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 Überleben auf der Schneeball-Erde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena

nachricht Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde
21.09.2017 | Max-Planck-Institut für Hirnforschung

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: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Granulare Materie blitzschnell im Bild

21.09.2017 | Verfahrenstechnologie

Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Überleben auf der Schneeball-Erde

21.09.2017 | Biowissenschaften Chemie