Tiềm năng sử dụng lignin

Trước đây, một nhà sản xuất giấy hàng đầu của Phần Lan nhận ra rằng thế giới đang thay đổi. Sự gia tăng của phương tiện kỹ thuật số và sự suy giảm của in ấn văn phòng cho thấy nhu cầu tiêu thụ giấy đang giảm.

 Điều này đã thúc đẩy Stora Enso, công ty tự mô tả mình là một trong những công ty tư nhân có nhiều rừng nhất thế giới, phát triển một kế hoạch kinh doanh mới bao gồm đầu tư vào pin xe điện. Công ty đã thuê các kỹ sư để nghiên cứu tiềm năng sử dụng lignin, một loại polymer được tìm thấy trong thực vật.

Ông Lauri Lehtonen, Giám đốc Lignode, bộ phận nghiên cứu pin từ lignin của Stora Enso, cho biết: “Lignin là chất keo trong cây giúp kết dính các sợi cellulose lại với nhau và cũng làm cho thân cây cứng hơn. Tùy thuộc vào từng loại cây, lignin chiếm khoảng 30% trong thành phần cây trong khi cellulose chiếm phần còn lại”.

 Lignin là một polyme chứa carbon và là nguyên tố quan trọng trong anode của các cục pin. Anode của pin lithium sử dụng trong điện thoại chủ yếu làm từ than chì, một dạng thù hình của carbon.

 Các kỹ sư của Stora Enso đã quyết định chiết xuất lignin từ bột giấy thải đã được sản xuất tại một số nhà máy và xử lý lignin tạo thành vật liệu carbon cho anode của pin. Công ty đang hợp tác với công ty Thụy Điển Northvolt và có kế hoạch sản xuất pin sớm nhất là vào năm 2025.

 Nhu cầu toàn cầu về pin dự kiến ​​sẽ tăng theo cấp số nhân trong vài năm tới khi ngày càng có nhiều người mua xe điện và lưu trữ năng lượng tại nhà.

 Theo công ty tư vấn quản lý McKinsey, năm 2015 dự trữ pin toàn cầu cần hàng trăm gigawatt giờ (GWh), nhưng con số này sẽ tăng lên hàng nghìn GWh bổ sung cần thiết hàng năm vào năm 2030 khi thế giới rời xa nhiên liệu hóa thạch. Vấn đề là pin lithium-ion hiện đang được sử dụng phụ thuộc rất nhiều vào các quy trình khai thác và công nghiệp gây hại cho môi trường. Ngoài ra, một số vật liệu được sử dụng để sản xuất các loại pin này độc hại và khó tái chế.

Ví dụ, trong sản xuất than chì nhân tạo, carbon được nung nóng ở nhiệt độ lên tới 3.000 độ C trong vài tuần. Theo công ty tư vấn Wood Mackenzie, năng lượng này thường được lấy từ các nhà máy nhiệt điện than ở Trung Quốc. Việc tìm kiếm vật liệu pin bền vững ngày càng trở nên rộng rãi hơn. Một số nghĩ rằng giải pháp nằm ở cây cối.

 Nói chung, tất cả các loại pin đều yêu cầu cần có cathode và một anode. Chúng lần lượt là các điện cực dương và âm của pin. Khi pin hoạt động, các hạt mang điện gọi là ion đi qua hai cực này.

 Nhà khoa học và kỹ sư pin Jill Pestana ở California, Mỹ cho biết: “Khi pin được sạc, chẳng hạn như các ion lithium hoặc natri sẽ chuyển từ cực âm sang cực dương, nơi chúng ổn định giống như ô tô trong bãi đỗ xe nhiều tầng. Đặc điểm chính mà bạn mong muốn ở vật liệu tạo nên cấu trúc ‘bãi đỗ xe’ này là việc chúng dễ dàng nhận vào và phóng ra lithium và natri, cũng như không bị vỡ vụn”.

 Khi sử dụng pin, các ion di chuyển trở lại cực âm. Song song với quá trình này, các electron di chuyển trên dây dẫn và mang năng lượng đến cho xe.

 Theo bà Pestana, than chì là một vật liệu hiểu quả. Do đó, các vật liệu thay thế như cấu trúc carbon làm từ lignin sẽ phải chứng minh được giá trị của chúng.

Có nhiều công ty đang khám phá tiềm năng của lignin trong việc phát triển pin, chẳng hạn như Bright Day Graphene ở Thụy Điển, sản xuất graphene, một dạng carbon khác từ lignin.

Ông Lehtonen từ chối tiết lộ quy trình chi tiết chuyển hóa lignin thành cấu trúc carbon cứng, ngoại trừ tiết lộ các nhà khoa học có dùng nhiệt, nhưng không cao như cách tổng hợp than chì thông thường. Đặc điểm quan trọng của cấu trúc carbon thu được là tính vô định hình.

 Stora Enso đánh giá rằng điều này sẽ giúp sản xuất pin lithium-ion hoặc natri-ion có thể được sạc đầy chỉ trong 8 phút. Sạc nhanh là mục tiêu chính của các nhà thiết kế pin xe điện.

Giáo sư Wyatt Tenhaeff của Đại học Rochester, Mỹ cũng đã chế tạo thành công anode từ lignin trong phòng thí nghiệm. Ông nói rằng lignin thực sự tuyệt vời bởi vì nó là một sản phẩm phụ có thể có nhiều công dụng tiềm năng. Ông và các đồng nghiệp phát hiện ra rằng lignin có thể được sử dụng để tạo ra anode từ lignin mà không cần phải sử dụng các vật liệu kết dính hay vật liệu thu điện. Tuy nhiên, ông bày tỏ nghi ngờ liệu vật liệu dựa trên lignin có thể thay thế than chì về mặt thương mại hay không.

 Tác động đến rừng

Một vấn đề khác với việc sử dụng lignin là nhu cầu đảm bảo rằng các khu rừng cung cấp gỗ được khai thác bền vững. Chelsea Baldino, một nhà nghiên cứu tại Hội đồng Quốc tế về Giao thông sạch, cho biết miễn là lignin được sử dụng để sản xuất anode được chiết xuất dưới dạng sản phẩm phụ từ quy trình sản xuất giấy, thì những cây khác sẽ không bị chặt để sản xuất pin.

Người phát ngôn của Stora Enso cho biết tất cả lignin mà công ty sử dụng hiện là sản phẩm phụ của quá trình nghiền bột giấy và việc sử dụng nó không làm tăng số lượng cây bị chặt và lượng gỗ khai thác được sử dụng để sản xuất bột giấy.

Tag: lignin pin xe điện xu hướng