Forscher der Nanyang Technological University (NTU) haben eine Methode entwickelt, mit der sie Papierabfälle in Kohlenstoff umwandeln. Aus dem erhaltenen Kohlenstoff stellen sie im Anschluss auch mit Hilfe von 3D-Druck komplexe Gerüststrukturen für neuartige Elektroden her, die in wiederaufladbaren Batterien eingesetzt werden können.

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Forscher der Nanyang Technological University (NTU) haben laut einer Pressemitteilung eine Methode entwickelt, mit der sie Altpapier aus Einwegverpackungen, Tüten und Kartons in eine entscheidende Komponente von Lithium-Ionen-Batterien umwandeln können. Mit dem Prozess der Karbonisierung wird das Papier zu reinem Kohlenstoff umgewandelt und aus den Fasern entstehen Elektroden. Diese können für wiederaufladbare Batterien genutzt werden, um Mobiltelefone, medizinische Geräte und Elektrofahrzeuge mit Strom zu versorgen.

Ihre Arbeit haben die Forscher im Fachjournal Additive Manufacturing in einem Artikel mit dem Titel „Exceptional energy absorption characteristics and compressive resilience of functional carbon foams scalably and sustainably derived from additively manufactured kraft paper“ veröffentlicht.

Vom Altpapier zur Kohlenstoffanode

NTU Professoren Lai und Lim Guo Yao mit kleinen Würfeln
Forscher der NTU (im Bild) wandeln Papierabfälle in Kohlenstoff um, den sie für Anoden verwenden (Bild © NTU).

Um das Papier in Kohlenstoff umzuwandeln, setzen die Forscher es hohen Temperaturen aus, wodurch es zu reinem Kohlenstoff, Wasserdampf und Ölen reduziert wird, die für Biokraftstoff genutzt werden können. Während des Prozesses wird eine vernachlässigbare Menge an Kohlendioxid freigesetzt, da dieser in Abwesenheit von Sauerstoff stattfindet.

So stellt das Verfahren immer noch eine umweltfreundlichere Alternative zur Entsorgung von Kraftpapier durch Verbrennung dar, die große Mengen an Treibhausgasen erzeugt.

Doppelt so lange haltbar

Vom Forschungsteam hergestellt Kohlenstoffanoden sind sehr haltbar, flexibel und bieten sehr gute elektrochemische Eigenschaften. Labortests zufolge können Anoden bis zu 1.200 Mal geladen und entladen werden und sind mindestens doppelt so lange haltbar wie Anoden in aktuellen Telefonbatterien. Batterien, die mit von der NTU hergestellten Anoden entstehen, halten auch mehr physischer Belastung stand und absorbieren die Brechenergie bis zu fünfmal besser.

Verglichen mit aktuellen industriellen Verfahren zur Herstellung von Batterieanoden werden hierbei auch weniger energieintensive Prozesse und Schwermetalle eingesetzt. Die Anode verursacht bis zu 15 % der Gesamtkosten einer Lithium-Ionen-Batterie ausmacht, weshalb die Forscher davon ausgehen, dass durch ihre Methode auch Herstellungskosten gesenkt werden.

Abhängigkeiten reduzieren und recyceln

Altpapier als Rohmaterial zu verwenden, reduziert die Abhängigkeit von konventionellen Kohlenstoffquellen wie kohlenstoffhaltigen Füllstoffen und kohlenstoffhaltigen Bindemitteln, die abgebaut und mit aggressiven Chemikalien und Maschinen verarbeitet werden. In vielen Ländern machen Kraftpapiertüten einen großen Teil des Papierabfalls aus, weshalb die Methode der Forscher aus Singapur dazu beitragen kann, Abfallprodukte zu recyceln und sie sinnvoll wiederzuverwenden. Dabei wird auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und der Übergang zu einer Kreislaufwirtschaft, grünen Materialien und sauberer Energie vorangetrieben.

Das Team der Forscher hat bei dem Innovations- und Unternehmensunternehmen der NTU, NTUitive ein Patent angemeldet und arbeitet an der Kommerzialisierung der Erfindung. Das Team wird außerdem Forschungen durchführen, um die Energiespeicherkapazität seines Materials zu verbessern und die Wärmeenergie zu minimieren, die für die Umwandlung von Papier in Kohlenstoff notwendig ist.

Stimme zur NTU-Methode

Professor Juan Hinestroza vom Department of Human Centered Design der Cornell University, USA, der nicht an der Forschung beteiligt war, hob die Bedeutung der Arbeit des NTU-Forschungsteams hervor und sagte:

„Da Kraftpapier in sehr großen Mengen hergestellt wird und gleichermaßen auf der ganzen Welt verteilt, glaube ich, dass der kreative Ansatz, der von den Forschern der NTU Singapur entwickelt wurde, ein großes Potenzial für Auswirkungen auf globaler Ebene hat. Jede Entdeckung, die die Verwendung von Abfall als Rohstoff für hochwertige Produkte wie Elektroden und Schäume ermöglicht, ist in der Tat ein großer Beitrag. Ich denke, dass diese Arbeit einen neuen Weg eröffnen und andere Forscher dazu motivieren kann, Wege für die Umwandlung anderer zellulosebasierter Substrate wie Textilien und Verpackungsmaterialien zu finden, die weltweit in großen Mengen entsorgt werden.“

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