Projektet pågick mellan november 2022 och juni 2023.
Behovet att minska utsläpp av koldioxid driver på elektrifiering av samhället vilket ökar behovet av batterier. Batterier innehåller en stor andel ej förnybara material så som metaller. Inhemsk biobaserad råvara har potentialen att dels minska känsligheten för störningar i utbudet av kritiska råmaterial och att förbättra batteriernas miljömässiga hållbarhet. Därför finns det ett behov att utforska användning av biobaserade råvaror i tillverkning av batterier (till exempel Stora Enso och Northvolt, 2022).
Detta projekt syftade till att dels möjliggöra ökat förädlingsvärde hos skogs- och pappersindustrins, dels utveckla biobaserade material till organisk elektronik. Målet var att visa att melanin producerat av restprodukter från skogs- och pappersindustrin kan användas i elektrokemiska celler, som elektroder i elektrokemisk energilagring, som mediator i batterikemi, eller andra elektrokemiska funktioner. Vidare, behöver förutsättningarna för värdekedjan undersökas närmare, därför skulle tidigare ej testade delströmmar från papper och massaprocessens avlopp kartläggas.
Deltagare
Ragn-Sells, Rottneros Bruk, Ligna Energy, RISE Processum och RISE AB.
Budget & tidplan
Projektet hade en total budget på 819 000 SEK.
Därför var detta viktigt
Tidigare resultat har visat att melanin framställt från skogliga restströmmar har mycket stor potential inom elektrokemiska tillämpningar. Om konceptet skulle lunna verifieras finns förutsättningarna för minskat beroende av kritiska råmaterial och minskade utsläpp av klimatgaser.
Förväntade resultat
Följande resultat förväntades av projektet: data om elektrokemiska egenskaper hos melaninelektroder, ny IP för att använda melanin till elektrodtillverkning, bedömning av marknadspotentialen inom energilagring och organisk elektronik, ny kunskap om tidigare ej studerade delflöden från papper och massaindustrins processavlopp samt förståelse för vilka av dessa som bör studeras vidare, förädling av en kostnadsdrivande restström till en högvärdig produkt, minskat beroende av kritiska råmaterial, minskade utsläpp av klimatgaser, ny möjlighet för industriell symbios.
Konkreta resultat
E.coli bakterien växer bra på alla tre testade restströmmar. Restströmmarna från massaindustrin karaktäriserades genom att mäta tillväxtkurvan för E.coli i de olika restströmmarna och analysera erhållen glukoshalt hos strömmarna. Den restström som gav bäst resultat användes för att odla E.coli i större skala och för tillverkning av melanin.
Melaninets elektrokemiska egenskaper analyserades sedan genom cyklisk voltimetri för att mäta redoxegenskaperna samt mätning av laddningstätheten hos materialet. Melaninet som sedan producerades visade på svag redoxaktivitet men laddningstätheten var för låg för att kunna användas till elektroder för elektrokemisk energilagring. En del försök har också gjorts för att rena melaninet från det organiska materialet för att förbättra de elektrokemiska egenskaperna.
Det globala marknadsvärdet var år 2018 92,2 miljoner USD med en förväntad stark tillväxt. Detta är en första studie kring att använda melanin från organiskt material i elektrokemisk applikation, elektrodapplikationer kräver rena material, med tanke på detta är resultaten lovande.
Resultatet från utförda tester verifierar att avfall rikt på lignocellulosa från t.ex. massaindustrin kan användas som råvara för tillämpningar inom bioelektronik vilket bidrar till förnyelse av dessa båda sektorer samt skapar nya värdekedjor. Det positiva resultatet visar på behovet att utvärdera fler avfallsströmmar, inte bara från massaindustrin, i syfte att ta till vara på hela den potential som finns.
Nästa steg
Projektet har sett svag positiv elektrokemisk respons av melanin, en orsak till att det inte blir tydligare kan vara att melaninet sitter på ett organiskt material och är inte tillräckligt rent. Om man vill använda melaninet i batteriapplikation är renhet hos materialet mycket viktigt därför är ett förslag att man arbetar vidare med en upparbetningsmetod av melaninet. Andra förslag är att försöka att optimera elektrodtillverkningen genom att titta på andra substrat för att fälla ut melaninet och förhoppningsvis få bättre elektrisk kontakt.
Upparbetningsmetodiken som utvecklats i projektet, utfällning på porösa partiklar kan utgöra en grund för kommande projekt. Oavsett tillämpning är renheten hos melanin sannolikt avgörande, och för vissa tillämpningar helt avgörande. En vidareutveckling av en upparbetningsmetod baserad på utfällning på partiklar är en naturlig inledning på fortsättningsprojekt oavsett vilken typ av tillämpning ett sådant projekt är riktat emot.