Erneuerbare Energien aus Windkraft oder Photovoltaikanlagen ebnen den Weg zur Energiewende. Bisher fehlt es jedoch noch an entsprechenden Speichern, da die Stromproduktion wetterabhängig und damit schwankend ist. Daher wird intensiv an neuen Stromspeichern geforscht. Eine vielversprechende Lösung sind Redox-Flow-Batterien, auch Flüssigbatterien genannt. In einem vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) geförderten Verbundprojekt arbeiten Forscher der Johannes Gutenberg-Universität (JGU) Mainz derzeit gemeinsam mit Partnern an einer neuen Version der stromspeichernden Nasszellen. Dabei sollen Holzabfälle statt Metall verwendet werden. 

Elektrolyte aus Metall durch Lignin ersetzen

Das Prinzip: Bei den sogenannten Flüssigbatterien findet der Austausch der Elektronen, wie der Name andeutet, zwischen zwei verschiedenen Flüssigkeiten statt, die jedoch außerhalb der Zelle in separaten Tanks gelagert werden. Die Elektrolyte fließen allerdings nur bei Entladung oder Ladung der Redox-Flow-Batterie durch die Zelle, so dass Speicherkapazität und Leistung der Batterien individuell angepasst werden kann. Bisher wird in Flüssigbatterien vor allem das Metall Vanadium als Elektrolyt verwendet. Der wegen seiner Festigkeit und Stabilität besonders in der Stahlindustrie begehrte Rohstoff ist aber nicht nur knapp, sondern auch teuer und kann gesundheitsschädlich sein.

Im Fokus der Mainzer Forscher steht daher die Entwicklung neuer Elektrolyte auf der Basis von Lignin, das für seine stabilitätsgebende Eigenschaft bei Pflanzen bekannt ist. Hierfür wollen die Forscher Holzabfälle aus der Industrie verwenden. „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 Projektkoordinator Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie der JGU. Diese aus Lignin gewonnene Gruppe organischer Verbindungen wird im Elektrolyt von Flussbatterien aufgeladen und getrennt in Tanks gespeichert. Bei Bedarf, so heißt es, werden sie später in der galvanischen Zelle zur Energieerzeugung wieder zusammengeführt.

Potenzial für grüne Chemie

Waldvogel sieht die Methode der sogenannten Elektrosynthese als einen Motor für die grüne Chemie. Der Vorteil: Viele konventionelle Syntheseschritte und teure Rohstoffe für chemische Reagenzien können so eingespart werden.  „Man spricht aktuell von der Elektrifizierung der chemischen Synthese und es wird erwartet, dass diese Entwicklung zukünftige Industriegesellschaften weltweit beeinflusst“, so Waldvogel. Mithilfe der Elektrosynthese konnte das Mainzer Team auch den Aromastoff Vanillin aus Holzabfällen gewinnen. Neben Geschmacks- und Duftstoffen sowie Wirkstoffen könnte diese Methode aber auch bei der Herstellung spezieller Erzeugnisse für die Agrochemie und von Molekülen für die Materialwissenschaften eingesetzt werden.

bb