Batterien brauchen heute oft Lithium, Kobalt oder Nickel. Teure Rohstoffe mit problematischer Herkunft. In Thüringen zeigt ein neues Forschungsprojekt, dass auch Holzabfälle als Basis für leistungsfähige Stromspeicher taugen können.
Hard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die Elektrode der Thüringer Wald-Batterie. © Fraunhofer IKTS
Die Entwicklung nachhaltiger Batterien erhält neuen Schwung: In Thüringen erproben Forscherinnen und Forscher eine Natrium-Ionen-Batterie, deren negative Elektrode aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holz- und Papierindustrie, besteht. Der bisher meist verbrannte Reststoff könnte somit zu einem wichtigen Baustein der Energiewende werden. Das vom Freistaat Thüringen und dem Europäischen Sozialfonds geförderte Projekt ThüNaBsE (Thüringer Natrium-Ionen-Batterie für die skalierbare Energiespeicherung) verbindet regionale Ressourcen mit Forschung zur grünen Transformation.
Lignin fällt bei der Zellstoffproduktion in großen Mengen an, besitzt stabile Kohlenstoffstrukturen und wird bisher kaum stofflich genutzt. Im Rahmen von ThüNaBsE verarbeitet die Mercer Rosenthal GmbH den Stoff zu sogenanntem Hard Carbon. Laut Fraunhofer IKTS eignet sich diese Form von Kohlenstoff besonders gut, um Natrium-Ionen in Batterien reversibel zu speichern. Der Stoff ist gut geeignet, weil er eine hohe elektrochemische Leistung hat, gute Zyklenstabilität und geringe Herstellungskosten.
Der Einsatz lokal verfügbarer, biologischer Rohstoffe hilft sowohl in puncto Umweltverträglichkeit als auch auf dem Weg zur Unabhängigkeit von kritischen Metallen wie Lithium, Kobalt oder Nickel. Erste Prototypen aus dem Projekt zeigen stabile Leistungswerte. Nach 100 Lade- und Entladezyklen war kaum ein Leistungsabfall messbar. Bis zum Projektende sollen 200 Zyklen nachgewiesen werden, was bereits für stationäre Speicher oder einfache mobile Anwendungen wie Gabelstapler und Kleinfahrzeuge interessant wäre. Die Forschung findet an drei Standorten statt: am Fraunhofer IKTS in Arnstadt und Hermsdorf sowie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Dort arbeiten Nachwuchswissenschaftler:innen an ihrer Promotion und bringen frische Impulse in das Projekt ein. Ein Industriebeirat, bestehend aus Unternehmen aus Thüringen und Wien, begleitet die Arbeiten und prüft mögliche Anwendungsfelder. Perspektivisch soll die Technologie skaliert und in weiteren Forschungsvorhaben zur Marktreife gebracht werden.
Was heute noch im Labor entsteht, könnte schon bald eine tragfähige Ergänzung zu bestehenden Speicherlösungen sein. Der Verzicht auf seltene und importabhängige Rohstoffe, die oft aus ökologisch und sozial problematischen Bergbauquellen stammen, ist damit einen Schritt näher. Die Verbindung von biologischen Materialien, industriellen Nebenprodukten und praxisnaher Forschung zeigt konkret, wie aus Reststoffen Wertstoffe werden und wie mehr Unabhängigkeit in der Energieversorgung erreicht werden kann.
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