Solarstrom an Ort und Stelle speichern

Solarstrom lässt sich ausgerechnet dort effizient erzeugen, wo er kaum gebraucht wird. Ein günstiger Energiespeicher könnte das Problem lösen

Die Idee hinter DESERTEC klang nachvollziehbar und geradezu faszinierend: Warum unzählige deutsche Dächer oder grüne, fruchtbare Felder mit Solarzellen bepflanzen, wenn sich Sonnenenergie doch viel günstiger dort in Strom umwandeln lässt, wo die Sonne heller und öfter scheint und genügend Platz für all die Kollektoren ist, in der Wüste also? Gelänge es, auch nur ein Prozent der von der Sonne weltweit eingestrahlten Energie auf diese Weise zu ernten, ließe sich der Energiehunger der Menschheit auf unbestimmte Zeit stillen.

Es stellte sich schnell heraus, was längst auch zum Problem der Windenergie in Deutschland geworden ist: Weil Strom sich nur ineffizient speichern lässt, muss er auf schnellstem Wege zum Verbraucher transportiert werden. Und das bedeutet, endlose Leitungstrassen zu errichten, durch Gebiete, deren Bewohner erst einmal nicht direkt etwas davon haben und sich dann schnell vom Befürworter der Energiewende zum Gegner wandeln.

Eine Lösung dieses Problem könnte eine Stoffklasse bieten, die auf der Erde weit verbreitet und entsprechend kostengünstig zu gewinnen ist. Die Rede ist von Perowskiten. Perowskit ist einerseits der Mineraliennamen für Calcium-Titan-Oxid (CaTiO₃), benannt nach dem russischen Mineralogen Perowski. Andererseits steht der Plural des Wortes für eine Gruppe von chemischen Verbindungen mit ähnlicher Kristallstruktur. Statt Calcium könnte zum Beispiel auch Natrium enthalten sein, statt Titan Eisen.

Perowskit wurde schon 1839 durch den deutschen Mineralogen Gustav Rose erstmals beschrieben. Ab 2006 kamen japanische Forscher erstmals auf die Idee, billige Perowskite in Solarzellen einzusetzen. Zunächst erreichten sie zwar nur Wirkungsgrade von unter zwei Prozent, doch das änderte sich schnell. Inzwischen ist die Forschergemeinde bei über 18 Prozent angelangt; 2013 feierte das Wissenschaftsmagazin Science den Einsatz von Perowskiten in Solarzellen als einen der Durchbrüche des Jahres 2013. Wissenschaftler schätzen, dass in der Massenproduktion perowskitbasierter Solarzellen Preise zwischen zehn und 20 Cent pro Watt möglich sein könnten - die Silizium-Technik liegt noch immer deutlich über 50 Cent pro Watt.

Solarzellen aus Perowskiten haben allerdings einen Nachteil, den die Forscher bisher nicht ausräumen konnten: Sie sind nicht so stabil wie Siliziumzellen, die 20 Jahre lang halten. Perowskit-Zellen mit geringerer Leistung konnte man inzwischen auf ein Jahr Haltbarkeit trimmen, aber das ist für den industriellen Einsatz noch deutlich zu wenig.

Unter dem Blickwinkel dieser Einschränkung muss man auch eine neue Veröffentlichung betrachten, die das DESERTEC-Problem lösen könnte: Statt die der Sonne abgezapfte Energie als Strom per Leitung abzutransportieren, wollen die Forscher sie an Ort und Stelle speichern, indem sie Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff spalten.

Das funktioniert technisch ganz simpel, indem man zwei Perowskit-Zellen kombiniert. Es zeigt sich, dass im Gegensatz zu Siliziumzellen bei der Aufnahme von Lichtenergie durch die Zellen Spannung in Bereichen abgreifbar wird, die für die Aufspaltung von Wasser in seine Bestandteile benötigt werden.

Darüber erreichen die Forscher eine Effizienz von rund zwölf Prozent. Würde man nicht zwei Perowskit-Zellen zusammenschalten, sondern eine durch eine Siliziumzelle ersetzen, ließe sich der Wert eventuell auf 20 Prozent steigern - bei dann höheren Herstellungskosten.