Descoperire revoluționară: bateriile din lemn ar putea încarcă o mașină în doar 8 minute cu energie curată

Postat la: 04.02.2023 |

Pe măsură ce cererea de vehicule electrice crește, oamenii de știință caută materiale pentru a produce baterii durabile. Lignina, substanța care face ca arborii să fie lemnoși, se prefigurează a fi un concurent puternic, scrie bbc.com.

În urmă cu aproximativ opt ani, un mare producător de hârtie din Finlanda și-a dat seama că lumea se schimba. Ascensiunea mediilor digitale, scăderea numărului de tipărituri de birou și popularitatea tot mai scăzută a trimiterii de documente prin poștă - printre alți factori - însemna că hârtia se afla pe un drum de declin constant.

Stora Enso, din Finlanda, se descrie ca fiind "unul dintre cei mai mari proprietari privați de păduri din lume". Ca atare, are o mulțime de copaci, pe care îi folosește pentru a face produse din lemn, hârtie și ambalaje, de exemplu. Acum vrea să producă și baterii - baterii pentru vehicule electrice care se încarcă în doar opt minute.

Compania a angajat ingineri care să analizeze posibilitatea de a folosi lignina, un polimer care se găsește în copaci. Aproximativ 30% din copac este lignină, în funcție de specie, restul fiind în mare parte celuloză.

"Lignina este o componentă a copacilor care lipește fibrele de celuloză și care, de asemenea, face copacii foarte rigizi", explică Lauri Lehtonen, șeful Lignode, soluția pentru baterii pe bază de lignină de la Stora Enso.

Lignina, un polimer, conține carbon. Iar carbonul este un material excelent pentru o componentă vitală a bateriilor, numită anod. Bateria litiu-ion din telefonul dumneavoastră are aproape sigur un anod din grafit - grafitul este o formă de carbon cu o structură stratificată.

Inginerii de la Stora Enso au decis că ar putea extrage lignina din deșeurile de celuloză deja produse în unele dintre unitățile lor și să o prelucreze pentru a obține un material de carbon pentru anozii de baterii. Firma este în parteneriat cu compania suedeză Northvolt și intenționează să fabrice baterii începând cu anul 2025.

Având în vedere că din ce în ce mai mulți oameni cumpără mașini electrice și stochează energie acasă, se așteaptă ca apetitul global pentru baterii să crească puternic în următorii ani. După cum consideră Lehtonen, "cererea este pur și simplu uluitoare".

În 2015, erau necesare câteva sute de gigawați-oră (GWh) suplimentare în fiecare an pentru stocurile de baterii din întreaga lume - dar, potrivit companiei de consultanță în management McKinsey, acest lucru va crește la câteva mii de GWh suplimentare necesare anual până în 2030, pe măsură ce lumea se va îndepărta de combustibilii fosili. Problema este că bateriile litiu-ion pe care ne bazăm astăzi depind în mare măsură de procese industriale și de minerit dăunătoare mediului. În plus, unele dintre materialele pentru aceste baterii sunt toxice și dificil de reciclat. De asemenea, multe dintre ele provin din țări cu un istoric slab în ceea ce privește drepturile omului.

Fabricarea grafitului sintetic, de exemplu, implică încălzirea carbonului la temperaturi de până la 3.000C (5.432F) timp de săptămâni întregi. Potrivit companiei de consultanță Wood Mackenzie, energia necesară provine adesea de la centrale electrice pe cărbune din China.

În general, toate bateriile au nevoie de un catod și de un anod - electrozii pozitiv și, respectiv, negativ, între care circulă particule încărcate numite ioni. Atunci când o baterie este încărcată, ionii de litiu sau de sodiu, de exemplu, se transferă de la catod la anod, unde se depun ca niște mașini într-o parcare cu mai multe etaje, explică Jill Pestana, cercetător și inginer în domeniul bateriilor, cu sediul în California, care lucrează în prezent ca și consultant independent.

"Proprietatea principală pe care o doriți în această structură de parcare a unui material este ca acesta să poată prelua cu ușurință litiul sau sodiul și să îl lase să plece, fără să se destrame", explică ea. Atunci când bateria este descărcată pentru a alimenta ceva precum o mașină electrică, ionii se întorc la catod după ce eliberează electroni - electronii se deplasează prin firul unui circuit electric, transferând energia către vehicul.

Grafitul, spune Pestana, este un material "spectaculos", deoarece funcționează atât de bine ca anod fiabil care permite ca astfel de reacții să aibă loc. Alternativele, inclusiv structurile de carbon derivate din lignină, au de dus o luptă pentru a demonstra că sunt la înălțimea sarcinii.

Cu toate acestea, există mai multe firme care explorează potențialul ligninei în dezvoltarea de baterii, cum ar fi Bright Day Graphene din Suedia, care produce grafen - o altă formă de carbon - din lignină.

Lehtonen laudă virtuțile materialului anodic din carbon al firmei sale, pe care Stora Enso l-a numit Lignode. El nu va dezvălui exact cum anume transformă compania lignina într-o structură de carbon dur, sau care este exact această structură, cu excepția faptului că procesul implică încălzirea ligninei - dar la temperaturi nici pe departe la fel de ridicate ca cele necesare pentru producția de grafit sintetic.

O caracteristică importantă a structurii de carbon rezultate este că este "amorfă", sau neregulată, spune Lehtonen: "De fapt, permite o mobilitate mult mai mare a ionilor înăuntru și în afară". Stora Enso susține că acest lucru îi va ajuta să realizeze o baterie cu ioni de litiu sau cu ioni de sodiu care poate fi încărcată în doar opt minute. Încărcarea rapidă este un obiectiv cheie pentru dezvoltatorii de baterii pentru vehicule electrice.

Viabilitatea comercială a tuturor acestor idei rămâne încă de demonstrat. Titirici adaugă totuși că, în teorie, s-ar putea realiza o baterie care să utilizeze polimeri din lignină în electrolit, precum și carboni derivați din lignină în anod.