11.02.2022 - Tohoku University

Nutzung von Seeananas und Blutabfällen für Metall-Luft-Batterie-Katalysatoren

"Wir konnten zwei industrielle Abfallprodukte nutzen, die in der Vergangenheit schwer zu entsorgen waren, und sie zur Herstellung von grünem Wasserstoff einsetzen"

Seeananas, ein essbarer Aszidian, sind in Japan eine Delikatesse. Die Region Tohoku ist berühmt für die Produktion von Seeananas - auf Japanisch Hoya genannt. Jetzt hat eine Forschergruppe eine neue Verwendung für die vielen Schalen von Seeananas gefunden, die jedes Jahr weggeworfen werden.

Unter der Leitung von Professor Hiroshi Yabu wies das Team nach, dass durch die Karbonisierung von Cellulose-Nanofasern in den Schalen der Seeananas hochwertiger Kohlenstoff entsteht, der, wenn er mit Blutabfällen aus der Viehzucht gemischt wird, eine elektrische Leistung aufweist, die der von seltenen Metallen entspricht.

Es wird erwartet, dass diese Entdeckung für die nächste Generation von Energiegeräten wie Brennstoffzellen und Metall-Luft-Batterien eingesetzt werden kann und das Potenzial hat, als Elektrokatalysator für Wasserelektrolyse-Systeme zu dienen.

Die Sauerstoffreduktionsreaktion ist für Energieanlagen von entscheidender Bedeutung. Die Kathode in diesen Geräten verwendet oft Platin- und Iridiumoxid als Elektrokatalysator, aber das sind seltene Erden, was sie teuer macht.

Wissenschaftler haben alternative Kohlenstoffquellen erforscht, die jedoch mit erheblichen CO2-Emissionen verbunden sind. Yabu und seine Gruppe haben gezeigt, dass dieser Prozess sowohl nachhaltig als auch metallfrei sein kann.

Blut von Nutztieren enthält große Mengen an Häm-Eisen, Stickstoff und Phosphor. Trotzdem entsorgt die Viehwirtschaft jedes Jahr Tausende von Tonnen trockener Blutabfälle und verschmutzt damit Flüsse, Seen und Bäche.

"In Japan werden Blutabfälle seit dem Altertum als Bleichmittel verwendet", erklärt Yabu. "Das liegt an der Adsorptionsfunktion des Kohlenstoffs und der katalytischen Wirkung der darin enthaltenen Elemente."

Cellulose-Nanofasern, die häufig zur Verstärkung von Polymeren eingesetzt werden, haben eine hochkristalline Struktur, die ihnen optimale mechanische und thermische Eigenschaften verleiht. Cellulose-Nanofasern werden traditionell aus Holzbiomasse gewonnen, aber das Forscherteam identifizierte die Meeresananas, weil sie - wie auch andere Meeresorganismen - eine höhere Kristallinität aufweist und beim Erhitzen auf hohe Temperaturen bemerkenswerte graphitische Strukturen erzeugt.

Die Blutmasse und die Zellulose-Nanofasern wurden vor dem Erhitzen gemischt. Daraus wurden pulverförmige Kohlenstofflegierungen gewonnen und analysiert.

Einzelheiten der Studie wurden in der Zeitschrift Science and Technology of Advanced Materials veröffentlicht.

Yabu ist zuversichtlich, dass die Entdeckung zu einer grüneren Gesellschaft und einer nachhaltigeren Zukunft führen wird. "Wir konnten zwei industrielle Abfallprodukte nutzen, die bisher schwer zu entsorgen waren, und sie zur Herstellung von grünem Wasserstoff einsetzen.

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