Sivuvirroista akkumateriaaliksi – jalostetusta ligniinistä ekologisia akkuja

Akkukäyttöisten laitteiden kysynnän kiihtyessä kasvaa tarve myös vastuullisesti valmistetuille akuille. Stora Enso on jalostanut ligniinistä biopohjaista akkumateriaalia, ja nyt tavoitteena on muun muassa yhdessä Northvoltin kanssa kehittää maailman ensimmäinen pelkästään eurooppalaisista raaka-aineista teollisessa mittakaavassa valmistettava akku.

Stora Enson Sunilan tehtaalla Kotkassa kehitetään ligniinistä korvaajaa fossiilipohjaiselle grafiitille, jota käytetään nykyisten litiumioniakkujen anodimateriaalina. Puun sideaineena toimiva ligniini on synteettistä öljypohjaista tai kaivoksissa tuotettavaa grafiittia vastuullisempi valinta, sillä se on paitsi sellutuotannon sivuvirtaa myös yksi suurimmista uusiutuvan hiilen lähteistä maailmassa.

– Ligniini on luonnon toiseksi yleisin makromolekyyli selluloosan jälkeen, ja sitä on kaikissa kasveissa. Ligniini on uusiutuva ja myrkytön raaka-aine, jonka alkuperä on jäljitettävissä metsään asti, Stora Enson anodimateriaaleista vastaava johtaja Lauri Lehtonen kertoo.

Perinteisesti ligniiniä on poltettu sellutehtailla mustalipeän kanssa vihreäksi energiaksi. Sunilan tehtaalla mustalipeästä erotettua ligniiniä jalostetaan pidemmälle kovahiilipohjaiseksi anodimateriaaliksi.

– Koelaitoksellamme Sunilassa testataan ja kehitetään biopohjaista akkumateriaalia sekä sen valmistusprosessia. Ligniinistä jalostetaan hienoa hiilijauhetta, joka toimii aktiivisena aineena litiumioniakun negatiivisesti varautuneessa anodissa. Kovahiilijauheesta valmistetaan elektrodiarkkeja ja -rullia, joita käytetään litiumioniakun valmistuksessa, Lehtonen selittää.

Valtaosa potentiaalistahyödyntämättä

Biopohjaisen akkumateriaalin mahdollisia käyttökohteita voivat olla esimerkiksi sähköautojen ja kulutuselektroniikan akut sekä suurikokoiset energianvarastointijärjestelmät.

– Kovahiili yhteen sähköauton akkuun saadaan noin kolmen täysikasvuisen havupuun ligniinistä, Lehtonen havainnollistaa.

Kovahiilianodimateriaalilla on monia etuja nyt käytössä olevaan grafiittiin verrattuna. Uusiutumaton grafiitti joko louhitaan tai valmistetaan synteettisesti fossiilisista raaka-aineista.

– Valmistamalla uusiutuvasta ligniinistä kovahiiltä huolehdimme siitä, että puuraakaaine hyödynnetään mahdollisimman tehokkaasti.

Biopohjaiset akut latautuvat
nopeammin ja sietävät
paremmin kylmiä lämpötiloja.

Myös teknisiltä ominaisuuksiltaan kovahiilianodimateriaali on ympäristöystävällisempi, sillä sen ansiosta biopohjaiset akut latautuvat nopeammin ja sietävät paremmin kylmiä lämpötiloja.

– Kun sähköauto latautuu nopeammin, tarvitaan myös vähemmän latausinfrastruktuuria, Lehtonen lisää.

Lehtosen mukaan louhituista ja fossiilipohjaisista anodimateriaaleista on usein pulaa ja vastuulliselle anodimateriaalille kova tarve.

– Anodimateriaalien kysynnän on ennustettu kymmenkertaistuvan kymmenen vuoden aikana sähköistymisen lisääntymisen ja elintason nousun takia.

Ligniinipohjainen kovahiilianodimateriaali voisi tulevaisuudessa vastata suureen kysyntään, mutta toistaiseksi ligniinistä hyödynnetään vain murto-osa. Stora Enson Sunilan tehdas on 50 000 tonnin vuotuisella tuotantokapasiteetillaan maailman suurin erikoiskuivan ligniinin tuottaja, ja arvioiden mukaan koko maailman sellutehtailla sivutuotteena syntyy ligniiniä noin 50 miljoonaa tonnia vuodessa.

– Tästä määrästä hyödynnetään kuitenkin vain noin kaksi prosenttia uusiutuvien sovellusten valmistuksessa, Lehtonen kertoo.

Tavoitteena omavarainen Eurooppa

Tällä hetkellä valtaosa maailmassa käytettävästä grafiitista tulee Kiinasta. Lehtosen mukaan Eurooppa on lähes täysin riippuvainen Aasiasta niin akkumateriaalien kuin akkujenkin suhteen.

– Siksi Euroopassa haetaan keinoja suurempaan omavaraisuuteen. Kehitämme biopohjaista akkumateriaalia ja olemme muun muassa yhdistäneet voimamme ruotsalaisen Northvoltin kanssa. Tavoitteenamme on kehittää maailman ensimmäinen pelkästään eurooppalaisista raaka-aineista teollisessa mittakaavassa valmistettava akku.

– Biopohjainen hiilimateriaali sinänsä ei ole uusi keksintö, mutta tietääksemme ligniinistä ei valmisteta anodimateriaalia missään muualla, Lehtonen lisää. Stora Enso tekee parhaillaan myös kannattavuusselvitystä Euroopan ensimmäisestä fossiilittoman hiilimateriaalin tuotantolaitoksesta Sunilan tehtaalle. Lisäksi yhtiö on aloittanut esiselvityksen ligniinin erottelemisesta Skutskärin sellutehtaalla Ruotsissa.

Stora Enso testaa ja kehittää kovahiilianodimateriaalia, mutta loppukäyttökohteisiin, kuten sähköautoihin, on Lehtosen mukaan vielä matkaa. Pilottilaitoksella ollaan kuitenkin jo kovassa vauhdissa.

– Tässä vaiheessa on tärkeintä tuottaa tasalaatuista ja puhdasta materiaalia asiakkaiden ja kumppanien vaatimusten mukaisesti. Kysymyksessä on uusi prosessi – olemme luomassa jotakin aivan uutta.

TEKSTI NELLI MÄKITALO • KUVA STORA ENSO