Anodenmaterial aus Hartkohlenstoff Nachhaltige holzbasierte Batterien – was steckt dahinter?

Von Maria Beyer-Fistrich

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Stora Enso und Northvolt haben sich zusammengeschlossen, um eine Batterie mit einer Anode zu entwickeln, die aus hartem Kohlenstoff besteht. Grundlage dafür ist das Biopolymer Lignin, ein Abfallprodukt aus der Papierherstellung.

Harter Kohlenstoff aus Lignin ist leicht verfügbar und kann Anodenmaterialien auf fossiler Basis ersetzen, die oft nur begrenzt verfügbar sind.
Harter Kohlenstoff aus Lignin ist leicht verfügbar und kann Anodenmaterialien auf fossiler Basis ersetzen, die oft nur begrenzt verfügbar sind.
(Bild: Stora Enso)

Batterien, die auf nachhaltigen Rohstoffen aus Europa basieren: Das klingt spannend, doch was steckt eigentlich dahinter? Stora Enso und Northvolt haben sich in einem Joint Venture zusammengefunden, um eine Batterie auf Ligninbasis herzustellen. Lignin ist ein Biopolymer, das in Zellen von mehrjährigen Pflanzen synthetisiert wird. Lignin ist dafür zuständig, dass Holz so fest ist, wie wir es kennen. Es führt mit seiner Einlagerung in die Zellen zu einer zunehmenden Verholzung.

Bäume bestehen zu 20 bis 30 Prozent aus Lignin, das als natürliches und starkes Bindemittel wirkt. Es ist eine der größten erneuerbaren Kohlenstoffquellen. Schätzungsweise fallen schon jetzt 50 Millionen Tonnen Lignin als Abfallprodukt bei der Papierherstellung an. Der Rohstoff wird mithilfe von Natronlauge vom Zellstoff getrennt, aus dem das Papier hergestellt wird.

Aus dem Abfallprodukt Lignin, das bisher oft einfach verbrannt wird, produziert Stora Enso seit 2021 Hartkohlenstoff mit dem Namen Lignode. Ähnlich wie bei der Herstellung von Holzkohle wird dabei das kohlenstoffhaltige Material unter Luftabschluss auf Temperaturen von 1.000 bis 1.600 Grad Celsius erhitzt. Aus den 50 Millionen Tonnen Lignin ließen sich so etwa 20 Millionen Tonnen harter Kohlenstoff herstellen.

Dieser Hartkohlenstoff kann Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkus komplett ersetzen. Graphit ist fossilen Ursprungs und wird hauptsächlich in China sowie Afrika unter inakzeptablen ökologischen Bedingungen gefördert. Europa hat nur einen minimalen Anteil an der weltweiten Graphitproduktion von 2 Prozent. Ein weiteres Problem von Graphit ist seine Struktur, mit der es sich nur langsam laden lässt. Auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit leidet unter bestimmten Bedingungen.

Der Hartkohlenstoff von Stora Enso bietet strukturell einige Vorteile. Harter Kohlenstoff besteht anders als Graphit nicht aus einem dicht gestapelten Kristallgitter mehrerer Kohlenstoffschichten, sondern hat eine unregelmäßige Struktur, die von vielen Poren durchzogen ist.

Das sorgt für mehr Volumen, weshalb Akkus mit Hartkohlenstoff deutlich größer sind. Theoretisch bieten Akkus mit Lignode aber somit auch eine höhere Kapazität, sie können also mehr Lithium aufnehmen als Graphit. Das hängt jedoch noch von vielen weiteren Faktoren ab. Zudem dringen Ionen schneller in die unregelmäßige Struktur ein und bewegen sich darin leichter. Akkus mit Hartkohlenstoff lassen sich dadurch schneller laden. Zudem sind sie schwer entflammbar und auch bei großer Kälte funktional. Konkrete Leistungsangaben geben die beiden Firmen zum Material noch nicht bekannt.

Beide Unternehmen bringen Schlüsselkomponenten, Kompetenz und Fachwissen in die Batteriepartnerschaft ein. Stora Enso wird sein ligninbasiertes Anodenmaterial Lignode zur Verfügung stellen, während Northvolt das Zelldesign, die Entwicklung des Produktionsprozesses und die Skalierung der Technologie vorantreiben wird.

Emma Nehrenheim, Chief Environmental Officer bei Northvolt erklärt:"Mit dieser Partnerschaft erschließen wir eine neue Quelle für nachhaltige Rohstoffe und erweitern die europäische Batterie-Wertschöpfungskette, während wir gleichzeitig eine kostengünstigere Batteriechemie entwickeln. Dies ist ein spannendes Beispiel dafür, wie unser Streben nach einer nachhaltigen Batterieindustrie Hand in Hand mit der Schaffung positiver Auswirkungen auf die Gesellschaft und die Kosten geht."

"Die gemeinsame Batterieentwicklung mit Northvolt ist ein weiterer Schritt auf unserem Weg, den schnell wachsenden Batteriemarkt mit erneuerbaren Anodenmaterialien aus Bäumen zu bedienen [...] und den Bedarf an nachhaltigen Batterien für Anwendungen von der Mobilität bis zur stationären Energiespeicherung decken", sagt Johanna Hagelberg, Executive Vice President für Biomaterialien bei Stora Enso.

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