Elektromobilität Stora Enso und Northvolt entwickeln holzbasiertes Anodenmaterial

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Stora Enso und Northvolt entwickeln gemeinsam eine Batterie mit einer Anode aus hartem Kohlenstoff. Grundlage dafür ist das Biopolymer Lignin, ein Abfallprodukt aus der Papierherstellung.

Batterien, die auf nachhaltigen Rohstoffen aus Europa basieren: Das klingt spannend. Was steckt 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 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.

Hartkohlenstoff kann Graphit ersetzen

Dieser Hartkohlenstoff kann Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkus komplett ersetzen. Graphit ist fossilen Ursprungs und wird hauptsächlich in China und Afrika unter inakzeptablen ökologischen Bedingungen gefördert. Europa hat nur einen minimalen Anteil an der weltweiten Graphitproduktion von zwei Prozent. Ein weiteres Problem von Graphit ist seine Struktur: Akkus lassen sich damit nur langsam laden. Auch die Sicherheit und Zuverlässigkeit leiden 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.

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Das sorgt für mehr Volumen, weshalb Akkus mit Hartkohlenstoff deutlich größer sind. Theoretisch bieten Akkus mit Lignode aber so eine höhere Kapazität, sie können mehr Lithium aufnehmen als Graphit. Das hängt jedoch noch von vielen weiteren Faktoren ab. Die Ionen dringen zudem 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 zum Material nennen die Firmen noch nicht.

Holz aus zertifizierten Wäldern

Die Pilotanlage von Stora Enso für biobasierte Kohlenstoffmaterialien steht am Produktionsstandort Sunila in Finnland. Hier entsteht Lignin seit dem Jahr 2015 industriell. Die jährliche Lignin-Produktionskapazität beträgt 50.000 Tonnen. Stora Enso ist damit nach eigenen Angaben größter Kraft-Lignin-Produzent weltweit.

Die Bäume die dafür verwendet werden, stammen aus zertifizierten Wäldern in Skandinavien und im Baltikum. Die Unternehmens-Gruppe bewertet außerdem ihre erste industrielle Produktion von Lignode am Standort Sunila durch eine Machbarkeitsstudie.

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„Mit dieser Partnerschaft erschließen wir eine neue Quelle für nachhaltige Rohstoffe und erweitern die europäische Batterie-Wertschöpfungskette, während wir gleichzeitig eine kostengünstigere Batteriechemie entwickeln“, kommentierte Emma Nehrenheim, Chief Environmental Officer bei Northvolt.

Wer ist Stora Enso?

Stora Enso ist ein Anbieter von erneuerbaren Produkten in den Bereichen Verpackung, Biomaterialien, Holzbau und Papier; und einer der größten privaten Waldbesitzer der Welt. Das Unternehmen hat rund 22.000 Mitarbeiter und setzte im Jahr 2021 10,2 Milliarden Euro um. (thg)

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