Καθώς η ζήτηση για ηλεκτρικά αυτοκίνητα αυξάνεται, οι επιστήμονες αναζητούν νέα υλικά για την κατασκευή βιώσιμων μπαταριών.
Οι μπαταρίες μεγάλης διάρκειας και γρήγορης φόρτισης είναι απαραίτητες για την ηλεκτροκίνηση, ωστόσο οι σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου, είναι πολύ βαριές, ακριβές και χρειάζονται πολύ χρόνο για να φορτιστούν. Επιπλέον, ορισμένα από τα υλικά των συγκεκριμένων μπαταριών είναι τοξικά και δύσκολα ανακυκλώσιμα.
Πριν από λίγους μήνες η φινλανδική εταιρεία χαρτιού και δασικών δραστηριοτήτων Stora Enso ανακοίνωσε τη συνεργασία της με τη σουηδική κατασκευάστρια εταιρεία προηγμένων οικολογικών μπαταριών Northvolt, για την ανάπτυξη βιώσιμων μπαταριών. Στόχος της συνεργασίας είναι η ανάπτυξη της πρώτης εμπορικής μπαταρίας που θα διαθέτει ηλεκτρόδια ανόδου σκληρού άνθρακα από λιγνίνη.
Η λιγνίνη (lignin) είναι φυσική οργανική ένωση που ανήκει σε μια κατηγορία πολύπλοκων πολυμερών που δομούν τους ιστούς των ανώτερων και κατώτερων φυτών. Περίπου το 30% ενός δέντρου αποτελείται από λιγνίνη, ανάλογα με το είδος – το υπόλοιπο είναι σε μεγάλο βαθμό κυτταρίνη.
«Η λιγνίνη είναι η κόλλα στα δέντρα που κατά κάποιο τρόπο συγκολλά τις ίνες κυτταρίνης μεταξύ τους και κάνει τα δέντρα πολύ σκληρά», εξηγεί στο BBC ο Λόρι Λέτονεν, υπεύθυνος προϊόντων της Stora Enso.
Η φινλανδική εταιρεία κατασκεύασε μια μονάδα παραγωγής κόστους 10 εκατομμυρίων ευρώ, η οποία θα δημιουργεί ανανεώσιμο άνθρακα βιολογικής προέλευσης με τη χρήση λιγνίνης. Η μονάδα βρίσκεται δίπλα στο εργοστάσιο Sunila Mill της εταιρείας στο Kotka της νότιας Φινλανδίας, το οποίο απασχολεί πάνω από 150 άτομα και ειδικεύεται στην παραγωγή χαρτοπολτού από μαλακό ξύλο, καθώς και βιοκαυσίμων.
Στις μονάδες αυτές, η λιγνίνη διαχωρίζεται από το ξύλο κατά την παραγωγή ινών κυτταρίνης. Στη συνέχεια μετατρέπεται σε μια ελαφριά σκόνη άνθρακα η οποία χρησιμοποιείται για την κατασκευή φύλλων ηλεκτροδίων και συνδυάζεται με άλλα συστατικά της μπαταρίας προκειμένου να αντικαταστήσει τον γραφίτη.
Ποια είναι τα πλεονεκτήματα της τεχνολογίας μπαταριών που προέρχονται από δέντρα;
Η άνοδος στις παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου κατασκευάζεται από γραφίτη, ο οποίος σχηματίζεται μέσω μιας χημικής αντίδρασης σε μη ανανεώσιμες ενώσεις άνθρακα. Όπως αναφέρει το Euronews, για να μπορέσει η Tesla να επιτύχει τους στόχους παραγωγής 20 εκατομμυρίων ηλεκτρικών αυτοκινήτων ετησίως, θα πρέπει να εξορύξει πάνω από 1 εκατομμύριο τόνους γραφίτη.
Όταν οι μπαταρίες λιθίου φορτίζονται, μετακινούν ιόντα λιθίου ή νατρίου από την κάθοδο στην άνοδο, όπου εγκαθίστανται όπως τα αυτοκίνητα σε έναν πολυώροφο χώρο στάθμευσης, εξηγεί η Τζιλ Πεστάνα, επιστήμονας και μηχανικός μπαταριών με έδρα την Καλιφόρνια.
Όταν η μπαταρία εκφορτίζεται για να τροφοδοτήσει κάτι όπως ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο, τα ιόντα επιστρέφουν στην κάθοδο αφού απελευθερώσουν ηλεκτρόνια, τα οποία με τη σειρά τους κινούνται μέσω του καλωδίου σε ένα ηλεκτρικό κύκλωμα, μεταφέροντας ενέργεια στο όχημα. Ο γραφίτης είναι ένα υλικό που λειτουργεί πολύ καλά ως αξιόπιστη άνοδος που επιτρέπει τη διεξαγωγή τέτοιων αντιδράσεων. Οι εναλλακτικές λύσεις, συμπεριλαμβανομένων των δομών άνθρακα που προέρχονται από λιγνίνη, πρέπει να αποδείξουν ότι μπορούν να κάνουν το ίδιο.
Ο Γουάιατ Τένχαεφ, στο Πανεπιστήμιο του Ρότσεστερ στην πολιτεία της Νέας Υόρκης, έχει επίσης κατασκευάσει ανόδους από λιγνίνη σε εργαστηριακές συνθήκες. Η λιγνίνη είναι «πολύ ωραία», είπε, επειδή είναι ένα υποπροϊόν που θα μπορούσε να έχει πολλές πιθανές χρήσεις. Σε πειράματα, ο ίδιος και οι συνάδελφοί του διαπίστωσαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τη λιγνίνη για να φτιάξουν μια άνοδο με αυτοφερόμενη δομή, η οποία δεν απαιτούσε κόλλα ή συλλέκτη ρεύματος με βάση το χαλκό – ένα κοινό συστατικό στις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Παρά το γεγονός ότι αυτό θα μπορούσε να μειώσει το κόστος των ανόδων άνθρακα από λιγνίνη, ο ίδιος είναι επιφυλακτικός ως προς το ότι μπορούν να ανταγωνιστούν εμπορικά τις ανόδους γραφίτη.
Υπάρχει επίσης το ζήτημα της βιωσιμότητας. Η Τσέλσι Μπαλντίνο, ερευνήτρια στο Διεθνές Συμβούλιο Καθαρών Μεταφορών, δήλωσε ότι εφόσον η λιγνίνη που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ανόδου εξάγεται ως υποπροϊόν από τη διαδικασία παραγωγής χαρτιού, τότε δεν θα πρέπει να κοπούν επιπλέον δέντρα για την κατασκευή μπαταριών.
Εκπρόσωπος της Stora Enso επιβεβαίωσε στο BBC ότι επί του παρόντος, όλη η λιγνίνη που χρησιμοποιεί η εταιρεία προέρχεται από τη διαδικασία πολτοποίησης και ότι δεν χρειάζεται να κόψει περισσότερα δέντρα για την παραγωγή της.
Ωστόσο, όποιος επιδιώκει να κατασκευάσει ανόδους από λιγνίνη πρέπει να διασφαλίσει ότι η δασοκομία από την οποία προέρχεται είναι επίσης βιώσιμη, είπε η Πεστάνα. «Εάν η βιομηχανία χαρτοπολτού δεν είναι βιώσιμη, τότε το ίδιο το υλικό δεν προέρχεται από βιώσιμη παραγωγή», σημείωσε.
Σύμφωνα με την ετήσια έκθεση, η εταιρεία «γνωρίζει την προέλευση όλου του ξύλου που χρησιμοποιεί και το 100% προέρχεται από βιώσιμες πηγές».
