{"id":80753,"date":"2020-11-02T07:26:45","date_gmt":"2020-11-02T06:26:45","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=80753"},"modified":"2020-10-31T20:06:16","modified_gmt":"2020-10-31T19:06:16","slug":"batterien-mit-pflanzenbasierten-elektrolyten-auf-dem-weg-in-die-praxis","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/batterien-mit-pflanzenbasierten-elektrolyten-auf-dem-weg-in-die-praxis\/","title":{"rendered":"Batterien mit pflanzenbasierten Elektrolyten auf dem Weg in die Praxis"},"content":{"rendered":"

Bislang enthalten fast alle Batterien, egal ob kleiner Akku im Smartphone oder gro\u00dftechnische Redox-Flow-Batterie, Metallverbindungen, basierend auf Lithium, Blei oder Vanadium. Gewinnung und Recycling der metallischen Verbindungen sind aufw\u00e4ndig und oft mit Umweltproblemen verbunden. Nun r\u00fcckt eine nachhaltige Alternative n\u00e4her – ein Forscherteam entwickelt derzeit eine praxistaugliche Batterie, deren Elektrolyt auf einer pflanzlichen Verbindung aus Holz basiert: Die CMBlu Energy AG optimiert ihr Verfahren zur Elektrolytgewinnung aus Lignin zur Praxisreife weiter.<\/strong><\/p>\n

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Quelle: Frank Peters \u2013 Fotolia<\/figcaption><\/figure>\n

Lignin f\u00e4llt als Nebenprodukt des Holzaufschlusses in Papier- und Zellstofffabriken weltweit im Millionen-Tonnen-Ma\u00dfstab an. Elektrolyte auf Holzbasis sind erneuerbar und weder brennbar noch explosiv.<\/p>\n

In station\u00e4ren Redox-Flow-Batterien kann Energie im f\u00fcr die Energiewende erforderlichen, gro\u00dftechnischen Ma\u00dfstab gespeichert werden. Herk\u00f6mmliche Redox-Flow-Batterien ben\u00f6tigten gro\u00dfe Mengen Elektrolyte mit gel\u00f6sten Metallionen. Diese Stoffe sind h\u00e4ufig knapp, teuer und umweltsch\u00e4dlich. Als m\u00f6gliche Alternativen bieten sich organische Verbindungen pflanzlichen Ursprungs an. Sie versprechen nicht nur eine h\u00f6here Wirtschaftlichkeit, sondern sind regenerierbar und damit potenziell auch nachhaltiger als metallische Verbindungen. Als Quelle kommt u. a. Lignin, einer der drei chemischen Hauptbestandteile des Holzes, in Frage. In der Literatur wird Lignin als grunds\u00e4tzlich gut geeignet zur Gewinnung von Ausgangsstoffen f\u00fcr biobasierte Elektrolyte beschrieben. Der CMBlu Energy AG und ihren Partnern gelang es im Vorl\u00e4uferprojekt, die grunds\u00e4tzliche Machbarkeit Lignin-basierter Elektrolyte zu demonstrieren.<\/p>\n

Im aktuellen Vorhaben will CMBlu das Verfahren gemeinsam mit sechs Partnern aus Wissenschaft und Industrie unter Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten weiter optimieren. Dr. Peter Geigle, Vorstandsvorsitzender der CMBlu Energy AG: \u201eDas kontinuierliche Verfahren, das wir in FOREST II mit unseren Partnern erarbeiten m\u00f6chten, erschlie\u00dft eine nachhaltige und nahezu unbegrenzte Quelle zur Gewinnung von Ausgangsstoffen f\u00fcr unsere organischen Elektrolyte.\u201c<\/p>\n

Unter anderem plant das Projektteam die Entwicklung spezieller Filtrationsmembranen und die Erprobung elektrochemischer Syntheserouten, um die Ausbeute der Zielmolek\u00fcle bei der Produktion der Elektrolyte aus Lignin zu erh\u00f6hen. Im gesamten Prozess von der Ligninfragmentierung bis zur Elektrolytproduktion fallen zudem diverse Nebenstr\u00f6me an, die unter anderem Furfural, Vanillin und Syringas\u00e4ure enthalten. Die Forscher wollen Trennverfahren zur Gewinnung dieser verwertbaren Stoffe entwickeln. Im Idealfall k\u00f6nnten Zellstofffabriken so zu Bioraffinerien ausgebaut werden, die in einem integrierten System Cellulose zu Zellstoff sowie Lignin zu Ausgangsstoffen f\u00fcr Elektrolyte und weitere Chemikalien umwandeln.<\/p>\n

Bei den aus dem Lignin abgetrennten Zielmolek\u00fclen handelt es sich chemisch gesehen um Chinone. Diese bringen aufgrund ihrer Eigenschaften grunds\u00e4tzlich ein hohes Potenzial f\u00fcr eine wirtschaftliche Batterieproduktion mit: Chinone lassen sich mit erheblich g\u00fcnstigeren Elektrodenmaterialien als herk\u00f6mmliche Aktivmaterialien kombinieren. Zudem handelt es sich im Vergleich zu Metallionen um deutlich gr\u00f6\u00dfere Molek\u00fcle, sodass man auch g\u00fcnstigere Membranen f\u00fcr den Ladungsausgleich in den Batteriezellen verwenden kann. Zudem sind die organischen Elektrolyte weder brennbar noch explosiv.<\/p>\n

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Hintergrund<\/h3>\n

Die CMBlu Energy AG entwickelt als Organic-Flow-Batterien bezeichnete, bis in den Gigawattbereich skalierbare, station\u00e4re Stromspeicher f\u00fcr den Markt. Als Elektrolyte kommen bislang noch organische Molek\u00fcle auf Basis fossiler Rohstoffe zum Einsatz. Mit Elektrolyten auf Lignin-Basis w\u00fcrden die Gro\u00dfstromspeicher ihren wichtigen Beitrag zur Energiewende k\u00fcnftig auch in Bezug auf ihre eigene Rohstoffbasis nachhaltig leisten. Vor dem Hintergrund kritischer Diskussionen zu Batterierohstoffen d\u00fcrften Akteure in der Energiewirtschaft mit Spannung auf das Projekt schauen.<\/p>\n

Die einzelnen Projektpartner fokussieren sich im Rahmen des Vorhabens auf unterschiedliche Schwerpunkte:<\/p>\n

CMBlu<\/strong> erforscht die Reaktionsf\u00fchrung und -optimierung im kontinuierlichen Membranreaktor, Substituenten f\u00fcr Elektrolyte auf Ligninbasis f\u00fcr eine gute Wasserl\u00f6slichkeit und zur Verschiebung des elektrochemischen Potentials sowie optimierte Elektroden f\u00fcr Chinonelektrolyte.<\/p>\n

Die Technische Hochschule Mittelhessen<\/strong> konzentriert sich zum einen darauf, mittels keramischer Membranen die bei der Fragmentierung entstehenden Zielprodukte (Syringaldehyd, Vanillin) sowie die Nebenprodukte, beispielsweise Furfural, Syringas\u00e4ure, Vanillins\u00e4ure, aus dem Prozess abzutrennen. Zum anderen werden Verfahren entwickelt, um im Einsatz verbrauchten bzw. degradierten Elektrolyten aus dem Prozess auszuschleusen und einer Regeneration zuzuf\u00fchren.<\/p>\n

Die MANN+HUMMEL GmbH<\/strong> entwickelt keramische Membranen und Membranmodule, welche bei der Aufbereitung und Filtration des Lignins und bei der thermisch-chemischen Umwandlung zu Zwischen- und Endprodukten im Rahmen der Elektrolytherstellung eingesetzt werden. Diese Membranen erfordern eine hohe Best\u00e4ndigkeit gegen\u00fcber den hohen Prozesstemperaturen und den vorliegenden chemischen Substanzen.<\/p>\n

Die AG Janek \/ Nachwuchsgruppe Schr\u00f6der an der Justus-Liebig-Universit\u00e4t Gie\u00dfen<\/strong> (JLU) wird sich mit der Charakterisierung der eingesetzten Elektrodenmaterialien sowie der elektrochemischen Analyse der organischen Aktivmaterialien in verschiedenartigen L\u00f6semitteln besch\u00e4ftigen.<\/p>\n

Die AG Wegner der JLU<\/strong> besch\u00e4ftigt sich mit der Synthese von neuen Leitstrukturen organischer Aktivmaterialien und ihren Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie der metallfrei katalysierten Ligninspaltung.<\/p>\n

Zur Optimierung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Elektrolyten und zum Verst\u00e4ndnis m\u00f6glicherer Degradationsmechanismen werden in der AG Mollenhauer der JLU<\/strong> quantenchemische Rechnungen durchgef\u00fchrt.<\/p>\n

Die Johannes Gutenberg-Universit\u00e4t Mainz<\/strong> entwickelt elektrochemische Syntheserouten zur effizienteren und nachhaltigeren Gewinnung Chinon-basierter Aktivmaterialien und stellt Analyseverfahren zur Erforschung von Degradationsmechanismen zur Verf\u00fcgung.<\/p>\n

Das Vorhaben \u201eNeuartige Lignin-basierte Elektrolyte f\u00fcr den Einsatz in Redox-Flow-Batterien (FOREST II)\u201c wird vom Bundesministerium f\u00fcr Ern\u00e4hrung und Landwirtschaft (BMEL) \u00fcber den Projekttr\u00e4ger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) gef\u00f6rdert.<\/p>\n

Die Teilvorhaben im \u00dcberblick:<\/p>\n