Jinsi miti inaweza kuwa vyanzo  vya betri inayoweza kuchaji kwa dakika 8

Takriban miaka 8 iliyopita, mtengenezaji  mkuu wa karatasi huko Finland aligundua kwamba ulimwengu ulikuwa unabadilika.

Kuongezeka kwa vyombo vya habari vya kidijitali, kupungua kwa uchapishaji wa ofisini, na watu wachache wanaotuma vitu kwa barua, miongoni mwa mambo mengine, kulimaanisha kwamba karatasi ilikuwa imeanza kupungua.

Kampuni ya Stora Enso, nchini Finland, inajieleza kuwa "mmoja wa wamiliki wakubwa wa misitu ya kibinafsi duniani."

Kwa hivyo, ina idadi kubwa ya miti ambayo huitumia kutengeneza mbao, karatasi na bidhaa za ufungaji, kwa mfano.

Sasa inataka pia kutengeneza betri za magari yanayotumia umeme yanayochaji kwa dakika 8 pekee.

The company hired engineers to study the possibility of using lignin , a polymer found in trees.

Kampuni hiyo iliajiri wahandisi kuchunguza uwezekano wa kutumia lignin, polima inayopatikana kwenye miti.

Karibu asilimia 30 ya mti ni lignin, kulingana na speshi; iliyobaki kwa kiasi kikubwa ni selulosi.

"Lignin ni gundi katika miti ambayo huunganisha nyuzi za selulosi pamoja na pia hufanya miti kuwa migumu sana," anaelezea Lauri Lehtonen, meneja wa suluhisho la betri la Stora Enso, Lignode.

Lignin ina kaboni. Na kaboni ni nyenzo nzuri kwa sehemu muhimu katika betri inayoitwa anode.

Betri ya lithiamu-ion ya simu yako karibu ina anodi ya grafiti. Graphite ni aina ya kaboni yenye muundo wa tabaka.

Wahandisi wa Stora Enso walidhani wangeweza kutoa lignin kutoka kwa taka ya kuweka tayari inayozalishwa katika baadhi ya vifaa vyake na kuichakata ili kutengeneza nyenzo ya kaboni kwa anodi za betri.

Kampuni hiyo imeshirikiana na kampuni ya Uswisi ya Northvolt na inapanga kutengeneza betri kutoka 2025.

Mahitaji zaidi ya betri

Pamoja na watu wengi zaidi kuendelea kununua magari ya umeme na kuhifadhi nishati nyumbani, mahitaji ya kimataifa ya betri yanatarajiwa kukua kwa kiasi kikubwa katika miaka ijayo.

Kama Lehtonen anavyoona: "Mahitaji ni ya kushangaza."

Mnamo mwaka  2015, saa za ziada za gigawati mia chache (GWh) zilihitajika kila mwaka katika hifadhi ya betri duniani, lakini hii itapanda hadi maelfu ya GWh ya ziada inayohitajika kila mwaka ifikapo 2030 ulimwengu unapoondoka kutoka kwa nishati ya mafuta, kulingana na ushauri wa McKinsey.

Shida ni kwamba betri za leo za lithiamu-ioni zinategemea sana michakato inayoharibu mazingira ya viwanda na madini.

Pia, baadhi ya vifaa katika betri hizi ni sumu na ni vigumu kusaga tena. Wengi pia wanatoka katika nchi zenye sera duni za ulinzi wa haki za binadamu.

Kutengeneza grafiti ya syntetisk, kwa mfano, inahusisha kupasha joto kaboni hadi joto la hadi 3,000 ° C kwa wiki kwa wakati mmoja.

Nguvu kwa hili mara nyingi hutoka kwa mitambo ya nishati ya makaa ya mawe nchini Uchina, kulingana na mshauri Wood Mackenzie.

Miti itakuwa muhimu

Utafutaji wa nyenzo endelevu za betri zinazopatikana kwa wingi unaendelea. Wengine wanasema kwamba tunaweza kuzipata kwenye miti.

Kwa ujumla, betri zote zinahitaji cathode na anode, ambayo ni electrodes chanya na hasi, kwa mtiririko huo, kati ya ambayo chembe za kuchaji zinazoitwa ions zinapita.

Wakati betri inachajiwa, ioni za lithiamu au sodiamu, kwa mfano, huhamishwa kutoka kwa cathode hadi anode, ambapo huhifadhiwa kama magari kwenye maegesho ya ghorofa nyingi, anaelezea Jill Pestana, mwanasayansi na mhandisi wa betri anayeishi California, ambaye kwa sasa anafanya kazi kama mshauri wa kujitegemea.

"Sifa kuu inayotazamwa katika muundo huu wa uhifadhi wa nyenzo ni kwamba inaweza kunyonya lithiamu au sodiamu kwa urahisi na kuiacha iende, na sio kuanguka," anafafanua.

Kulingana na Pestana, grafiti ni nyenzo "ya kuvutia" kwa sababu inafanya kazi vizuri kama anode ya kuaminika ambayo inaruhusu athari kama hizo kutokea.

Njia mbadala ambazo ni pamoja na scaffolds za kaboni inayotokana na lignin zina changamoto ili kudhibitisha kuwa zinafaa.

Hata hivyo, kuna makampuni kadhaa yanayochunguza uwezekano wa lignin katika ukuzaji wa betri, kama vile Bright Day Graphene nchini Uswisi, ambayo huzalisha graphene, aina nyingine ya kaboni, kutoka kwa lignin.

Lehtonen anaangazia fadhila za nyenzo ya kampuni yake ya anodi ya kaboni, ambayo Stora Enso ameiita Lignode.

Haonyeshi jinsi kampuni inavyogeuza lignin kuwa muundo wa kaboni ngumu, au muundo huo ni nini.

"Lignin ni nzuri"

Utafiti tofauti kuhusu anodi ya kaboni inayotokana na lignin uliofanywa na Magda Titirici na wafanyakazi wenzake katika Chuo cha Imperial London nchini Uingereza unapendekeza kwamba inawezekana kutengeneza miundo inayopitisha yenye vipengele vya kaboni visivyo kawaida na kasoro nyingi za oksijeni.

Kasoro hizi zinaonekana kuongeza utendakazi wa anode na ioni zinazohamishwa kutoka kwa cathode katika betri za sodiamu-ioni, Titirici anasema, ambayo kwa upande wake hupunguza nyakati za malipo.

"Muundo huu wa conductive ni mzuri kwa betri," anasema.

Wyatt Tenhaeff, wa Chuo Kikuu cha Rochester katika jimbo la New York, pia ametengeneza anodi zinazotokana na lignin kwenye maabara.

Lignin ni "mzuri sana," anasema, kwa sababu ni bidhaa ambayo inaweza kuwa na matumizi mengi.

Wakati wa majaribio, yeye na wenzake waligundua kwamba wanaweza kutumia lignin kufanya anode na muundo wa kujitegemea, ambao haukuhitaji gundi au mtozaji wa sasa wa shaba, sehemu ya kawaida katika betri za lithiamu-ion.

Utunzaji wa Mazingira

Pia kuna suala la uendelevu.

Chelsea Baldino, mtafiti katika Baraza la Kimataifa la Usafirishaji Safi, anasema kwamba mradi tu lignin inayotumika kutengeneza anodi inatolewa kama bidhaa ya ziada ya mchakato wa kutengeneza karatasi, hakuna miti ya ziada itakayokatwa kutengeneza betri.

Msemaji wa Stora Enso anathibitisha kwamba kwa sasa lignin yote inayotumiwa na kampuni ni "mtiririko mdogo wa mchakato wa kutengeneza massa" na kuitumia hakuongezi idadi ya miti iliyokatwa au wingi wa kuni zinazotumika katika utengenezaji wa pasta.

Lakini, mtu yeyote anayetaka kutengeneza anodi kutoka kwa lignin lazima awe na uhakika jinsi lignin hiyo inavyopatikana ili pia iwe endelevu, Pestana anaongeza.

"Ikiwa tasnia ya pasta sio endelevu, basi nyenzo yenyewe sio nyenzo inayotokana na uendelevu," anaelezea.

Kulingana na ripoti ya mwaka ya 2021 ya Stora Enso, kampuni "inajua asili ya miti yote inayotumia na 100% inatoka kwa vyanzo endelevu."

Njia Mbadala

Kuna angalau njia nyingine ambayo lignin inaweza kutumika katika betri, kando na anodi.

Mnamo Aprili, timu ya watafiti nchini Italia ilichapisha nakala kuhusu juhudi zao za kutengeneza elektroliti inayotegemea lignin.

Hii ni sehemu ambayo inakaa kati ya cathode na anode: inasaidia ions kutiririka kati ya elektroni, lakini pia inalazimisha elektroni kuchukua njia inayotaka kupitia mzunguko wa umeme ambao betri imeunganishwa.

Kwa maneno mengine, inazuia elektroni kuruka kati ya elektroni, ambayo inaweza kuua simu yako mahiri.

Polima za elektroliti zinaweza kupatikana kutoka kwa petroli, anasema Gianmarco Griffini wa Chuo Kikuu cha Polytechnic cha Milan.

Lakini anaongeza kuwa itakuwa na manufaa kutafuta vyanzo mbadala na endelevu badala yake.

Mtaalamu huyo anaeleza kuwa wazo la kutumia lignin liliibuka baada ya yeye na wenzake kufanya majaribio ya matumizi ya vifaa hivyo kwenye paneli za sola, na matokeo yalikuwa ya kukatisha tamaa kidogo.

"Ufanisi unaopata katika seli za jua ni mdogo kwa sababu lignin ni kahawia, kwa hivyo inachukua mwanga," anaelezea. Kwenye betri, hiyo haijalishi.

Kwa ajili ya utengenezaji wa anodi, lignin inapitishwa  kwa joto ili kuivunja ndani ya kaboni zake.

Lakini Griffini, anayejielezea kama "mtu wa polima," anasema anapendelea kuitumia katika umbo lake la polima.

Kwa kuzingatia hili, timu yake ilitengeneza elektroliti ya polima ya gel ambayo husaidia kuhama kwa ayoni kwenye betri ya majaribio ya potasiamu. "Ilitoka vizuri," anasema.

Ufanisi wa kibiashara wa mawazo haya yote bado haujaonyeshwa.

Hata hivyo, Titirici anaongeza kuwa, kwa nadharia, betri inaweza kufanywa ambayo inatumia polima za lignin katika electrolyte, pamoja na kaboni inayotokana na lignin katika anode.