7 min

Molekyler lagrar solenergi

Solens strålar är en förnybar energikälla med enorm potential. Kasper Moth-Poulsen utvecklar ett nytt, lovande koncept med konstgjorda molekyler som både kan fånga, långtidslagra och frigöra solenergin, för att på så vis kunna använda den även när solen inte skiner.

Kasper Moth-Poulsen

Docent i tillämpad kemi

Wallenberg Academy Fellow 2014

Lärosäte:
Chalmers tekniska högskola

Forskningsområde:
Omvandling av solenergi till kemisk energi i molekyler

Ny teknik som kan ta tillvara solens energi på ett effektivt och billigt sätt efterfrågas i hela världen. Utvecklingen drivs på av klimatförändringar och samhällets gigantiska behov av förnybar energi.

– Det är en jättespännande tid att forska inom det här området. Förhoppningsvis kan vår teknologi utvecklas så pass snabbt att den också kan bidra till utvecklingen som nu sker på området, säger Kasper Moth-Poulsen.

Solenergi kan inte lagras idag. Den måste användas direkt, när solen skiner. Det är ett stort problem, inte minst i vår solfattigare del av jordklotet. Tekniken Kasper Moth-Poulsen och hans forskargrupp tar fram, skapar möjligheter att kunna använda solenergin när och var man vill.

– Traditionell teknik skulle ha solceller och batteri men vi försöker göra allt i ett. Vårt koncept MOST, Molecular Solar Thermal, omvandlar solenergi till kemisk energi som lagras i specialdesignade molekyler. När vi behöver energin kan vi trigga molekylerna att frigöra den lagrade energin för att till exempel värma hus, eller omvandla den till elektricitet.

Idén föddes i Kalifornien

Kasper Moth-Poulsen läste kemi vid Köpenhamns universitet och disputerade inom molekylelektronik. Några år senare, i soliga Kalifornien som postdok på University of California, Berkeley, började han arbeta inom området termisk energilagring. När Kasper Moth-Poulsen flyttade till Chalmers 2011 tog han med sig idén att lagra solenergi i molekyler till sin egen forskargrupp. Den här tekniken vidareutvecklas nu med stöd av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

”Anslaget gör att vi vågar göra lite mer riskfyllda projekt, över lite längre tid. Jag kan ha en större forskargrupp och det betyder otroligt mycket för vilka frågeställningar vi kan attackera. Ett sådant stort anslag ger också ett erkännande och ökat självförtroende för mig som forskare.”

– Tillsammans med forskare vid UC Berkeley har vi i experiment visat att vi kan lagra och frigöra solenergi med samma molekyler. Det här är egentligen ett gammalt koncept från 1970-talet som tagit fart igen de senaste åren. Med nya datorteknologiska möjligheter kan vi nu bättre designa molekylerna och förstå hur de fungerar.

Resultaten som publicerades 2012 fick stor internationell uppmärksamhet, berättar Kasper Moth-Poulsen. Förra året gjorde hans forskargrupp ytterligare ett viktigt genombrott när de visade att de kunde förbättra effektiviteten i molekylernas lagring och energiomvandling.

Forskargruppen har vuxit från 3 personer till 15 på två år. En utmaning i sig för en ung forskningsledare, men med fler forskare kan han också ta sig an större och svårare frågor. Den tvärvetenskapliga miljön på Chalmers skapar extra goda förutsättningar för att lyckas med den här typen av projekt, tror Kasper Moth-Poulsen.

– Jag är kemist men arbetar mycket med fysiker, bland annat Paul Erhart här i samma korridor, som också är Wallenberg Academy Fellow. Han räknar på våra molekyler och gör kvantfysiska datormodeller för hur de ska fungera. Sedan testar vi dem.

Nanopartikel katalyserar

Tanken är att man ska kunna återanvända samma molekyler om och om igen i många år. Hela processen sker i ett slutet system utan skadlig miljöpåverkan i form av utsläpp av koldioxid eller kemikalier, förklarar Kasper Moth-Poulsen.

– Forskningen vi gör här handlar inte bara om att utveckla en ny molekyl utan hela processen från lagring till frigivning av energin.

En utmaning är att förbättra absorptionen av solenergi i molekylen, för att ta vara på så mycket som möjligt av solljuset. De kiselbaserade solceller som finns på marknaden omvandlar bara upp till cirka 32 procent av solljuset till energi. Kasper Moth-Poulsen siktar på högre effektivitet.

– Vi arbetar också intensivt med att, med hjälp av nanoteknologi, ta fram en katalysator som ska hjälpa till att frigöra energin som lagrats. Det är en lång process, men vi har nyligen hittat en ny katalysator som ser ut att fungera.

Ju högre temperatur på värmeenergin man får ut från molekylerna, ju fler applikationer kan man tänka sig.

– Just nu ligger vi kring 50 grader men vi vill gärna gå mycket längre än det, till 100 grader eller mer, vi får se hur långt vi kommer.

Industrin intresserad

Molekyler och nanokatalysatorer tas fram i kemilabben på samma våningsplan som Kasper Moth-Poulsens kontor. Här finns även tekniklabben där forskarna utför demonstrationer av energilagringskoncepten. De börjar med väldigt enkla försök med sollampor som belyser vätskan med molekylerna. För tillfället är det en klass molekyler som kallas norbornadien som testas.

– De närmaste fem åren hoppas vi kunna gå från grundläggande till mer verklighetstrogna demonstrationer av koncepten.

Solenergiindustrin har redan visat intresse för tekniken. Men Kasper Moth-Poulsen vill komma några steg till innan han inleder konkreta samarbeten.

– Även om det är ren grundforskning nu så hoppas vi att när det här projektet är slut om 5-10 år ha kommit en bra bit mot framtida nischapplikationer. Allteftersom, och beroende på hur bra det blir, så öppnas förhoppningsvis olika möjligheter.

Text Susanne Rosén
Bild Magnus Bergström