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Forscher nutzen Holzabfälle für Redox-Flow-Batterien

Mainz - Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien gewinnen kostengünstige und nachhaltige Speichersysteme an Bedeutung. Redox-Flow-Batterien können einen wichtigen Beitrag zur Netzstabilisierung leisten. Forscher wollen dabei zukünftig den Abfallstoff Lignin verwenden.

Bei der Papierherstellung fällt in großen Mengen Lignin als Abfallprodukt an, von dem eine hohe Umweltbelastung ausgeht. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) wollen das Lignin jetzt als neuen Elektrolyten für Redox-Flow-Batterien verwenden.

Nachwachsende Rohstoffe in Redox-Flow-Batterien

Gemeinsam mit ihren industriellen und wissenschaftlichen Partnern erforschen die Chemiker der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur effizienteren Verwendung erneuerbarer Energien. Bisher wird für Flussbatterien vor allem das Metall Vanadium verwendet, das jedoch nur in begrenzter Menge zur Verfügung steht und außerdem teuer ist. Für die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie erschließt sich mit diesem Projekt somit ein neues Forschungsfeld, in das sie ihre langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Elektrochemie einbringen kann.

Nachhaltige Redox-Flow-Batterien

Den Wissenschaftlern geht es bei der Redox-Flow-Batterie 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. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) bis Januar 2019 gefördert.

Elektrosynthese bringt grüne Chemie voran

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. Das ist billiger und wesentlich umweltfreundlicher als konventionelle Reagenzien, 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“, so Waldvogel. Die Anwendungen gehen weit über das Einsatzgebiet der Redox-Flow-Batterien hinaus.

Elektrosynthese mit großem Potential

Neben Geschmacks- und Duftstoffen sowie Wirkstoffen 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 JGU-eigenen Werkstatt als Prototypen entwickelt und gebaut.

© IWR, 2017

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