Lignin statt Vanadium: Neue Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien in Entwicklung

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Im Labor (Foto: jdn2001cn0 / Pixabay)

Mainz — Für Redox-Flow-Batterien wird bis jetzt vor allem das Metall Vanadium verwendet, das jedoch nur in begrenzter Menge zur Verfügung steht und außerdem teuer ist. Mainzer Wissenschaftler arbeiten an der Entwicklung neuer Elektrolyte für solche Flüssig- oder Redox-Flow-Batterien auf der Basis von Lignin, das in der Zellstoffherstellung aus Holz als Abfallprodukt anfällt. Gemeinsam mit ihren industriellen und wissenschaftlichen Partnern erforschen die Chemiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz damit die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur effizienteren Verwendung erneuerbarer Energien.

Im Falle der Redox-Flow-Batterie geht es der Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Siegfried Waldvogel darum, aus Lignin, das in Holz und allgemein in Pflanzen für Stabilität sorgt, geeignete Redox-Paare herzustellen. Diese Redox-Paare werden im Elektrolyt von Flussbatterien aufgeladen und dann getrennt in Tanks gespeichert. Bei Bedarf werden sie später in der galvanischen Zelle zur Energieerzeugung wieder zusammengeführt. „Wir werden aus der Ablauge, die bei der Papier- und Zellstoffproduktion anfällt, durch elektrochemische Zersetzung Chinone gewinnen und sie für den Einsatz in einer Batterie weiter optimieren“, erläutert Waldvogel die Aufgabe der Mainzer Kooperationspartner.

„Die Elektrosynthese hat hier in Mainz sehr an Fahrt aufgenommen“, ergänzt Waldvogel, der das Forschungsgebiet seit 2010 an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz etabliert. Bei der Elektrosynthese geht es im Wesentlichen darum, elektrischen Strom als Reagens zu nutzen, wobei die Elektronen zur Oxidation oder Reduktion von organischen Stoffen dienen; bisher gibt es nur wenige industriell genutzte elektrosynthetische Prozesse für organische Moleküle. Das neue Material soll billiger und wesentlich umweltfreundlicher als konventionelle Reagenzien sein, sofern Elektrizität aus erneuerbaren Energien verwendet wird. „Man spricht aktuell von der Elektrifizierung der chemischen Synthese und es wird erwartet, dass diese Entwicklung zukünftige Industriegesellschaften weltweit beeinflusst“, erkärt Waldvogel.

Unter anderem sieht Waldvogel für die Elektrosynthese großes Potenzial bei der Herstellung spezieller Erzeugnisse für die Agrochemie und von Molekülen für die Materialwissenschaften. Mit dieser Methode können oft viele konventionelle Syntheseschritte abgekürzt werden. Darüber hinaus senkt das Verfahren die Abhängigkeit von knappen Rohstoffen, die normalerweise für chemische Reagenzien benötigt werden. Die Flusselektrolyseure für die Laborversuche, bei denen elektrochemische Prozesse ablaufen, werden in der Universitäts-eigenen Werkstatt als Prototypen entwickelt und gebaut.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) bis Januar 2019 gefördert.

Quelle: Johannes Gutenberg-Universität Mainz