A papírakkumulátorok sokkolhatják a piacot

A most használt lítiumion-akkumulátoroknál hatékonyabb energiatárolási megoldást ígér a japán Nippon Paper: cellulóz nanoszálakat használnának fel, ami kisebb környezeti terhelést, megújuló forrást jelenthetne az energetikai megoldások piacán. Sok kutató szkeptikus, de a vállalat nagyon határozott a terveit illetően.

“Gyorsabban kell haladnunk a más vállalatokkal való együttműködésben, hogy gyakorlati felhasználási lehetőségeket találjunk” – mondta Toru Nozawa, a Nippon Paper vezérigazgatója egy interjúban. A cellulóz nanoszál, vagy CNF alapú szuperkondenzátorok “olyan területeken alkalmazhatók, ahol lítiumion-akkumulátorokat használnak, például autókban és okostelefonokban”. A cég célja, hogy 2025-ben az oszakai világkiállításon bemutatásra kész kísérleti energiatároló rendszerrel rendelkezzen, és egy évtizeddel későbbre teljes mértékben kereskedelmi forgalomba hozza a technológiát.

A Nippon Paper Industries új áttörést szeretne elérni a cellulóz nanoszálak – a cellulózpép százmikronos vagy annál kisebb méretűre történő finomításával előállított anyagok, amelyeket jelenleg olyan termékekben használnak, mint a pelenkák vagy élelmiszer-adalékanyagok – felhasználása terén azzal a céllal, hogy olyan szuperkondenzátorokat hozzon létre, amelyek a meglévő akkumulátoroknál sokkal jobb teljesítményű és kisebb környezeti terheléssel tárolhatják és bocsáthatják ki az energiát – írja a Bloomberg a fejlesztés technikai hátteréről.

A szuperkondenzátorok tömeg nélküli elektronokat tartanak elektromos mezőben, míg az akkumulátorok kémiai formában tárolják az energiát. A különbségek miatt az előbbiek ideálisak rövid és intenzív energiaimpulzusok – például egy fényképezőgép vakujának villanásához szükséges áram – leadására, de tárolókapacitásuk csak töredéke a lítium-ion akkumulátorokénak. Ez évtizedek óta azt jelenti, hogy a szuperkondenzátorok hiánypótló szerepet töltenek be a laptopok memóriabiztosító rendszereiben, a szélturbinák motorjainak állásszabályozásában vagy egyes hibrid és plug-in járművek fékezésekor az energiavisszatöltésben. A szuperkondenzátorok egy olyan energiatároló rendszer régóta nem megvalósított ígéretét is magukban hordozzák, amely drámaian rövidebb feltöltési időt, kevesebb biztonsági kockázatot és az olyan drága fémektől, mint a kobalt vagy a nikkel, való függetlenséget ígéri.

Akkumulátor, csak nem olyan

“A szuperkondenzátorok számára rengeteg lehetőség van arra, hogy technológiaként tovább növekedjenek, de teljesen más technológiai szegmensben vannak, mint az akkumulátorok” – mondta Sam Jaffe, a coloradói Boulderben működő Cairn Energy Research Advisors ügyvezető igazgatója, egy iparági tanácsadó. “A szuperkondenzátorok nem és soha nem is lesznek a lítiumion-akkumulátorok versenytársai” – vélekedett Jaffe.

A meglévő lítium-ion akkumulátorok továbbfejlesztése is kihívást jelent, amelyek rutinszerűen jó energiatárolási kapacitást biztosítottak, de korábban korlátot jelentett a lassú újratöltés. Most egyes akkumulátor-technológiák 30 perces töltési időt kínálnak, és a vállalatok, köztük a Volkswagen, ezt az időtartamot körülbelül 12 percre kívánják csökkenteni – mondta James Frith, a BloombergNEF elemzője.

A szuperkondenzátorok támogatói ragaszkodnak ahhoz, hogy érdemes kitartani. Az energiasűrűség már javul, és a CNF-ek felhasználásával az alkatrészek újabb nagy lépést tehetnek előre – mondta Mikio Fukuhara, a Tohoku Egyetem kutatója, aki a Nippon Paperrel együttműködött.

A Nature folyóiratban márciusban megjelent tanulmányban egy Fukuharát is magában foglaló tudóscsoport bizonyítékot szolgáltatott arra, hogy a CNF-eket (Cellulose Nanofibers, vagyis cellulóz nanoszálakat) használó szuperkondenzátorok nagy mennyiségű villamos energia tárolására alkalmasak, és potenciálisan alkalmasak a használati tárgyak esetében, a közlekedési eszközöknél és a megújuló energia tárolására (bár itt egyelőre ígéretesebb megoldásnak tűnik a zúzott bazalt kisütése).

A korai felhasználási esetek az alacsony feszültséget használó eszközök, például okostelefonok vagy okosórák lennének, mondta Fukuhara a Bloomberg kérdésére. A szuperkondenzátorok elektromos járművekben való alkalmazása lenne a “végső alkalmazás”, és ehhez további fejlesztésekre lenne szükség, részben azért, mert az autók nagyobb feszültséget használnak. “Biztos vagyok benne, hogy a jövőben felváltja majd a lítium-ion akkumulátorokat, és döntő tényező lesz a környezet megmentésére irányuló erőfeszítésekben” – mondta a kutató.

Ez egy újabb ipari forradalom lesz

– tett hangzatos ígéretet Fukuhara.

A jobb szuperkondenzátorok kifejlesztésén dolgozó más projekteken dolgozó versenytársak is bizakodók. “Ha a fejlesztés befejeződik, a technológiát az elektromos járművek és az energiatároló rendszerek kapacitásának és élettartamának növelésére fogják használni” – mondta Yoo Seung Joon, a dél-koreai Gwangju Institute of Science and Technology szerves elektrokémiai és energetikai anyagok laboratóriumának professzora.

A Nippon Paper keresi a lehetőségeket arra is, hogy a meglévő akkumulátorgyártók anyagellátását felemelje, miközben folytatja a rivális technológia fejlesztését. A vállalat legalább egy vezető gyártót felvett ügyfélként, és azt is fontolgatja, hogy ellátási központokat hoz létre olyan növekvő piacokon, mint Európa.

A termék mellett szól, hogy a Földön előforduló leggyakoribb szerves anyag, mert a növények vázanyagának nagy része cellulóz. Pontosabban a fa 40 százaléka, a gyapot 50 százaléka, a len és a kender 80 százaléka tartalmazza. Az anyag tehát megújuló forrásból is beszerezhető lenne, a papír pedig az egyik legkönnyebben lebomló hulladékfajta így fenntarthatóbb lenne az ilyen akkumulátorok megsemmisítése is a termékek életciklusának végén.

napi.hu