Преди около осем години голям производител на хартия във Финландия осъзнава, че светът се променя. Възходът на дигиталните медии, спадът в офис печата и намаляващата популярност на изпращането на неща по пощата - наред с други фактори - означават, че при хартията е започнал стабилен спад.
Stora Enso е компания във Финландия, която се описва като "един от най-големите частни собственици на гори в света". Като такъв, компанията има много дървета, които използва за производството на дървени продукти, хартия и опаковки, например.
Сега обаче те искат да произвеждат нещо съвсем различно - батерии за електрически превозни средства, които се зареждат само за осем минути. Компанията наема инженери, за да проучат възможността за използване на лигнин - полимер, открит в дърветата.
Около 30% от дървото е лигнин, в зависимост от вида, а останалото е до голяма степен целулоза. "Лигнинът е лепилото в дърветата, което залепва целулозните влакна заедно и също така прави дърветата много твърди", обяснява Лаури Лехтонен, ръководител на базираното на лигнин решение за батериите Lignode на Stora Enso.
Лигнинът, като полимер, съдържа въглерод. А въглеродът е чудесен материал за жизненоважен компонент в батериите, наречен анод. Литиево-йонната батерия в нашия телефон почти сигурно има графитен анод - графитът е форма на въглерод със слоеста структура. Инженерите на Stora Enso решават, че могат да извлекат лигнин от отпадъчната целулоза, която вече се произвежда в някои от техните съоръжения, и да преработят този лигнин, за да направят въглероден материал за аноди на батерии. Фирмата си партнира с шведската компания Northvolt и планира да произвежда батерии още през 2025 г.
Тъй като все повече и повече хора купуват електрически автомобили, глобалният апетит за батерии се очаква да нарасне рязко през следващите години. Както вижда Лехтонен, "търсенето е просто умопомрачително".
През 2015 г. са необходими няколкостотин допълнителни гигаватчаса (GWh) всяка година в световните запаси от батерии. Но това ще скочи до няколко хиляди допълнителни гигаватчаса, необходими годишно до 2030 г., тъй като светът се отдалечава от изкопаемите горива, според консултантската компания McKinsey.
Проблемът е, че литиево-йонните батерии, на които разчитаме днес, до голяма степен зависят от вредните за околната среда промишлени процеси и минното дело. Освен това някои от материалите за тези батерии са токсични и трудни за рециклиране. Производството на синтетичен графит, например, включва нагряване на въглерод до температури до 3000°C в продължение на седмици. Енергията за това често идва от електроцентрали, работещи с въглища в Китай, според консултантската компания Wood Mackenzie. Затова се търсят устойчиви материали за батерии, които са по-широко достъпни. Някои казват, че можем да ги намерим в дърветата.
"Като цяло всички батерии се нуждаят от катод и анод - съответно положителните и отрицателните електроди, между които протичат заредени частици, наречени йони. Когато една батерия се зарежда, литиевите или натриевите йони например се прехвърлят от катода към анода, където се установяват като коли в многоетажен паркинг", обяснява Джил Пестана, базиран в Калифорния учен и инженер, който в момента работи като независим консултант.
Когато батерията се разреди, за да захрани нещо като електрическа кола, йоните се връщат обратно към катода, след като освободят електрони - електроните се движат през проводника в електрическа верига, пренасяйки енергия към превозното средство. Графитът, казва Пестана, е "зрелищен" материал, защото работи толкова добре като надежден анод, който позволява протичането на такива реакции.
Алтернативите, включително въглеродни структури, получени от лигнин в момента се тестват, за да покажат, че те се справят с тази задача. Има множество фирми, които изследват потенциала на лигнина в разработването на батерии, като например Bright Day Graphene в Швеция, която прави графен - друга форма на въглерод - от лигнин. Лехтонен възхвалява предимствата на въглеродния аноден материал на своята фирма, който Stora Enso е нарекла Lignode.
И въпреки че не разкриват точно как компанията превръща лигнина в твърда въглеродна структура или каква точно е тази структура, става ясно, че процесът включва нагряване на лигнина, но до температури, които не са толкова високи, колкото тези, необходими за производството на синтетичен графит.
Една важна характеристика на получената въглеродна структура е, че тя е "аморфна" или неправилна, казва Лехтонен: "Тя всъщност позволява много повече мобилност на йоните навътре и навън." Stora Enso твърди, че това ще им помогне да направят литиево-йонна или натриево-йонна батерия, която може да се зарежда само за осем минути. Бързото зареждане е ключова цел за разработчиците на батерии за електрически превозни средства.
На дневен ред, разбира се, е и въпросът за устойчивостта. Челси Балдино, изследовател в Международния съвет за чист транспорт, казва, че докато лигнинът, използван за производството на аноди, се извлича като страничен продукт от процеса на производство на хартия, няма да бъдат изсичани допълнителни дървета, за да се правят батерии.
Говорител на Stora Enso потвърждава, че в момента целият лигнин, който компанията използва, е "страничен поток от процеса на производство на целулоза" и използването му не увеличава броя на изсечените дървета или обема на дървесината, използвана в производството на целулоза, уточняват от BBC.
