Batterij gemaakt van hout

Een batterij van hout is een minder vreemd idee dan het lijkt. Dat heeft alles te maken met de fijnstructuur van hout.

Waarom lithiumionbatterijen de langste tijd gehad hebben

Lithium is het lichtste metaal en heeft een enorme energiedichtheid. Ideaal voor batterijen dus. Er is alleen een probleem. Lithium is erg schaars en het kost veel energie om het te winnen. Willen we de hele aarde over laten stappen op alternatieve energiebronnen, dan hebben we batterijen nodig die minstens even goed zijn als lithiumbatterijen, maar die niet gebruik maken van dit soort schaarse materialen. Vandaar dat natriumionbatterijen snel oprukken. Maar ook andere metalen, zoals zink, en zelfs organische batterijen, worden onderzocht.

Ook voor grafiet moet er een vervanger komen. Grafiet wordt steeds schaarser en grafietbatterijen kunnen niet tegen zware vorst, zoals vloekende en tierende Teslarijders in de VS hebben ontdekt. Dus ook hier zoeken we een alternatief voor.

Ooit waardeloze lignine nu erg nuttig als batterijmateriaal

Hout bestaat bijna helemaal uit twee stoffen: cellulose en lignine. Cellulose levert het draagvermogen en lignine beschermt het hout tegen aantasting. Samen vormen ze zeer sterke houtvezels, waarbij het cellulose omringd wordt door lignine. Cellulose wordt massaal verwerkt in papierpulp, maar daarbij blijven grote hoeveelheden lignine achter. 1/4-1/3 van alle hout bestaat uit lignine.

Steeds meer chemische bedrijven stappen nu over op lignine als grondstof, omdat er heel veel van is en het goedkoop is. Toch blijven er nog grote hoeveelheden over. Op dit moment zo’n 17 miljard kg per jaar. Het Finse bedrijf Stora Enso speelt hierop in en heeft nu een nieuw alternatief ontwikkeld voor grafiet. Dit is lignode, op basis van lignine. Met hun 50 miljoen kg lignine uit hun papierfabriek per jaar kunnen ze nog wel even voort. Anders dan grafiet, bevat hun materiaal vele onregelmatige poriën. Daardoor het meer toegankelijk is voor lithiumionen dan grafiet en het opladen daardoor sneller gaat.

Houtbatterij als lithiumvrije batterij

Ligna Energy uit buurland Zweden is één van de afnemers van het lignine van Stora Enso. De Zweden gaat nog een stapje verder en rekenen helemaal af met lithium. Met lignine, water en natuurlijke polymeren als de voornaamste ingrediënten bevat hun batterij plus supercondensator (0,6 farad) bijna 80% aan organische stoffen.

In bestaande batterijen worden hiervoor schaarse metalen als kobalt gebruikt. De energiedichtheid is niet erg groot, een zesde van die van de lithiumion batterij. Maar de batterijen gaan wel meer dan 5000 laadcycli mee.

Biologisch afbreekbaar

Op dit moment kan je al een pakket van 5 (kleine) S-Power Ligna Energy batterijen bestellen voor 100 euro om mee te experimenteren. Op dit moment richten ze zich vooral op het leveren van platte, lichte batterijen voor sensoren. Zeer belangrijk, want straks komen er letterlijk honderden miljarden kleine sensoren verspreid over de hele wereld, in verband met het Internet of Things. Die moeten biologisch afbreekbaar zijn. Dat kan dankzij deze uitvinding. Deze sensoren breken namelijk honderd procent af en laten geen giftige stoffen achter.

Zeer elegant concept voor houtbatterij

Het bedrijf doet wat geheimzinnig over de exacte chemische reactie waarmee de batterij energie opslaat. Hier schijnt de lignine een actieve rol te spelen. Volgens Ligna Energy kan hun batterij gewoon in de groenbak, wat lijkt te wijzen op een niet toxisch metaal. Of wellicht toch een metaalvrije redoxreactie waarbij lignine betrokken is.

Voor de nerds onder jullie: het bleek inderdaad een combinatie van dat laatste met zink te zijn. Het systeem is ongelooflijk elegant en maakt gebruik van elektriciteit geleidende moleculen, die elektronen van en naar de benzeenringen van het lignine transporteren. Dit is echt pure nanotechnologie. Veel kleiner dan dit kan het niet. In dit filmpje hieronder staat het exact uitgelegd.

Mooie oplossing voor grootschalige opslag van piekstroom

Nou, leuk, zou je zeggen. Wat is het praktische nut van deze batterij? Je zal deze batterij inderdaad niet snel terugzien in een auto of je mobieltje. Dat komt omdat de energiedichtheid vrij laag is. Maar dat probleem is er natuurlijk niet, als deze batterijen op dezelfde plaats blijven staan. Het grote nadeel van alternatieve energiebronnen is dat ze geen energie leveren als de zon niet schijnt, of als de wind stilligt.

Willen we echt alle fossiele brandstoffen door alternatieve energiebronnen vervangen? Dan hebben we een goede manier nodig om energie op te slaan. En wat dat betreft kan deze batterij zeer goede diensten bewijzen. Als je een flink opgeschaalde versie van de Ligna Energy batterijen koppelt aan zonnepanelen, heb je een batterij die meer dan 15 jaar meegaat.

Dus wie weet staat er over een paar jaar wel een houten batterij in je achtertuin, waarop jij ’s avonds de lampen laat branden. En als de batterij is uitgeput, kan je hem gewoon op de composthoop gooien. Als de Zweden hun belofte waarmaken, zou dit wel eens erg populair kunnen worden.