Elektrischer Strom aus Naturstoffen: die Lignin- und Huminsäure-Akkumulatoren
Lehrer*innen-Fortbildung am Samstag, den 11. Februar 2023, 9 - 13 Uhr
Programmpunkte:
- Kurzvortrag zu Erneuerbaren Energien und Redox-Flow-Batteries
- Mediale Einführung in die Thematik der Erneuerbaren Energien
- Modellversuche zu Redox-Flow-Batteries mit Naturstoffen wie Huminsäure und Lignin
- Anschauliche "Spaß"-Batterien mit den Alltagsprodukten Kaffee, Rotwein, Bärentraubenblättertee
Eine umfassende Nutzung von Strom aus Wind- und Solaranlagen ist in hohem Maße von den Witterungsverhältnissen abhängig und stellt in Zukunft besondere Anforderungen an die Speichertechnik, da elektrische Energie als solche nicht gespeichert werden kann und in andere speicherbare Energieformen umgewandelt werden muss. Im Mittelpunkt der Fortbildung stehen moderne und neuartige Methoden zur Energiespeicherung in Batterien und Akkumulatoren.
In der aktuellen Diskussion um die Energiespeicherung werden neben den Lithium-Ionen-Batterien sogenannte Redox-Flow-Batterien diskutiert. Die Flow-Batterien unterscheiden sich im Aufbau und der Leistungsfähigkeit deutlich von traditionellen Batterien, denn in diesen Flow-Zellen ist für jede Halbzelle ein Kreislauf installiert, in dem ein Elektrolyt mit einem geeigneten Redox-Paar zirkuliert. Am weitesten fortgeschritten sind die Entwicklungen von Redox-Flow Batterien mit Vanadiumsalzen. Inzwischen werden auch statt der giftigen und sehr korrosiven Vanadiumsalze geeignete organische Systeme aus Basis von Chinonen und Hydrochinonen diskutiert, die von Aziz et al. von der Havard University und Narajanan et al. von der Southern Californian University entwickelt wurden. Dabei stehen vor allem nachwachsende Rohstoff im Vordergrund, aus denen die Elektrolyten für den Einsatz in Redox-Flow-Batteries gewonnen werden.
Lignin ist ein nachwachsender Rohstoff, der in Pflanzen und vor allem in Holz enthalten ist. Bei der Papier- und Zellstoff-Produktion fällt die Substanz in großen Mengen als Abfallprodukt an. Sie zählt somit zu den nachwachsenden Rohstoffen. Huminsäuren sind ebenfalls ein Naturprodukt, die im Torf und in Braunkohle als Abbauprodukte pflanzlichen Materials vorhanden sind. Sie werden häufig bei Verdauungsproblemen in der Tiermedizin eingesetzt, da diesen eine heilende Wirkung zugesprochen wird. Huminsäuren, die aus Braunkohle gewonnen werden, sind hochmolekulare Verbindungen, die sowohl phenolische Hydroxy-Gruppen wie auch Chinone enthalten. Das Start-Up-Unternehmen "CM Blu Energy" plant mit einer modifizierten Ligninsulfonsäure Redox-Flow-Batterien in großen Dimensionen auf den Markt zu bringen. Da das Lignin des Fichtenholzes zu 90 % aus polymerem Coniferylalkohol besteht, müssen noch geeignete Strukturen für eine Oxidation geschaffen werden, die in Huminsäuren bereits vorhanden sind. Lassen sich solche Substanzen als Elektrolyte in Batterien und Akkumulatoren einsetzen?
In einem Kurzvortrag und einem Praktikum lernen Sie die technischen und chemischen Grundlagen der der Redox-Flow-Batterien kennen. Zusätzlich werden auch einige "lustvolle Spaßbatterien" mit Alltagsmaterialien vorgestellt.
Im Praktikum werden Sie praxistaugliche Schulversuche, die es den Schülerinnen und Schülern ermöglichen, die chemischen Grundlagen dieser Batterien zu verstehen, erproben.
Die Fortbildung liefert somit hochaktuelle, experimentelle fachdidaktische Bausteine und Informationen zum Gelingen der Energiewende. Es wird umfangreiches Material zur Verfügung gestellt.