VTT ja Aalto-yliopisto tutkivat panimo- ja sellutuotannon sivuvirroista valmistettavan biohiilen käyttöä akkujen, superkondensaattoreiden ja aurinkokennojen raaka-aineena FinnCERES-lippulaivaohjelmassa.
Biomassasivuvirroista valmistettu biohiili on uusiutuva materiaali, jolla voidaan korvata fossiiliperäinen hiili. Biomassapohjaista biohiiltä voidaan myös käyttää raaka-aineena elektroniikkasovelluksissa, joiden avulla otetaan talteen, konvertoidaan ja varastoidaan energiaa.
Märkähiiltämällä valmistetun biohiilen käyttöä tutkitaan elektroniikkasovelluksissa Suomen Akatemian nelivuotisessa FinnCERES-lippulaivaohjelmassa, joka alkoi vuonna 2018.
Teollisuuden halvat sivuvirrat hyötykäyttöön
– Tarvitsemme halvempaa ja ympäristöystävällisempää, mutta samalla energiatehokasta energian tuotantoa ja varastointia, jonka valmistuksessa ei tarvitse käyttää harvinaisia ja kalliita metalleja, sanoo VTT:n tutkija Virpi Siipola.
Siipolan johdolla VTT:llä on testattu erilaisia biohiilen raaka-aineeksi soveltuvia biomassoja. Parhaiten energiasovelluksiin sopiviksi osoittautuivat panimomäski ja männynkuorimassa.
̶ Panimomäski on ligniini- ja selluloosapohjainen biomateriaali. Se on panimoteollisuuden sivuvirtaa, jota käytetään yleensä eläinten rehuna. Mäskillä on se mielenkiintoinen ominaisuus, että se sisältää paljon typpeä, jota sähkökemian sovellukset tarvitsevat. Aktivoituna mäski sopii erityisesti aurinkokennoihin. Männynkuori sisältää myös typpeä, ja siitä tehty aktiivihiili taas soveltuu parhaiten superkondensaattoreihin, Siipola selittää.
VTT käyttää biohiilen valmistusmenetelmänä märälle raaka-aineelle soveltuvaa märkähiiltämistä (HTC eli hydrothermal carbonization) yhdistettynä kemialliseen aktivointiin. Niiden avulla hiileen luodaan lisää pinta-alaa ja huokoisuutta.
Biopohjaisia energian varastointisovelluksia
Akku- ja superkondensaattorisovelluksia kehittävää tutkimusryhmää Aalto-yliopistossa vetää professori Tanja Kallio.
̶ Olemme siirtymässä kohti kausiluontoista uusiutuvan energian tuotantoa sekä mobiilia elämäntapaa, jossa tarvitaan liikuteltavaa energian varastointia. Perinteisesti käytetyt materiaalit eivät kuitenkaan riitä turvaamaan uusiutuvan energian varastointitarvetta. Biopohjaiset energian varastointisovellukset voivat olla ratkaisu tähän ongelmaan, Kallio sanoo.
Biohiilestä tehtyjä akkuja ja superkondensaattoreita voisi käyttää mobiililaitteissa ja tuotantoprosessia ylös skaalaamalla myös ajoneuvoissa. Superkondensaattoreita käytetään jo nyt sähköautojen jarruissa jarrutusenergian välivarastointiin. Ne purkavat varastoitua energiaa akkuun.
̶ Ensimmäisten tutkimustulostemme mukaan biohiilellä on suurempi kapasiteetti kuin kaupallisilla materiaaleilla, mutta meidän täytyy edelleen kehittää ja optimoida biohiilen huokoisuusrakennetta, Kallio kertoo.
Kestäviä aurinkokennoja panimomäskistä
Aalto-yliopiston toisessa FinnCERES-projektiin osallistuvassa tutkimusryhmässä kehitetään väriaineherkistettyjä aurinkokennoja. Tutkimusryhmää vetää akatemiatutkija, dosentti Kati Miettunen.
̶ Aurinkokennoissa on kaksi elektrodia, valoelektrodi ja vastaelektrodi. Tutkimustyömme liittyy vastaelektrodeihin, jotka tyypillisesti tehdään harvinaisesta ja kalliista platinasta. Pyrimme käyttämään halvempia, ympäristöystävällisempiä ja paremmin saatavilla olevia materiaaleja, joita voi tuottaa eri lailla, esimerkiksi tulostamalla. Platinan voisi korvata biohiilellä, Miettunen sanoo.
̶ Olemme saaneet hyviä testituloksia VTT:n panimomäskillä. Sillä saa aikaan ison katalyyttisen pinta-alan ja lupaavan hyvän hyötysuhteen. Biohiilipohjaisen aurinkokennon elinikä on myös osoittautunut yllättävän hyväksi.
