Forschung: Holzabfälle als Baustein für nachhaltige Batterien

Die Universität in Jena forscht, inwiefern Holzabfälle in modernen Batterien kritische Rohstoffe ersetzen können. Konkret geht es um das bisher stofflich kaum genutzte Lignin – einem zentralen Bestandteil des Holzes. Wie die Uni in Jena mitteilte, beschäftigt sich das an der Universität angesiedelten Center for Energy and Environmental Chemistry (CEEC Jena) mit dem Thema, und zwar im Verbundvorhaben LignUp.

„In der Zellstoffindustrie fallen weltweit jährlich rund 50 Millionen Tonnen Lignin an. Der Großteil davon wird einfach verbrannt“, sagt Prof. Dr. Martin Oschatz von der Universität Jena. Doch dafür, so macht der Professor für Chemie der Materialien für Energieanwendungen deutlich, sei Lignin viel zu schade. „Es besteht, wie Zellulose und andere Biopolymere, aus Kohlenwasserstoffbausteinen, die sich in der Chemie wesentlich sinnvoller nutzen lassen.“

Konkret haben die Forschenden den Einsatz von Lignin als Ausgangsstoff für Funktionsmaterialien im Blick, die dabei helfen, Energiespeicher nachhaltiger zu machen. „Batterien enthalten meist noch kritische Metalle wie Lithium, Kobalt oder Mangan, deren Gewinnung mit hohem Aufwand verbunden und deren Ressourcen begrenzt sind“, so Oschatz. Er und das „LignUp“-Team wollen daher nach neuen Batteriematerialien suchen, die sich auf Basis von Lignin herstellen lassen können und die diese Metalle überflüssig machen. Aus Lignin ließen sich zudem neuartige Filtermaterialien synthetisieren, die Metalle aus wässrigen Lösungen selektiv abtrennen können. Damit ließen sich ferner kritische Metalle in nachhaltigen Batterierecycling-Prozessen zurückgewinnen oder in der wasserbasierten Erzaufbereitung umweltschonend extrahieren.

Ersatz kritischer Batterierohstoffe

„Wir verknüpfen hier industrielle Bioökonomie branchenübergreifend mit Energietechnik. Lignin bietet sich aufgrund seiner vielseitigen chemischen Struktur als Ausgangsmaterial für solch neuartige Funktionsmaterialien sehr gut an“, sagt Umweltchemiker Prof. Dr. Michael Stelter, der gemeinsam mit Martin Oschatz das „LignUp“-Team leitet. Darüber hinaus sei Lignin als heimischer Rohstoff in großen Mengen und stabiler Qualität vorhanden, so Stelter weiter. Das neue Projekt wird auch der Startschuss für einen neuen langfristigen Schwerpunkt zu Bioökonomie und Energiematerialien am CEEC Jena sein.

Aus Lignin gewonnene Kohlenstoff-Aktivmaterialien könnten zum Beispiel als Elektrodenmaterial in Speicher-Kondensatoren und Natriumbatterien zum Einsatz kommen und dort kritische Metalle ersetzen. In der zweiten Säule des Projekts geht es um die Erschließung neuer Quellen für kritische Metalle. „Bereits heute wird versucht, aus Meerwasser oder aus speziellen bergbaulichen Wässern durch Membranen oder Adsorptionsmaterialien interessante Metalle abzuscheiden. Künftig kommen noch wasserbasierte Recyclingverfahren für Metalle hinzu – etwa aus dem Batterierecycling. Wir wollen daher eine Materialbibliothek aufbauen und Synthesewege entwickeln, mit denen sich neue Funktionsmaterialien aus Ligninbestandteilen maßschneidern lassen, die für die Gewinnung von Metallen aus Wasser besser geeignet sind“, sagt Martin Oschatz. 

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