Günstige Batterie mithilfe von Lignin

Holzlager Holz ist Rohstoff für die Zellstoff- und Papierindustrie. Das dabei anfallende Lignin könnte künftig als Rohstoff für Elektrolyte dienen.
Bild: VDP

Redox-Flow-Batterien gelten als kostengünstige Speicher für Strom. Ihre Speicherkapazität kann unabhängig von ihrer elektrischen Leistung angepasst werden. Denn die beiden Elektrolyte für die negative und positive Elektrodenseite werden in separaten Tanks gelagert. Damit sei die Speicherkapazität im Prinzip nur durch die Größe der Tanks und die Menge der Elektrolyte limitiert, teilt die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe mit.

Als Elektrolyte setzte man bisher in der Regel Verbindungen des Metalls Vanadium ein. Diese stehen jedoch in den erforderlichen großen Mengen nicht zur Verfügung. Außerdem sind sie teuer und chemisch relativ instabil, so die FNR. Eine Alternative könnten Elektrolyte aus organischen Verbindungen sein, die sich aus Lignin gewinnen lassen. Hiervon fallen in der Zellstoff- und Papierproduktion weltweit Millionen Tonnen an.

Das Forscher-Team um die CMBlu Projekt AG, einem Speicherhersteller aus Alzenau, will zwei geeignete Redox-Paare mit ausreichend verschiedenen elektrochemischen Potenzialen aus Ligninsulfonaten gewinnen, die in der Ablauge des Zellstoffwerks anfallen. Die geplante Herstellungskette umfasst einen Filtrationsschritt zur Reinigung, eine elektrochemische und chemo-katalytische Lignin-Spaltung zu aromatischen Vorläuferverbindungen, die anschließend zu „Chinonen" umgesetzt werden. Ligninsulfonat ist wasserlöslich, sodass alle Reaktionen in wässriger Lösung ablaufen können. Die Optimierung der Komponenten und der Zellaufbau der Redox-Flow-Batterie gehören ebenfalls zum Vorhaben.

Ist diese Entwicklung erfolgreich, wollen die Wissenschaftler in einem Folgeprojekt eine Pilotanlage mit einer Produktion von einem Kilogramm Chinonen pro Tag errichten. Die Internationale Energie Agentur sieht den Durchbruch der Batteriespeicher-Technologie bei Kosten von maximal 8 Cent pro gespeicherter kWh – diese Kosten halten die Forscher mit ihrem Ansatz für mittelfristig erreichbar.

Der Einsatz von Lignin in Energiespeichersystemen wäre laut FNR eine bedeutende Aufwertung dieser ohnehin anfallenden Ressource, die bisher hauptsächlich thermisch verwertet wird. Die nicht zum Elektrolyt umgewandelten Bestandteile der Lignin-haltigen Ablauge sollen wieder in den Stoffkreislauf der Zellstofffabrik zurückgeführt werden, um weiterhin für die Energiegewinnung zur Verfügung zu stehen. Da Lignin ein pflanzlicher Rohstoff ist, verbrennt er weitgehend CO2-neutral. Auch die anorganischen Chemikalien wollen die Forscher zurückgewinnen, so dass die Prozesse der Zellstoffproduktion kaum beeinflusst werden.

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