Az elektromos járművek iránti kereslet növekedésével a tudósok anyagokat keresnek fenntartható akkumulátorok előállításához. A lignin, az anyag, amely fásítja a fákat, erős versenyzővé vált az elmúlt években.
Körülbelül nyolc évvel ezelőtt egy nagy finn papírgyártó felismerte, hogy a világ változik. A digitális média térnyerése, az irodai nyomtatás visszaesése és a postai küldemények egyre fogyatkozó népszerűsége – többek között – azt jelentette, hogy a papír folyamatos hanyatlásnak indult. A finn Stora Enso „a világ egyik legnagyobb magánerdő-tulajdonosának” nevezi magát. Mint ilyen, nagyon sok fája van, amelyeket például fatermékek, papír és csomagolóanyagok készítésére használ fel. Most már akkumulátorokat is szeretne gyártani – elektromos járművek akkumulátorait, amelyek mindössze nyolc perc alatt töltődnek fel. A cég mérnököket fogadott fel, hogy vizsgálják meg a lignin, a fákban található polimer felhasználásának lehetőségét. A fa körülbelül 30%-a lignin, a fajtól függően – a többi nagyrészt cellulóz.
„A lignin az a ragasztó a fákban, amely összeragasztja a cellulózszálakat, és nagyon merevvé teszi a fákat”
– magyarázza Lauri Lehtonen, a Stora Enso ligninalapú akkumulátor-megoldásának, a Lignode-nak a vezetője.
A lignin egy polimer, és szenet tartalmaz. A szén pedig kiváló anyag az akkumulátorok egyik létfontosságú eleméhez, az anódhoz. A telefon lítium-ion akkumulátorában szinte biztosan van grafit anód – a grafit a szén réteges szerkezetű formája.
Hatalmas a kereslet a fából készült akkumulátorokra
A Stora Enso mérnökei úgy döntöttek, hogy ki tudják vonni a lignint az egyes létesítményeikben már előállított hulladék cellulózból, és ezt a lignint feldolgozva szén-anyagot állítanak elő az akkumulátor anódjaihoz. A cég együttműködik a svéd Northvolt céggel, és már 2025-ben akkumulátorokat kíván gyártani.
Mivel egyre többen vásárolnak elektromos autót és tárolnak otthon energiát, az akkumulátorok iránti globális étvágy a következő években várhatóan meredeken növekedni fog. Lehtonen szerint „a kereslet egyszerűen észbontó”.
A McKinsey vezetési tanácsadó cég szerint 2015-ben évente néhány száz gigawattórára (GWh) volt szükség a világ akkumulátorkészletére vonatkozóan – ez azonban 2030-ra néhány ezer további GWh-ra fog növekedni, mivel a világ eltávolodik a fosszilis tüzelőanyagoktól. A probléma az, hogy a lítium-ion akkumulátorok, amelyekre ma támaszkodunk, nagymértékben függenek a környezetkárosító ipari folyamatoktól és a bányászattól. Ráadásul ezeknek az akkumulátoroknak egyes anyagai mérgezőek és nehezen újrahasznosíthatók. Sokan olyan országokból származnak, ahol rossz az emberi jogi helyzet.
A szintetikus grafit előállítása például magában foglalja a szén hevítését akár 3000 Celsius-fokra hetekig. A Wood Mackenzie tanácsadó cég szerint az ehhez szükséges energia gyakran a kínai széntüzelésű erőművekből származik.
Éppen ezért folyamatban van a szélesebb körben elérhető fenntartható akkumulátor-anyagok keresése. És sokan azt mondják, hogy ezeket a fákban találhatjuk meg. Általában minden akkumulátornak katódra és anódra van szüksége – a pozitív és negatív elektródák között, amelyek között az ionoknak nevezett töltött részecskék áramlanak. Amikor egy akkumulátort töltünk, a lítium- vagy nátriumionok például a katódról az anódra kerülnek, ahol úgy telepednek le, mint az autók egy többszintes parkolóban – magyarázza Jill Pestana, egy kaliforniai akkumulátorkutató és mérnök, aki jelenleg független tanácsadó.
„A fő tulajdonság, amit az anyagtól ebben a parkolószerkezetében szeretnénk, az az, hogy könnyen magába szívja a lítiumot vagy a nátriumot, és hagyja távozni, miközben nem esik szét” – magyarázza. A lignin pedig tökéletesen alkalmas lehet erre.