Akkutechnik: Was hat es mit der "Holzbatterie" von Northvolt auf sich?

Es ist ein Kompromiss für umweltfreundlichere Akkus mit Schnellladung, guter Leistung bei Kälte und etwas weniger Kapazität, der seine Kunden finden wird.

Artikel von Frank Wunderlich-Pfeiffer veröffentlicht am 5. August 2022, 9:43 Uhr

Das Anodenmaterial stammt aus Abfällen der Papierherstellung. (Bild: Stora Enso)

Der Akkuhersteller Northvolt ist eine Partnerschaft mit Stora Enso eingegangen, einem finnisch-schwedischen Holz- und Papierverarbeiter. Die Unternehmen gaben in einer Pressemitteilung bekannt, dass sie gemeinsam "holzbasierte Batterien" entwickeln wollen.

Dahinter steckt ein aus Holz hergestelltes Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Akkus, das Graphit komplett ersetzen kann oder damit vermischt werden soll. Sie speichern etwas weniger Energie, aber Schnellladung und bessere Leistung bei kaltem Wetter könnten das aufwiegen. Das Material kann auch für Natrium-Ionen-Akkus wie die der schwedischen Firma Altris verwendet werden, deren Entwicklung von Northvolt finanziell unterstützt wird.

Graphit wird fast überall als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Akkus verwendet. Aber es wird größtenteils in China gefördert und hergestellt, in Europa befinden sich hingegen nur zwei Prozent der Weltproduktion - und ein großer Teil davon im Kriegsgebiet der Ukraine. Alternativen zur Sicherstellung der Akkuproduktion in Europa sind also durchaus gefragt. Außerdem stellt Graphit als Anode einen Kompromiss dar. Es bringt eine bessere Energiedichte, aber Ladezeit, Sicherheit und Leistung bei Kälte sind schlechter.

Schon seit 2021 stellt Stora Enso harten Kohlenstoff her. Je nach Verfahren entsteht harter Kohlenstoff ähnlich wie Holzkohle, wenn kohlenstoffhaltiges Material unter Luftabschluss auf 1.000 bis 1.600 Grad Celsius erhitzt wird. Stora Enso verwendet für die Herstellung aber kein reines Holz, sondern Lignin, ein Abfallprodukt aus der Papierherstellung. Das ist ein biologisches Polymer, das Holz seine Stabilität und Beständigkeit gibt. Es muss mit Hilfe von Natronlauge vom Zellstoff abgetrennt werden, aus dem das Papier hergestellt wird.

100.000 Tonnen Kohlenstoff pro Jahr bis 2026

Es wird geschätzt, dass weltweit rund 50 Millionen Tonnen Lignin pro Jahr bei der Papierherstellung anfallen. Fast alles wird verbrannt. Es könnten daraus jährlich etwa 20 Millionen Tonnen harter Kohlenstoff hergestellt werden, im Vergleich zu etwa 1,5 Millionen Tonnen Graphit. Graphit wird auch synthetisch bei etwa 3.000 Grad Celsius hergestellt, allerdings mit entsprechend großem Energieverbrauch.

Schon 2021 eröffnete Stora Enso eine Pilotfabrik zur Herstellung von hartem Kohlenstoff aus Lignin. 2026 sollen nach aktuellen Plänen 100.000 Tonnen Material pro Jahr hergestellt werden, laut der Firma kann die Produktion auf mehr als 300.000 Tonnen pro Jahr ausgeweitet werden.

Dem Gewicht nach kann harter Kohlenstoff mehr Lithium aufnehmen als Graphit, in der Praxis sind die Werte aber von vielen Faktoren abhängig. Anders als Graphit besteht harter Kohlenstoff nicht aus einem regelmäßigen, dichten Kristallgitter gestapelter Kohlenstoffschichten. In der Wissenschaft wird die Struktur von hartem Kohlenstoff mit einem eingestürzten Kartenhaus mit Poren verglichen. Die unregelmäßige Struktur nimmt dabei etwa 50 Prozent mehr Volumen ein, weshalb Akkus mit hartem Kohlenstoff etwas größer sind.

Das größere Volumen bringt dafür eine Reihe von Vorteilen.