15.09.2021 - Virginia Polytechnic Institute and State University

Energie aus Lebensmitteln? - Mögliche Methode zur Umwandlung von Lebensmittelabfällen in Batterien entdeckt

"Diese Forschung könnte ein Teil des Puzzles sein, um die Probleme der nachhaltigen Energieversorgung für wiederaufladbare Batterien zu lösen"

Was haben Apfelkerne, Biertreber und Walnussschalen gemeinsam? Sie könnten eines Tages für die Stromversorgung eines Rechenzentrums verwendet werden.

Zwei Forscher der Virginia Tech untersuchen, wie Lebensmittelabfälle und die dazugehörige Biomasse in wiederaufladbare Batterien umgewandelt werden können, während die Welt nach wirtschaftlichen und umweltfreundlichen Wegen zur Stromversorgung dieser Geräte sucht.

"Diese Forschung könnte ein Teil des Puzzles sein, um die Probleme mit nachhaltiger Energie für wiederaufladbare Batterien zu lösen", sagte der Co-Leiter des Projekts, Haibo Huang, ein außerordentlicher Professor in der Abteilung für Lebensmittelwissenschaft und -technologie im College of Agriculture and Life Sciences. "Die Nachfrage nach diesen wiederverwendbaren Batterien ist sprunghaft angestiegen, und wir müssen einen Weg finden, um die Umweltauswirkungen von Batterien zu verringern".

Die Forschung wird durch einen dreijährigen Zuschuss in Höhe von 450.000 Dollar vom United States Department of Agriculture Foundational and Applied Science Program mit dem Schwerpunkt Bioprocessing and Bioengineering finanziert. Der Zuschuss läuft bis April 2023.

Auf der Grundlage der vorläufigen Ergebnisse fanden die Forscher heraus, dass die Faserkomponente in Lebensmittelabfällen der Schlüssel zur Entwicklung eines fortschrittlichen Kohlenstoffmaterials ist, das als Batterieanode, dem negativen Pol einer Batterie, verwendet werden kann.

"Unser einzigartiger Ansatz, aus landwirtschaftlichen Abfällen gewonnene Kohlenstoffmaterialien als Träger für Alkalimetalle wie Lithium und Natrium zu verwenden, wird die Verarbeitung von landwirtschaftlichen Abfällen und die Batterietechnologie erheblich voranbringen", sagte Feng Lin, außerordentlicher Professor am Fachbereich Chemie und Leiter des Projekts.

Diese Forschung wird die Nutzung von landwirtschaftlichen Abfällen, die in landwirtschaftlichen Systemen anfallen, für die wertschöpfende Kohlenstoffproduktion und schließlich für Energiespeicher vorantreiben.

Das Team nutzt hochgradig abstimmbare, reichlich vorhandene und kostengünstige Rohstoffe, um den Bedarf im Bereich der Energiespeicherung zu decken. Die Verwendung von aus Abfällen gewonnenen Kohlenstoffmaterialien als Träger für Metallanoden könnte den Verbrauch von Alkalimetallen pro Batterie erheblich reduzieren.

Einschalten

Vor nicht allzu langer Zeit spielten Huang und Lin eine Partie Basketball, als ihnen die Idee kam.

"Wir dachten uns, warum nicht Lebensmittelabfälle in Batteriematerialien umwandeln, da es weltweit so viele Lebensmittelabfälle gibt", sagte Huang. "Die meisten dieser Abfälle werden in den Müll geworfen und landen dann auf Mülldeponien. Wir müssen nur die Batterieseite lösen."

Für die Herstellung von Batterieanoden ist man stark auf Graphit angewiesen - eine begrenzte Ressource.

Die Forscher testeten zunächst verschiedene Arten von Lebensmittelabfällen, um festzustellen, ob sie für die Herstellung von Batterien verwendet werden können.

"Als Ingenieur für Lebensmittelverarbeitung kann ich die Zusammensetzung der Lebensmittel verändern", sagte Huang. "Ich könnte die Proteine und Lipide sowie einige der Mineralien herausnehmen, um zu sehen, wie sich das auf die Batterieleistung auswirkt.

Die Forscher fanden heraus, dass, wenn bestimmte Verbindungen aus der Gleichung entfernt wurden, die wesentlichen Verbindungen von Zellulose, Hemizellulosen und Lignin nach einer thermischen Behandlung ausreichend für eine Batterie funktionieren.

Ein Apfel am Tag hält das Ladegerät fern

In den kommenden zwei Jahren der Projektlaufzeit werden die Forscher die aus Lebensmittelabfällen gewonnene Kohle weiter testen und mit Hilfe von Rückmeldungen aus dem Labor die Batterietechnik optimieren. Der letzte Schritt wird eine wirtschaftliche Analyse der Durchführbarkeit dieser Technologie sein, um die Nutzung zu gewährleisten, wenn sie auf den Markt gebracht wird.

Die Technologie wird voraussichtlich zunächst für erschwingliche Energiespeicherlösungen für Rechenzentren oder andere große Energiespeicheranlagen eingesetzt, bei denen die Größe der Batterie keine Rolle spielt. Mit weiteren Fortschritten hoffen die Forscher, Lebensmittelabfälle in einen Kohlenstoff umwandeln zu können, der keine Verunreinigungen mehr aufweist.

"Wir haben die Möglichkeit, zwei dringende Probleme in zwei verschiedenen Branchen zu lösen", sagte Huang. "In der Lebensmittelversorgungskette wird bereits sehr viel Energie in die Produktion und den Transport von Lebensmitteln gesteckt. Wir müssen den Wert von Lebensmittelabfällen zurückgewinnen. Dies ist die perfekte Gelegenheit, da die Batterieproduktion nach anderen Materialien als dem traditionellen Kohlenstoff sucht."

Auch wenn sie das Problem des Batteriewechsels in der TV-Fernbedienung noch nicht lösen können, trägt das Team dazu bei, dass die Technologie dem Ziel näher kommt, Lebensmittelabfälle zum Betrieb von Geräten zu nutzen, die die Menschen täglich verwenden.

Unterschätzen Sie einfach nicht die Kraft von Apfelabfällen, Biertrebern und Walnussschalen.

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