Det er et stort behov for batterier som kan lagre mer energi. Alger kan være en løsning, mener forskere ved NTNU, som håper at algematerialet skal bli til et grønt batteri-eventyr for Norge.
Tesen er at CO2 fra norsk industri kan fanges og brukes til å dyrke alger, som igjen kan brukes til å lage miljøvennlige batterier og bidra til den grønne revolusjonen. Forskernes erstatter grafitt med rent silisiumoksid som kommer fra skallet til algene.
– Dette er en spennende kombinasjon av batteri og fornybarhet, som har potensial til å bli et viktig bidrag til sirkulærøkonomien. Vi bruker et naturlig og lett tilgjengelig produkt for å skape grønne batterier, sier forsker Andreas Nicolai Norberg ved Institutt for materialteknologi ved NTNU.
Tripler batterikapasiteten
Et batteri består av to elektroder, en katode og en anode samt en elektrolytt og en separator. Materialet grafitt har vært brukt i anoden siden 1990-tallet, og industrien har klart å presse ytelsen i denne teknologien så langt som mulig. Derfor et stort behov for ny teknologi.
Forskernes bidrag er at de erstatter grafitt med rent silisiumoksid (kvarts, det nest vanligste mineralet i jordskorpa) som kommer fra skallet til algene. Silisiumoksid gir litt lavere batterikapasitet enn rent silisium, som andre forsker på i batterisammenheng, til gjengjeld holder silisiumoksid lenger på kapasiteten.
– På laben har vi klart å lage anoder som har tre ganger så god kapasitet som dagens grafittanoder har. Det er i hovedsak kapasiteten som avgjør hvor langt man kan kjøre en elbil før man må lade på nytt, sier Norberg.
Etter
hvert som batteriet utvikles, ser forskerne for seg at teknologien kan forbedre
alle typer oppladbare litium-ion-batterier. Slike batterier finner man i dag i
mobiler, datamaskiner og kjøretøy.
Det er mange som forsker på batteriteknologi, men innen denne forskningen er
NTNU alene.
– Vi er de eneste som benytter silisiumoksid fra alger for å skape grønne
CO2-nøytrale batterier, sier Norberg.
Perfekt for batterierDet er nå fem år siden tidligere førsteamanuensis ved NTNU Fride
Vullum-Bruer fikk ideen om å teste ut algeskall i batterier. I hovedsak
benyttes skallet til kiselalger som vokser naturlig i både saltvann og
ferskvann. De første algene hentet de fra Trondheimsfjorden og det viste seg at
algenes konstruksjon er ideell for å lage energieffektive batterier.
– Algeskallet har enspesiell
nano-struktur som gjør at de fungerer godt i batterier. Vi har forsøkt andre
typer silisiumoksid som ikke fungerer like godt. Vi skjønner ikke helt hvorfor
de ulike typene fungerer forskjellig, men det kan ha noe å gjøre med
oppbygningen av skallene på atom-nivå. Dette arbeider vi nå med å finne ut av,
sier Norberg.
Grunnforskning og kommersialisering
Å utvikle et nytt batteri er et løp som tar mange år, og det er langt fra lab-hverdagen til industrielt bruk. Foreløpig lager forskerteamet små knappebatterier for hånd, og testingen foregår i liten skala, men planen er å eskalere det opp fra lab- til industriell skala.
– Hittil har vi testet dette i laboratorieskala. Teoretisk og praktisk fungerer det, nå skal vi se om dette også fungerer i en kommersiell sammenheng. Det går på kartlegging av pris, tilgjengelighet av alger (som er god), foredlingsprosessen (vasking, tørking) frem til tørket algeskall, for å se om det er mulig å skape et konkurransedyktig produkt, sier Norberg.
Forsynes fra Trondheimsfjorden
I dag får forskningen forsyning av alger fra det Trondheimsbaserte firmaet Planktonics som høster alger fra Trondheimsfjorden.
Fotosyntesen i alger trenger næring, sollys og CO2 for å vokse. En mulighet er å dyrke algene i nærheten av CO2-kilder i industrien. På denne måten kan batteriene bli utgangspunkt for en ny sirkulær økonomi.
– Er det en ting vi har nok av er det CO2. CO2 fra norsk industri kan fanges og brukes til å dyrke alger, som igjen kan brukes til å lage miljøvennlige batterier og bidra til den grønne revolusjonen, forklarer Norberg.
Gir nyttige biprodukter
Den uorganiske delen av alger brukes i batterisammenheng, den organiske delen eller biproduktet/oljen, som forskerne ikke skal ha i batteriene har en egen verdi på grunn av det nyttige næringsinnhold, og kan eksempelvis benyttes i oppdrettsindustrien eller som tilskudd til vitaminer og helsekost.
– Vi blir fortalt hvor sunt det er å spise fisk, men fisken får sin næring fra alger, som inneholder viktige næringsstoffer, sier Norberg.
