Baterija od drveta ?

Uncategorized

Dolazi li željena baterija sa drveća

Izvor: Pixabay.com

U stalnoj trci između zavrtanih ciljeva zelene agende i mogućnostima da se sa sadašnjom tehnologijom odogvori na potrebe, naučnici širom sveta traže materijale za pravljenje održivih baterija. Lignin, materija koja drveće čini drvenastim, figurira kao jedna od ozbiljnijih kandidata.

Stora Enso, u Finskoj, sebe opisuje kao „jednog od najvećih privatnih vlasnika šuma na svetu“. Kao takav, ima mnogo drveća, koje koristi za proizvodnju proizvoda od drveta, papira i ambalaže, na primer. Sada želi da pravi i baterije – baterije za električna vozila koje se pune za samo osam minuta, piše BBC.

Kompanija je angažovala inženjere da ispitaju mogućnost korišćenja lignina, polimera koji se nalazi u drveću. Oko 30% drveta je lignin, u zavisnosti od vrste – ostatak je uglavnom celuloza.

„Lignin je lepak u drveću koji na neki način spaja celulozna vlakna, a takođe čini drveće veoma čvrstim“, objašnjava Lauri Lehtonen, šef rešenja za baterije na bazi lignina, Lignode, Stora Enso.

POVEZANE VESTI

Lignin, polimer, sadrži ugljenik. A ugljenik je odličan materijal za vitalnu komponentu u baterijama koja se zove anoda. Litijum-jonska baterija u vašem telefonu gotovo sigurno ima grafitnu anodu – grafit je oblik ugljenika sa slojevitom strukturom.

Inženjeri kompanije Stora Enso odlučili su da mogu da izvuku lignin iz otpadne pulpe koja se već proizvodi u nekim od njihovih postrojenja i da prerade taj lignin da bi napravili ugljenični materijal za anode baterija. Firma je u partnerstvu sa švedskom kompanijom Northvolt i planira da proizvodi baterije već 2025. godine.

Od nekoliko stotina do nekoliko hiljada gigavata

U 2015. godini bilo je potrebno nekoliko stotina dodatnih gigavat sati (GVh) svake godine širom svetskih zaliha baterija – ali to će porasti na nekoliko hiljada dodatnih GVh potrebnih godišnje do 2030. kako se svet udaljava od fosilnih goriva, smatraju u konsultantskoj kompaniji Mekinsi (McKinsei).

Problem je u tome što litijum-jonske baterije na koje se danas oslanjamo u velikoj meri zavise od industrijskih procesa i rudarstva koji štete životnoj sredini. Osim toga, neki od materijala za ove baterije su toksični i teško ih je reciklirati. Mnogi se takođe nalaze u zemljama sa lošim stanjem ljudskih prava.

Pravljenje sintetičkog grafita, na primer, uključuje zagrevanje ugljenika do temperature do 3.000 stepeni celzijusa,a energija neretko dolazi iz elektrana na ugalj.

Generalno, svim baterijama je potrebna katoda i anoda – pozitivna i negativna elektroda, između kojih teku naelektrisane čestice zvane joni. Kada se baterija napuni, litijum ili natrijum joni, na primer, prelaze sa katode na anodu, gde se slažu kao automobili na višespratnom parkingu, objašnjava Džil Pestana, naučnik i inženjer za baterije iz Kalifornije koji trenutno radi kao nezavisni konsultant.

„Glavna osobina koju želite u ovoj parking strukturi od materijala je da lako može da unese litijum ili natrijum i pusti ga da ode, i da se ne raspada“, objašnjava ona.

Kada se baterija isprazni da bi se napajalo nešto poput električnog automobila, joni se vraćaju na katodu nakon otpuštanja elektrona – elektroni se kreću kroz žicu u električnom kolu, prenoseći energiju na vozilo.

Grafit je, kaže Peštana, „spektakularan“ materijal jer tako dobro funkcioniše kao pouzdana anoda koja omogućava da se takve reakcije odvijaju. Alternative, uključujući ugljenične strukture izvedene iz lignina, vode borbu da pokažu da su dorasle poslu.

Brzo punjenje

Lehtonen veliča vrline ugljeničnog anodnog materijala svoje firme, koji je Stora Enso nazvala Lignode. On nije otkrio kako kompanija pretvara lignin u tvrdu ugljeničnu strukturu, niti šta je ta struktura, ali kako navodi deo procesa je i zagrevanje ali daleko manje kao one potrebne za proizvodnju sintetičkog grafita. .

Jedna važna karakteristika rezultirajuće strukture ugljenika je da je „amorfna“ ili nepravilna, kaže Lehtonen:

„Ona zapravo omogućava mnogo veću mobilnost jona unutra i van“.

Stora Enso tvrdi da će im to pomoći da naprave litijum-jonsku ili natrijum-jonsku bateriju koja se može napuniti za samo osam minuta. Brzo punjenje je ključni cilj za programere baterija za električna vozila.

Odvojeno istraživanje ugljeničnih anoda dobijenih od lignina, koje je sprovela Magda Titirici sa Imperial College London u Velikoj Britaniji i kolege, sugeriše da je moguće napraviti provodne prostirke koje sadrže zamršene, nepravilne strukture ugljenika sa puno defekata bogatih kiseonikom. Čini se da ovi defekti povećavaju reaktivnost anode sa jonima koji se prenose sa katode u natrijum jonskim baterijama, kaže Titirici, što zauzvrat skraćuje vreme punjenja: „Ova provodna prostirka je fantastična za baterije.

Vajat Tenhaef, sa Univerziteta Ročester u državi Njujork, takođe je napravio anode dobijene od lignina u laboratorijskim uslovima. Lignin je „zaista kul“, kaže on, jer je nusproizvod koji bi mogao imati mnogo potencijalnih upotreba. U eksperimentima, on i njegove kolege su otkrili da bi mogli da koriste lignin da naprave anodu sa samonosećom strukturom, za koju nije bio potreban lepak ili kolektor struje na bazi bakra – uobičajena komponenta u litijum-jonskim baterijama. Uprkos činjenici da bi ovo moglo da smanji cenu ugljeničnih anoda dobijenih od lignina, on je skeptičan da se one mogu komercijalno takmičiti sa grafitnim anodama.

„Jednostavno ne mislim da će to biti dovoljno velika promena u pogledu troškova ili performansi da bi se zamenio ukorenjeni grafit“, kaže on.

Tu je i pitanje održivosti. Čelsi Baldino, istraživač u Međunarodnom savetu za čist transport, kaže da sve dok se lignin koji se koristi za proizvodnju anoda ekstrahuje kao nusproizvod iz procesa pravljenja papira, dodatna stabla neće biti posečena da bi se napravile baterije. .

Portparol Stora Enso potvrđuje da je, trenutno, sav lignin koji kompanija koristi „sporedni tok procesa pulpe“, a njegovo korišćenje ne povećava broj posečenih stabala ili količinu drveta koje se koristi u proizvodnji celuloze.

Međutim, dodaje Peštana, svako ko želi da pravi anode od lignina mora da obezbedi da šumarstvo iz kojeg se taj lignin dobija takođe bude održivo.

„Ako industrija celuloze nije održiva, onda sam materijal nije materijal održivog porekla““, objašnjava ona.

 

Odgovori

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena. Nužna polja su označena s *