Reciclables a partir de residuos de madera para el almacenamiento de energía y la tecnología medioambiental
Un equipo de investigación aprovecha los residuos de lignina de la industria maderera para desarrollar materiales que permitan construir y reciclar baterías sostenibles
El biopolímero lignina se encuentra en grandes cantidades en los árboles. Garantiza la estabilidad de la madera de los árboles. Si esta madera se transforma en papel, por ejemplo, sólo interesa la parte celulósica de la madera. Queda la lignina, casi la mitad de la masa del árbol. "La industria de la pasta de papel acumula cada año unos 50 millones de toneladas de lignina en todo el mundo. La mayor parte simplemente se incinera", explica el Prof. Dr. Martin Oschatz, de la Universidad de Jena. Sin embargo, el catedrático de Química de Materiales para Aplicaciones Energéticas subraya que la lignina es demasiado valiosa para esto. "Al igual que la celulosa y otros biopolímeros, se compone de bloques de construcción de hidrocarburos que pueden utilizarse de forma mucho más eficaz en química".
Esto es exactamente lo que Oschatz y un equipo de investigación interdisciplinar del Centro de Química Energética y Medioambiental (CEEC Jena), con sede en la Universidad, planean hacer ahora. Su nuevo proyecto conjunto "LignUp" pretende convertir la lignina de residuo en material reciclable. El proyecto recibirá una financiación de casi cinco millones de euros de la Fundación Carl Zeiss durante los próximos seis años como parte del programa "CZS Breakthroughs" Enlace externo.
La materia prima nacional une los recursos críticos con la bioeconomía
En concreto, los investigadores se centran en el uso de la lignina como material de partida para materiales funcionales que ayuden a hacer más sostenibles los sistemas de almacenamiento de energía. "Las baterías suelen seguir conteniendo metales críticos como el litio, el cobalto o el manganeso, que son caros de extraer y cuyos recursos son limitados", explica Oschatz. Por eso, él y el equipo de "LignUp" quieren buscar nuevos materiales para baterías que puedan producirse a base de lignina y que ya no necesiten estos metales. La lignina también puede utilizarse para sintetizar nuevos tipos de materiales filtrantes que puedan separar selectivamente los metales de las soluciones acuosas. Esto permitiría recuperar metales críticos en procesos sostenibles de reciclado de baterías o extraerlos de forma respetuosa con el medio ambiente en el tratamiento de minerales a base de agua.
"Por primera vez, estamos vinculando la bioeconomía industrial con la tecnología energética de forma intersectorial. Debido a su versátil estructura química, la lignina es un material de partida muy adecuado para este tipo de materiales funcionales innovadores", afirma el químico medioambiental Prof. Dr. Michael Stelter, que dirige el equipo "LignUp" junto con Martin Oschatz. Además, la lignina está disponible en grandes cantidades y con una calidad estable como materia prima doméstica, por lo que también es idónea para su utilización industrial a gran escala, prosigue Stelter. El nuevo proyecto también dará el pistoletazo de salida a un nuevo enfoque a largo plazo sobre bioeconomía y materiales energéticos en el CEEC de Jena.
La lignina como base de electrodos para sistemas de almacenamiento de energía
Los materiales activos de carbono obtenidos de la lignina podrían utilizarse, por ejemplo, como materiales de electrodos en condensadores de almacenamiento y baterías de sodio, donde podrían sustituir a metales críticos. Estos y otros sistemas sostenibles de almacenamiento de energía, como las baterías de flujo redox sin metales, son desde hace tiempo objeto de investigación del CEEC de Jena, del que también procede el equipo central del proyecto "LignUp". También aportan sus conocimientos investigadores externos del Centro de Innovación de Materiales Reciclables de Turingia (ThIWERT) en Nordhausen y de la Universidad de Bayreuth.
Materiales funcionales a base de lignina para enriquecer metales
El segundo pilar del proyecto consiste en explotar nuevas fuentes de metales críticos. "Ya se está intentando separar metales interesantes del agua de mar o de aguas mineras especiales utilizando membranas o materiales de adsorción. En el futuro, seguirán los procesos de reciclado de metales a partir del agua, por ejemplo, a partir del reciclado de baterías. Por lo tanto, queremos crear una biblioteca de materiales y desarrollar rutas de síntesis que puedan utilizarse para personalizar nuevos materiales funcionales a partir de componentes de lignina que se adapten mejor a la extracción de metales del agua", afirma Martin Oschatz.
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