Erst Bier brauen, dann Energie speichern

Chemiker gewinnen Aktivkohle für die Batterieherstellung aus Brauereiabfällen

29.03.2023 - Deutschland

Moderne Energiespeicher sind ein wichtiger Baustein für eine klimafreundliche Zukunft. Modern bedeutet dabei nicht nur, dass ihre Leistungsfähigkeit den Ansprüchen einer hochtechnisierten Gesellschaft genügt, sondern auch, dass sie nachhaltig produziert und recycelt werden können. Und dabei geraten überraschende Rohstoffe in den Fokus – beispielsweise Brauereiabfälle. So haben Chemikerinnen und Chemiker der Friedrich-Schiller-Universität Jena nun gemeinsam mit spanischen Kolleginnen und Kollegen Biertreber als biologische Ressource für die Herstellung elektrochemischer Energiespeicher erprobt. Dabei gewannen sie Kohlenstoff, der als Elektrode in Batterien Verwendung finden kann, und Aktivkohle als Elektrodenmaterial für Superkondensatoren. Für ihre Untersuchungen nutzten die Chemikerinnen und Chemiker Abfälle aus dem Jenaer Brauereigasthof „Papiermühle“.

Die Jenaer Forschenden entwickelten ein Verfahren, mit dem sie kohlenstoffhaltiges Material gewinnen können, das für die Energiespeicherung geeignet ist. Im Falle der Aktivkohle maximieren sie deren Oberfläche und optimieren die Porengröße des Materials. Bei der Verwendung als Elektrode in Superkondensatoren garantieren diese Kohlenstoffe eine sehr hohe Kapazität und ermöglichen die Herstellung von Geräten mit hoher Energiedichte.

Biertreber überall verfügbar

Doch warum fiel die Wahl des Jenaer Teams ausgerechnet auf Brauereiabfälle? „Wir erforschen bereits seit einigen Jahren, wie gut sich verschiedene biologische Rohstoffe für die Gewinnung kohlenstoffhaltiger Materialien, die wir bei der Herstellung von Energiespeicher benötigen, eignen“, erklärt Prof. Dr. Andrea Balducci von der Universität Jena. „Und Brauereiabfälle erfüllen dafür wichtige Kriterien: Ihre chemische Zusammensetzung eignet sich prinzipiell gut für die von uns anvisierten Anwendungen – in ihnen steckt das kohlenstoffhaltige Ausgangsmaterial, dass es braucht, um infrage zu kommen. Des Weiteren ist Biertreber in großen Mengen vorhanden – in der Europäischen Union beispielsweise fielen 2019 rund 6,8 Milliarden Tonnen an, davon allein in Deutschland 1,5 Milliarden Tonnen. Brauereien sind außerdem in der Fläche gut verteilt, was ihn leicht verfügbar macht und lange Transportwege der Rohstoffe vermeidet.“ Auch die Jenaer Forscherinnen und Forscher griffen auf eine lokale Brauerei zurück und besorgten sich für die Versuche Biertreber.

Obwohl reichlich vorhanden, habe die wissenschaftliche Gemeinschaft die Abfallprodukte aus Brauereien aber bisher kaum beachtet, sagt der Jenaer Chemiker. Aktivkohle für Superkondensatoren werde derzeit beispielsweise vor allem aus Kokosnussschalen gewonnen. Das könnte sich in Zukunft ändern, wobei dafür weitere Forschung notwendig ist. „Diese Art von Abfall könnte eine interessante Option zur Herstellung von Materialien für Superkondensatoren sein, wenn bestimmte Faktoren weiter optimiert werden können, etwa die Kosten oder die chemische Zusammensetzung des Rohstoffs“, sagt Balducci. „Wir werden in weiteren Projekten daran arbeiten, die Vorteile und Grenzen der Benutzung dieses reichlich vorhandenen Materials besser zu verstehen, so dass es dann möglicherweise stärker bei der Produktion nachhaltiger Energiespeicher einbezogen werden kann.“

Originalveröffentlichung

S. Darlami Magar, C. Leibing, J. L. Gόmez-Urbano, R. Cid, D. Carriazo, A. Balducci: „Brewery waste derived activated carbon for high performance electrochemical capacitors and lithium-ion capacitors“, Electrochimica Acta, 2023.

S. D. Magar, C. Leibing, J. L. Gόmez-Urbano, D. Carriazo, A Balducci: “Brewers’ spent grains derived carbon as anode for alkali metal ion batteries”, Energy Technology, 2200379, (2022).

https://www.chemie.de/news/1179982/erst-bier-brauen-dann-energie-speichern.html

Originalveröffentlichung

S. D. Magar, C. Leibing, J. L. Gόmez-Urbano, D. Carriazo, A Balducci: “Brewers’ spent grains derived carbon as anode for alkali metal ion batteries”, Energy Technology, 2200379, (2022).

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