Eine Hauptschwierigkeit mit der Solarenergie besteht in ihrer vermeintlich unmöglichen Speicherung, doch dieses Problem könnte sich mit Norbornadienen lösen lassen.
Erzeugt man mit Solarzellen aus der Sonnenenergie direkt Strom, so muss man ihn am besten gleich verbrauchen. Wenn das nicht geht, speichert man die Energie zur späteren Verwendung in einem Sekundärsystem, etwa in einem Reservoir mit erwärmtem Wasser. Bei jedem Schritt müssen Energieverluste in Kauf genommen werden.
Hunderttausende Kandidaten
Nicht so bei einem dritten Weg: Die Energie der Sonne wird zunächst in lichtempfindlichen Materialien gespeichert und bei Bedarf freigesetzt. So werden in einem EU-Projekt namens MOST (Molecular Solar Thermal Energy Storage) Moleküle erforscht, die als molekulare Lichtschalter Sonnenlicht einfangen und als Energie für eine spätere Wärmenutzung lange speichern können. Damit könnte eine emissionsfreie Solarenergiespeicherung bei Raumtemperatur Realität werden.
Als Kandidaten für diese Aufgabe werden Norbornadiene gehandelt. Lichteinfall schaltet diese bizyklische Diene in einen gespannten, energiereichen Zustand um. Nun besteht allerdings der chemische Raum aus ungefähr 466.000 solcher bizyklischer Diene. Das wirft die Frage auf: Welche Kandidaten sind für die Anwendung in der MOST-Technologie die heissesten?
Sechs an der Spitze
Eine derartig grosse Datenbank lässt sich meist am besten mit Hilfe von ML-Verfahren durchkämmen (maschinelles Lernen). Allerdings fehlten für die Norbornadiene bis vor kurzem genügend Trainingsdaten. Mit einem eigens entwickelten Algorithmus kam aber jetzt ein eindeutiges Ergebnis heraus: Sechs Moleküle setzten sich mit besonders hohen Energiespeicher-Potenzialen an die Spitze. Gegenüber den bekanntesten Vertretern der Stoffgruppe, den Norbornadien-Quadricyclanen, besitzen sie eine erweiterte molekulare Brücke zwischen den beiden Kohlenstoffringen im Bizyklus.
Was in silico berechnet wurde, muss sich freilich noch im Experiment beweisen. Dazu sind die Siegermoleküle zu synthetisieren. Ausserdem ist ihre Löslichkeit in den üblichen Lösungsmitteln zu testen.
Auf jeden Fall haben die Forschenden einen grossen ML-Trainingsdatensatz für bizyklischen Diene gewonnen. Vielleicht lässt er sich in Zukunft für weitere massgeschneiderte Anwendungen dieser molekularen Lichtschalter nutzen.
