Elektrolytgewinnung aus Lignin

Bislang basieren fast alle Batterien auf Metallverbindungen wie Lithium, Blei oder Vanadium. Die Gewinnung und das Recycling ist energie- und kostenintensiv, ihre Entsorgung mit Umweltproblemen verbunden. Ein Forscherteam der CMBlu Energy AG entwickelt derzeit eine nachhaltige Alternative auf Basis pflanzlicher Verbindungen aus Holz. Dabei setzt das Unternehmen zur Elektrolytgewinnung Lignin ein.

Lignin fällt als Nebenprodukt der Papierindustrie an

In stationären Redox-Flow-Batterien kann Energie im für die Energiewende erforderlichen, großtechnischen Maßstab gespeichert werden. Herkömmliche Redox-Flow-Batterien benötigen große Mengen Elektrolyte mit gelösten Metallionen. Als mögliche Alternativen bieten sich organische Verbindungen pflanzlichen Ursprungs an. Sie versprechen nicht nur eine höhere Wirtschaftlichkeit, sondern sind regenerierbar und damit potenziell auch nachhaltiger als metallische Verbindungen.

Als Quelle kommt unter anderem Lignin, einer der drei chemischen Hauptbestandteile des Holzes, in Frage. Als Reststoff ist Lignin in den Zellstofffabriken weltweit im Millionen-Tonnen-Maßstab verfügbar. Elektrolyte auf Holzbasis sind erneuerbar und weder brennbar noch explosiv. Der CMBlu Energy AG und ihren Partnern gelang es in einem Vorläuferprojekt, die grundsätzliche Machbarkeit Lignin-basierter Elektrolyte zu demonstrieren.

Im aktuellen Vorhaben will CMBlu das Verfahren gemeinsam mit sechs Partnern aus Wissenschaft und Industrie unter Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsgesichtspunkten weiter optimieren. „Das kontinuierliche Verfahren, das wir in FOREST II mit unseren Partnern erarbeiten möchten, erschließt eine nachhaltige und nahezu unbegrenzte Quelle zur Gewinnung von Ausgangsstoffen für unsere organischen Elektrolyte“, erläutert Dr. Peter Geigle (Vorstandsvorsitzender der CMBlu Energy AG) die Tragweite des Innovationsprojekts.

Unter anderem plant das Projektteam die Entwicklung spezieller Filtrationsmembranen und die Erprobung elektrochemischer Syntheserouten, um die Ausbeute der Zielmoleküle bei der Produktion der Elektrolyte aus Lignin zu erhöhen. Im gesamten Prozess von der Ligninfragmentierung bis zur Elektrolytproduktion fallen zudem diverse Nebenströme an, die unter anderem Furfural, Vanillin und Syringasäure enthalten. Die Forscher wollen Trennverfahren zur Gewinnung dieser verwertbaren Stoffe entwickeln. Im Idealfall könnten Zellstofffabriken so zu Bioraffinerien ausgebaut werden, die in einem integrierten System Cellulose zu Zellstoff sowie Lignin zu Ausgangsstoffen für Elektrolyte und weitere Chemikalien umwandeln.

Bei den aus dem Lignin abgetrennten Zielmolekülen handelt es sich chemisch gesehen um Chinone. Diese bringen aufgrund ihrer Eigenschaften grundsätzlich ein hohes Potenzial für eine wirtschaftliche Batterieproduktion mit: Chinone lassen sich mit erheblich günstigeren Elektrodenmaterialien als herkömmliche Aktivmaterialien kombinieren. Zudem handelt es sich im Vergleich zu Metallionen um deutlich größere Moleküle, sodass man auch günstigere Membranen für den Ladungsausgleich in den Batteriezellen verwenden kann. Zudem sind die organischen Elektrolyte weder brennbar noch explosiv.

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