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Grüne Energie : Elektroden aus Holzabfall

  • -Aktualisiert am

Altbatterien ein großes Müllproblem Bild: Imagebroker RM/F1online

Lignin, ein Abfallprodukt bei der Papierherstellung, ist viel zu schade, um es einfach zu entsorgen. Zwei Forscher zeigen nun, dass man es zum Bau von Elektroden für Batterien verwenden kann.

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          Im Abfall, der bei der Papier- und Zellstoffherstellung entsteht, stecken durchaus wertvolle Substanzen, die man bislang allenfalls zur Herstellung von Gerbstoffen oder Betonzusätzen verwendete. Dass man die Stoffe sogar für die zentralen Bestandteile von Batterien nutzen kann, haben jetzt zwei Wissenschaftler herausgefunden. Die Substanzen, die mit Lignin verwandt sind, lassen sich zusammen mit einem Polymer zu Elektroden verarbeiten. Üblicherweise bestehen diese elektrischen Kontakte der Batterien aus Graphit oder aus seltenen und damit wertvollen Metallen. Das nun gefundene Elektrodenmaterial ist günstig und fällt bei der Papierproduktion in großen Mengen an.

          Holz zu Lignin

          Lignin ist neben der Zellulose das am häufigsten natürlich vorkommende Polymer. Beide Substanzen sind wichtige Bestandteile von Holz. Zellulose ist ein begehrter Rohstoff für die Produktion von Papier und Zellstoff. Will man an die Substanz gelangen, muss man zerkleinertes Holz mit entsprechenden Chemikalien behandeln. Lignin und andere Bestandteile werden dabei in lösliche Verbindungen wie Lignosulfate überführt und können so vom Zellulosebrei abgetrennt werden. Man erhält die sogenannte Braunlauge.

          Elektroden wachsen heran

          Olle Inganäs von der Universität Linköping und Grzegorz Milczarek von der Technischen Universität Posen mischten den gewonnenen Abfallstoff Lignosulfat mit der organischen Chemikalie Pyrrol. Anschließend schickten sie einen elektrischen Strom durch die Lösung. Auf der Elektrode wuchs daraufhin ein dünner schwarzer Film heran. Er bestand aus Polypyrrol und darin eingelagertem Lignosulfat.

          Prozesse wie bei der Photosynthese

          Der Polymerfilm eignet sich als Material für Kathoden, den positiven Elektroden von Batterien, wie Inganäs und Milczarek in der Zeitschrift „Science“ (Bd. 335, S. 1468) berichten. Polypyrrol ist eine Kunststoffverbindung, die den elektrischen Strom leitet. Lignosulfat hat hingegen isolierende Eigenschaften. Im Lignosulfat findet sich jedoch eine häufig wiederkehrende chemische Baugruppe, die Chinon genannt wird. Chinone spielen beispielsweise bei der Photosynthese als Überträger von Elektronen eine wichtige Rolle. Die beiden Forscher konnten ähnliche Vorgänge in der neuartigen Kathode beobachten. So können die Chinongruppen des Lignins Protonen abgeben, wobei sie sich negativ aufladen. Die Polypyrrol-Ketten ihrerseits speichern die Protonen, bis die Entladung erfolgt.

          Nach Aussagen der Wissenschaftler beträgt die Kapazität des neuen Kathodenmaterials etwa 75 Milliamperestunde pro Gramm. Das ist zwar nicht sonderlich viel, reicht aber zum Betrieb einer kleineren Batterie. Allerdings entlädt sich die Elektrode allmählich selbst, ohne dass Strom verbraucht wird. Inganäs und Milczarek wollen nun testen, ob die Selbstentladung mit anderen Ligninderivaten verlangsamt werden kann.

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