Was sonst im Kessel landet, könnte bald Microcars antreiben. Jedes Jahr fallen weltweit mehr als 50 Millionen Tonnen Lignin an – jener Bestandteil des Holzes, der es fest und widerstandsfähig macht. In der Zellstoffindustrie wird das Material meist einfach verbrannt. Doch im Thüringer Wald haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) eine bessere Idee: Sie verwandeln das braune Nebenprodukt der Papierproduktion in schwarzen „Hard Carbon“ – und daraus entsteht eine Anode für eine neuartige Natrium-Ionen-Batterie.
Das Projekt trägt den charmanten Namen „ThüNaBsE“ – Thüringer Natrium-Ionen-Batterie für die skalierbare Energiespeicherung. Gefördert vom Freistaat Thüringen und der EU, arbeitet ein Konsortium aus regionalen Firmen und Forschungseinrichtungen daran, den Akku vom Labor bis zur praxistauglichen Vollzelle zu entwickeln. Ziel ist es, eine umweltfreundliche, sichere und preiswerte Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien zu schaffen – ganz ohne kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt.
Hard Carbon, gewonnen aus Lignin, einem Nebenprodukt der Holzindustrie, bildet die Basis für die innovative Elektrode der Thüringer Wald-Batterie. Foto: Fraunhofer IKTS
„Wir wollen zeigen, dass sich Batterien auch mit heimischen Materialien bauen lassen“, sagt Lukas Medenbach vom IKTS. Das Lignin stammt von der Mercer Rosenthal GmbH, einem Zellstoffwerk im Thüringer Schiefergebirge. Dort wird es unter Luftausschluss auf bis zu 1.400 Grad erhitzt, bis es sich in feinen Kohlenstoff verwandelt hat. Dieses Material kann Natrium-Ionen reversibel speichern – also aufnehmen und wieder freigeben.
Kathode aus Berliner Blau
Als Gegenpol – die Kathode – dient ein alter Bekannter aus der Chemiegeschichte: Berliner Blau, ein ungiftiges Eisenpigment, das bereits im 18. Jahrhundert entdeckt wurde. Es bietet gute Speichereigenschaften, ist preiswert und umweltverträglich.
Noch steckt die Entwicklung der sogenannten Waldbatterie in der Testphase. Die Forscher bauen derzeit kleine Demonstratorzellen, die schon über 100 Ladezyklen ohne nennenswerte Verluste durchhalten. Bis Projektende sollen es 200 Zyklen sein. Das reicht noch nicht für E-Autos, wohl aber für E-Bikes, Microcars oder Gabelstapler, wo keine ultraschnellen Ladezeiten nötig sind.
Elektrische Leichtfahrzeuge wie der Opel Rocks-e könnten eines Tages mit einer Natrium-Ionen-Batterie und einer Kathode aus dem Wald preiswerter angeboten werden. Forscher sehen Einsparpotenziale bei den Kosten von bis zu 40 Prozent. Foto: Opel
Langfristig wollen die Thüringer Forschenden die Technologie weiter skalieren und die Lebensdauer deutlich erhöhen. Denn das Potenzial der Speichertechnologie ist groß: Natrium-Ionen-Zellen könnten einmal Tausende Ladezyklen überstehen – und kosten bis zu 40 Prozent weniger als heutige Lithium-Akkus.
Vielleicht kommt also bald der Strom fürs kleine Stadtauto oder das nächste E-Bike nicht mehr aus einer Batterie aus Fernost – sondern aus einem Akku, der dem Thüringer Wald seine Wurzeln hat.