Konzept hat den großen Vorteil, dass Energieaufnahme,  -speicherung und -abgabe mit ein und demselben Molekül bewerkstelligt werden kann.

• Kontakt
  Prof. Dr. Hermann A. Wegner
  Institut Organische Chemie
  Telefon: 0641 99-34330
  E-Mail: Hermann.A.Wegner

Presse, Kommunikation und Marketing • Justus-Liebig-Universität Gießen • Telefon: 0641 99-12041