Lignin als Ausgangsmaterial für Entwicklung neuer Redox-Flow-Batterie

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JGU/IHB
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Die Stabilisierung der Stromnetze wird mit dem Ausbau erneuerbarer Energien eine wachsende Herausforderung. Hier könnten Redox-Flow-Batterien einen wichtigen Beitrag leisten. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) arbeiten im Rahmen eines Kooperationsprojekts an der Entwicklung neuer Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien auf der Basis von Lignin, das in der Zellstoffherstellung aus Holz als Abfallprodukt anfällt.

Gemeinsam mit ihren industriellen und wissenschaftlichen Partnern erforschen die Mainzer Chemiker damit die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur effizienteren Verwendung erneuerbarer Energien. Bisher wird für Flussbatterien vor allem das Metall Vanadium verwendet, das jedoch nur in begrenzter Menge zur Verfügung steht und außerdem teuer ist. Für die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie erschließt sich mit diesem Projekt ein neues Forschungsfeld, in das sie ihre langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Elektrochemie einbringen kann.

Im Falle der Redox-Flow-Batterie geht es den Wissenschaftlern darum, aus Lignin, das in Holz und allgemein in Pflanzen für Stabilität sorgt, geeignete Redox-Paare herzustellen. Diese Redox-Paare werden im Elektrolyt von Flussbatterien aufgeladen und dann getrennt in Tanks gespeichert. Bei Bedarf werden sie später in der galvanischen Zelle zur Energieerzeugung wieder zusammengeführt. "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 Waldvogel die Aufgabe der Mainzer Kooperationspartner. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) bis Januar 2019 gefördert.

Großes Potenzial für industrielle Nutzung organischer Moleküle

Bisher gibt es nur wenige industriell genutzte elektrosynthetische Prozesse für organische Moleküle. Die Gruppe von Prof. Dr. Siegfried Waldvogel hat nun unter anderem die Gewinnung des Aromastoffs Vanillin aus Holzabfällen entwickelt. Außerdem werden einige Hilfsstoffe für chemische Reaktionen mit diesen Verfahren schneller verfügbar gemacht. Eine besondere Erfolgsgeschichte ist die Veränderung eines Arzneimittelbausteins in Kooperation mit Novartis: Nachdem konventionelle Methoden nicht ans Ziel führten, genügte den Mainzer Wissenschaftlern nur eine elektrochemische Umsetzung, um das Produkt zu erhalten.

Neben Geschmacks- und Duftstoffen sowie Wirkstoffen sieht Waldvogel für die Elektrosynthese großes Potenzial bei der Herstellung spezieller Erzeugnisse für die Agrochemie und von Molekülen für die Materialwissenschaften. Mit dieser Methode können oft viele konventionelle Syntheseschritte abgekürzt werden. Darüber hinaus senkt das Verfahren die Abhängigkeit von knappen Rohstoffen, die normalerweise für chemische Reagenzien benötigt werden. Die Flusselektrolyseure für die Laborversuche, bei denen elektrochemische Prozesse ablaufen, werden in der JGU-eigenen Werkstatt als Prototypen entwickelt und gebaut.

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