Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Von Batterien bis zu Vanillin: Elektrochemie verwandelt Holzabfälle

12.05.2017

Abfälle der Papier- und Zellstoffindustrie liefern Ausgangsmaterial für Entwicklung neuer Redox-Flow-Batterie – Elektrosynthese im Vormarsch

Die Stabilisierung der Stromnetze wird mit dem Ausbau erneuerbarer Energien eine wachsende Herausforderung. Hier könnten Redox-Flow-Batterien einen wichtigen Beitrag leisten. Wissenschaftler der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) arbeiten im Rahmen eines Kooperationsprojekts an der Entwicklung neuer Elektrolyte für Redox-Flow-Batterien auf der Basis von Lignin, das in der Zellstoffherstellung aus Holz als Abfallprodukt anfällt.


Forscherin beim Aufbau einer Flusselektrolyse

Foto/©: Alexander Sell, JGU


Bis zu acht verschiedene Versuche können gleichzeitig in diesem Screening-Elektrolyseur durchgeführt werden. In jedem der kleinen Kunststoffbecher stecken zwei Elektroden.

Foto/©: Carsten Siering, JGU

Gemeinsam mit ihren industriellen und wissenschaftlichen Partnern erforschen die Mainzer Chemiker damit die Nutzung nachwachsender Rohstoffe zur effizienteren Verwendung erneuerbarer Energien. Bisher wird für Flussbatterien vor allem das Metall Vanadium verwendet, das jedoch nur in begrenzter Menge zur Verfügung steht und außerdem teuer ist. Für die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Siegfried Waldvogel vom Institut für Organische Chemie erschließt sich mit diesem Projekt ein neues Forschungsfeld, in das sie ihre langjährige Erfahrung auf dem Gebiet der Elektrochemie einbringen kann.

Im Falle der Redox-Flow-Batterie geht es den Wissenschaftlern darum, aus Lignin, das in Holz und allgemein in Pflanzen für Stabilität sorgt, geeignete Redox-Paare herzustellen. Diese Redox-Paare werden im Elektrolyt von Flussbatterien aufgeladen und dann getrennt in Tanks gespeichert. Bei Bedarf werden sie später in der galvanischen Zelle zur Energieerzeugung wieder zusammengeführt.

„Wir werden aus der Ablauge, die bei der Papier- und Zellstoffproduktion anfällt, durch elektrochemische Zersetzung Chinone gewinnen und sie für den Einsatz in einer Batterie weiter optimieren“, erläutert Waldvogel die Aufgabe der Mainzer Kooperationspartner. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) bis Januar 2019 gefördert.

Elektrosynthese bringt grüne Chemie voran

„Die Elektrosynthese hat hier in Mainz sehr an Fahrt aufgenommen“, ergänzt Waldvogel, der das Forschungsgebiet seit 2010 an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz etabliert. In den letzten drei Jahren konnte die Gruppe neue Projekte mit einem Fördervolumen von rund vier Millionen Euro einwerben. Bei der Elektrosynthese geht es im Wesentlichen darum, elektrischen Strom als Reagens zu nutzen, wobei die Elektronen zur Oxidation oder Reduktion von organischen Stoffen dienen.

Das ist billiger und wesentlich umweltfreundlicher als konventionelle Reagenzien, sofern Elektrizität aus erneuerbaren Energien verwendet wird. „Man spricht aktuell von der Elektrifizierung der chemischen Synthese und es wird erwartet, dass diese Entwicklung zukünftige Industriegesellschaften weltweit beeinflusst“, so Waldvogel.

Bisher gibt es nur wenige industriell genutzte elektrosynthetische Prozesse für organische Moleküle. Die Gruppe von Siegfried Waldvogel hat nun unter anderem die Gewinnung des Aromastoffs Vanillin aus Holzabfällen entwickelt. Außerdem werden einige Hilfsstoffe für chemische Reaktionen mit diesen Verfahren schneller verfügbar gemacht. Eine besondere Erfolgsgeschichte ist die Veränderung eines Arzneimittelbausteins in Kooperation mit Novartis: Nachdem konventionelle Methoden nicht ans Ziel führten, genügte den Mainzer Wissenschaftlern nur eine elektrochemische Umsetzung, um das Produkt zu erhalten.

Neben Geschmacks- und Duftstoffen sowie Wirkstoffen sieht Waldvogel für die Elektrosynthese großes Potenzial bei der Herstellung spezieller Erzeugnisse für die Agrochemie und von Molekülen für die Materialwissenschaften.

Mit dieser Methode können oft viele konventionelle Syntheseschritte abgekürzt werden. Darüber hinaus senkt das Verfahren die Abhängigkeit von knappen Rohstoffen, die normalerweise für chemische Reagenzien benötigt werden. Die Flusselektrolyseure für die Laborversuche, bei denen elektrochemische Prozesse ablaufen, werden in der JGU-eigenen Werkstatt als Prototypen entwickelt und gebaut.

Fotos:
http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_orgchemie_elektrochemie_batterie_01.jpg
Forscherin beim Aufbau einer Flusselektrolyse
Foto/©: Alexander Sell, JGU

http://www.uni-mainz.de/bilder_presse/09_orgchemie_elektrochemie_batterie_02.jpg
Bis zu acht verschiedene Versuche können gleichzeitig in diesem Screening-Elektrolyseur durchgeführt werden. In jedem der kleinen Kunststoffbecher stecken zwei Elektroden.
Foto/©: Carsten Siering, JGU

Weitere Informationen:
Dr. Carsten Siering
Arbeitskreis Waldvogel
Institut für Organische Chemie
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-26067
Fax +49 6131 39-26777
E-Mail: siering@uni-mainz.de
http://www.chemie.uni-mainz.de/OC/AK-Waldvogel/

Weitere Links:
https://www.blogs.uni-mainz.de/fb09akwaldvogel/forschung/organic-electrochemistr...
http://www.uni-mainz.de/presse/57994.php (Pressemitteilung vom 23.10.2013 „Zukunftspreis Pfalz geht an Mainzer Chemiker Siegfried Waldvogel“)
https://www.fnr.de/ (Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe)

Petra Giegerich | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wasserbewegung als Hinweis auf den Zustand von Tumoren
19.04.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden
19.04.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verbesserte Stabilität von Kunststoff-Leuchtdioden

Polymer-Leuchtdioden (PLEDs) sind attraktiv für den Einsatz in großflächigen Displays und Lichtpanelen, aber ihre begrenzte Stabilität verhindert die Kommerzialisierung. Wissenschaftler aus dem Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPIP) in Mainz haben jetzt die Ursachen der Instabilität aufgedeckt.

Bildschirme und Smartphones, die gerollt und hochgeklappt werden können, sind Anwendungen, die in Zukunft durch die Entwicklung von polymerbasierten...

Im Focus: Writing and deleting magnets with lasers

Study published in the journal ACS Applied Materials & Interfaces is the outcome of an international effort that included teams from Dresden and Berlin in Germany, and the US.

Scientists at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) together with colleagues from the Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) and the University of Virginia...

Im Focus: Gammastrahlungsblitze aus Plasmafäden

Neuartige hocheffiziente und brillante Quelle für Gammastrahlung: Anhand von Modellrechnungen haben Physiker des Heidelberger MPI für Kernphysik eine neue Methode für eine effiziente und brillante Gammastrahlungsquelle vorgeschlagen. Ein gigantischer Gammastrahlungsblitz wird hier durch die Wechselwirkung eines dichten ultra-relativistischen Elektronenstrahls mit einem dünnen leitenden Festkörper erzeugt. Die reichliche Produktion energetischer Gammastrahlen beruht auf der Aufspaltung des Elektronenstrahls in einzelne Filamente, während dieser den Festkörper durchquert. Die erreichbare Energie und Intensität der Gammastrahlung eröffnet neue und fundamentale Experimente in der Kernphysik.

Die typische Wellenlänge des Lichtes, die mit einem Objekt des Mikrokosmos wechselwirkt, ist umso kürzer, je kleiner dieses Objekt ist. Für Atome reicht dies...

Im Focus: Gamma-ray flashes from plasma filaments

Novel highly efficient and brilliant gamma-ray source: Based on model calculations, physicists of the Max PIanck Institute for Nuclear Physics in Heidelberg propose a novel method for an efficient high-brilliance gamma-ray source. A giant collimated gamma-ray pulse is generated from the interaction of a dense ultra-relativistic electron beam with a thin solid conductor. Energetic gamma-rays are copiously produced as the electron beam splits into filaments while propagating across the conductor. The resulting gamma-ray energy and flux enable novel experiments in nuclear and fundamental physics.

The typical wavelength of light interacting with an object of the microcosm scales with the size of this object. For atoms, this ranges from visible light to...

Im Focus: Wie schwingt ein Molekül, wenn es berührt wird?

Physiker aus Regensburg, Kanazawa und Kalmar untersuchen Einfluss eines äußeren Kraftfeldes

Physiker der Universität Regensburg (Deutschland), der Kanazawa University (Japan) und der Linnaeus University in Kalmar (Schweden) haben den Einfluss eines...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungen

124. Internistenkongress in Mannheim: Internisten rücken Altersmedizin in den Fokus

19.04.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Juni 2018

17.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Nachhaltige und innovative Lösungen

19.04.2018 | HANNOVER MESSE

Internationale Konferenz zur Digitalisierung

19.04.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Auf dem Weg zur optischen Kernuhr

19.04.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics