– Czy grafit powszechnie stosowany w akumulatorach litowo-jonowych można zastąpić związkiem bardziej ekologicznym i zrównoważonym? – odpowiedź na to pytanie znalazła firma Stora Enso, opracowując produkcję Lignode®, czyli twardego węgla z ligniny, który z powodzeniem może wyprzeć z akumulatorów problematyczny grafit.
Dział innowacji firmy Stora Enso pracuje nad wieloma innowacyjnymi produktami, dzięki którym w niedalekiej przyszłości wszystko to, co jest dziś wykonane z materiałów kopalnych, jutro może być wykonane z drewna lub składników z niego pozyskiwanych. Ta idea przyświecała projektowi, dzięki któremu w Stora Enso zaczęto wyodrębniać z drewna tzw. biowęgiel o nazwie Lignode®. Dziś dzięki niemu można tworzyć ekologiczne baterie oraz akumulatory i dążyć do zrównoważonej elektryfikacji.
– Naszym celem jest sprostanie wymaganiom globalnego rynku mobilnej elektryfikacji, opartego o alternatywne źródła odnawialne – komunikuje firma Stora Enso.
Grafit można zastąpić ligniną
Przewiduje się, że rynek akumulatorów (w tym baterii) wzrośnie dziesięciokrotnie w ciągu najbliższych dziesięciu lat, zwłaszcza dzięki coraz większym rozwiązaniom elektromobilności, takim jak samochody elektryczne, autobusy i rowery. A to wymusza szukanie alternatywnych związków do produkcji ogniw oraz zrewolucjonizowanie technologii akumulatorów, aby w zrównoważony sposób zaspokoić zapotrzebowanie na magazynowanie energii w zelektryfikowanej przyszłości.
Klasyczne ogniwo akumulatora litowo-jonowego tworzy para elektrod zanurzonych w elektrolicie. Anodę wykonuje się z naturalnego bądź syntetycznego grafitu, zaś funkcję elektrolitu pełnią sole litowe. Katodę natomiast wykonuje się z tlenków metali. Jednym z wyzwań współczesnych akumulatorów litowo-jonowych jest zastosowanie grafitu, będącego nieodnawialnym materiałem kopalnym.
Okazuje się jednak, że grafit można zastąpić twardym węglem, tzw. biowęglem powstającym z ligniny, która obok celulozy i hemiceluloz jest podstawowym składnikiem drewna, a przy tym jest jednym z największych odnawialnych źródeł węgla na świecie.
Węgiel na bazie ligniny należy do kategorii tak zwanych węgli twardych, które były podstawą początkowych prac rozwojowych w technologiach akumulatorów litowo-jonowych. Węgle twarde z ligniny można porównać do innych niegrafitowych materiałów na anody węglowe.
Struktura twardego węgla Lignode®, produkowanego w Stora Enso, umożliwia szybsze ładowanie i rozładowywanie anody w akumulatorze w porównaniu z tradycyjnym grafitem. Pozwala również na lepszą wydajność w niższych temperaturach, a zatem jest bardziej bezpieczna do stosowania w temperaturach poniżej zera.
Węgiel na bazie ligniny może być stosowany w akumulatorach przeznaczonych zarówno do produkcji elektroniki użytkowej, jak i przemysłu motoryzacyjnego, a także w wielkoskalowych systemach magazynowania energii.
Trwają prace nad komercjalizacją projektu
Stora Enso jest największym wytwórcą ligniny siarczanowej w Europie, z roczną zdolnością produkcyjną na poziomie 50 000 t. Powstającym na jej bazie biowęglem Lignode® chce zainteresować branżę przemysłu akumulatorów litowo-jonowych i stworzyć dla niej europejski łańcuch dostaw.
– Naszym celem jest oferowanie najbardziej zrównoważonego i najmniej obciążającego dostępnego materiału anodowego, aby sprostać ekologicznemu nastawieniu przyszłych konsumentów – oświadcza Stora Enso. – Aby obsłużyć szybko rozwijający się rynek materiałów anodowych, pracujemy obecnie nad przyspieszeniem komercjalizacji projektu i produkcji Lignode®. Zastąpienie grafitu twardym węglem powstającym na bazie drewna, niesie za sobą korzyści zarówno techniczne, jak i środowiskowe.
***
Zakład pilotażowy dla biomateriałów węglowych znajduje się w zakładzie produkcyjnym Stora Enso w Sunila w Finlandii, gdzie lignina jest produkowana przemysłowo od 2015 r. Roczna zdolność produkcyjna ligniny w biorafinerii wynosi 50 000 t, co czyni Stora Enso największym producentem ligniny siarczanowej na świecie.
~ Katarzyna Orlikowska
