Biomassan hyödyntäminen johtavan hiilen valmistuksessa
Edellisessä blogikirjoituksessa käsittelimme syitä uusiutuvan energian varastoinnin tärkeydelle sekä virtausakkujen potentiaalista ratkaisua tähän haasteeseen. Erityisesti tarkastelimme, kuinka virtausakkujen anodimateriaalina käytettävät grafiittimateriaalit ovat keskeisiä mutta myös haasteellisia, koska niiden valmistus perustuu yleensä fossiilisiin raaka-aineisiin. Biomassan hyödyntäminen johtavan hiilen tuotannossa tarjoaa huomattavia etuja, erityisesti vähentämällä riippuvuutta fossiilisista raaka-aineista, kuten kivihiilestä ja öljystä, jotka perinteisesti ovat olleet grafiitin tuotannon perusta.
BitKein-projektin puitteissa on ja tehty yhteistyötä Keski-Suomen sahojen kanssa etsittäessä soveliaita, helposti saatavilla olevia biomateriaalilähteitä, jotka soveltuvat johtavan hiilen valmistukseen. Hanke on herättänyt kiinnostusta, ja olemme saaneet lähtömateriaalia anodien valmistukseen suoraan sahojen sivuvirroista. Tämä yhteistyö mahdollistaa paikallisten ja kierrätettävien raaka-aineiden hyödyntämisen materiaalituotannossa, mikä tukee kestävän kehityksen tavoitteita ja vähentää ympäristövaikutuksia.
Johtavan hiilen valmistus biomateriaaleista perustuu materiaalin hallittuun ”hiiltämiseen” pyrolyysiksi kutsun menetelmän avulla. Lisäksi johtavan hiilen tehokas tuottaminen vaatii katalyytin käyttöä pyrolyysiprosessissa. Meidän tavoitteenamme on ollut etsiä mahdollisimman kustannus- ja energiatehokas prosessi, joten kehitystyössä on keskitytty pyrolyysiolosuhteiden kuten pyrolyysilämpötilan, pyrolyysiajan ja katalyytin määrän optimointiin. Tavoitteenamme oli löytää optimaaliset prosessiparametrit, jotka tuottavat parhaiten soveltuvia materiaaleja virtausakkuihin. Pyrolyysituotteet analysoitiin Röntgendiffraktiolla (XRD) ja Raman-spektrometrillä, joiden avulla saatiin arvokasta tietoa siitä, miten eri olosuhteet vaikuttavat materiaalin rakenteeseen ja sähköisiin ominaisuuksiin.
Tähän mennessä saadut tulokset ovat erittäin lupaavia ja tarjoavat vahvan pohjan jatkotutkimuksille. Optimoinnin avulla voimme odottaa saavuttavamme entistä parempia tuloksia ja valmistavamme materiaaleja, jotka täyttävät virtausakkujen vaatimukset niin suorituskyvyn kuin kestävyydenkin osalta. Seuraavassa tutkimusvaiheessa keskitymme parametrien hienosäätöön, jotta voimme parantaa materiaalien laatua ja valmistusprosessin tehokkuutta.
Aleksi Ahl
Kirjoittaja toimii projektitutkijana BitKein -hankkeessa ja Kemian laitoksella Jyväskylän yliopistolla.
Jyväskylän yliopiston BitKein-hankkeessa kehitetään menetelmää virtausakkujen hiilielektrodien valmistukseen. Tavoitteena optimoida virtausakkujen tehokkuus ja korvata elektrodien grafiitti hyödyntämällä biomassoista ja/tai sivuvirroista saatavaa hiilipitoista materiaalia johtavan hiilen lähteenä.
