„nachhaltige technologien 2|2018“

lich für stationäre Anwendungen eingesetzt, vor al- lem als Backup für kritische Infrastruktur (Spitäler, Militärbasen, Mobilfunkanlagen, Pufferbatterien für Windkraftwerke in exponiertem Gelände). Hier spielt die Energiedichte eine untergeordnete Rolle und oft erreichen diese Redox-Flow-Batterien die Größe von ganzen Häusern. Redox-Flow-Batterien bestehen im Wesentlichen aus zwei elektrolytführenden Tanks, einem Pumpsystem, das die Elektrolyten (zur Zeit meist Zink-Brom- oder Vanadium-basiert) durch eine Zelle pumpt, in der die beiden Elektrolyte durch eine Membran getrennt sind, und zwei Elektroden (z.B. Kohlenstoffelektroden), die den Strom abnehmen (siehe schematische Abbildung). Schematische Abbildung einer Redox-Flow-Batterie bestehend aus zwei Elektrolyttanks, eines Pumpsystems und einer Flusszelle, die den Austausch von Protonen über eine Membran bewerkstelligt. Vorteile von Redox-Flow-Batterien Die großen Vorteile von Redox-Flow-Batterien sind ihre hohe Effizienz, die 75-80 % erreicht, ihre hohe Lebenserwartung und Zyklenstabilität (bis 10000 Zy- klen), sowie ihre relativ geringe Neigung zur Selbst- entladung. Systeme auf Zink-Brom- oder all-Vanadium- Basis können eine Energiedichte von bis zu 25 kWh/l erreichen. Diese haben allerdings den Nachteil, dass der Austritt großer Mengen an Elektrolyt (z. B. Zink- Brom) gravierende ökologische Auswirkungen haben kann, Metalle relativ teuer sind und meist eine schlechte Umweltbilanz aufweisen. Der Ersatz solcher Materialien ist ein noch junges Gebiet im Bereich der Redox-Flow-Batterien und be- schäftigt sich mit sogenannten organischen Redox- Flow-Batterien, die diese Probleme weitestgehend umgehen. Eines der wenigen recht gut untersuchten Beispiele in diesem Zusammenhang beschäftigt sich mit einer Reihe von redoxaktiven Chinon/Hydrochi- non-Paaren, wie sie in ähnlicher Weise auch im Lignin vorhanden sind. Im Lignobatt-Projekt dient Kraft-Lignin, das in Öster- reich in sehr vielen Zellstofffabriken anfällt, als Rohstoff. Grobe Schätzungen haben ergeben, dass bei erfolgreicher Umsetzung einer Redox-Flow-Batterie auf Kraft-Lignin-Basis die Kosten pro kWh signifikant sinken könnten. Ausblick Die großen Herausforderungen im Projekt bestehen in der Inhomogenität des Lignins selbst, der enthal- tenen prozessbedingten Chemikalien sowie des rela- tiv kleinen Wissens bezüglich elektrochemischer Langzeitstabilität sowie in der Alterung der Elektroden durch Präzipitation 1 an den Elektroden. Nach dem ersten Projektjahr konnten bereits die ersten Erfolge verbucht werden und es wurde ein Mini-Prototyp ge- baut, der in ersten Studien 50 Zyklen lang keinerlei Abnahme der Performance zeigte. Diese Ergebnisse sind sehr vielversprechend, um das Ziel, eine nachhal- tige und kostengünstige Redox-Flow-Batterie auf Li- gninbasis zu realisieren, in den verbleibenden zwei Projektjahren zu erreichen. Danksagung Das Lignobatt-Projekt wird aus Mitteln des Klima-und Energiefonds gefördert und im Rahmen des „Energie- forschungsprogramms 2016 - Emerging Technologies“ durchgeführt. Weiters möchten wir der Firma Heinzel Pulp und der Fa. Mondi für die Bereitstellung von ver- schiedenen Kraft-Ligninen danken. Dipl.-Ing. BSc Werner Schlemmer ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der Technischen Universität Graz. Priv.-Doz. Mag. Rer. nat. Dr. rer. nat. Stefan Spirk ist Assistenzprofessor am Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der Technischen Universität Graz. stefan.spirk@tugraz.at Source/Load Nafion Membran Elektrode Elektrode Tank 1 Tank 2 2H + +2e - -2e - 1 Anm. Präzipitation: Abscheidung aus einer Flüssigkeit