Somijas mežsaimniecības un biomateriālu gigants Stora Enso ir noslēdzis sadarbības līgumu ar Ķīnas anodu ražotāju Shanshan Technology, lai Ķīnas pilsētā Ninbo izveidotu demonstrācijas ražošanas līniju, kur industriālā līmenī tiks testēts Stora Enso izstrādātais Lignode (cietais ogleklis), ko iegūst no lignīna un kas ir paredzēts nākamās paaudzes nātrija jonu (Na-ion) akumulatoriem, kurus arvien vairāk izmanto enerģijas uzglabāšanā un elektrotransportā.

Lai gan Stora Enso vadītājs vēl 2024. gadā šo materiālu pozicionēja kā Eiropas alternatīvu Ķīnas piegādes ķēdēm, uzņēmuma pārstāvji norāda, ka partnerība ar pieredzējušu Ķīnas ražotāju ir nepieciešams solis tehnoloģijas attīstības paātrināšanā. Ilgtermiņa mērķis gan joprojām ir šī materiāla ražošana Eiropā.

Projekta priekšvēsture un konteksts

Lignode materiāla un koksnes anodu attīstība piedzīvojusi vairākus posmus:

·        Pirmie soļi un pilotrūpnīca (2021): Stora Enso sāka ražot Lignode 2021. gadā Sunilas (Sunila) izpētes un pilotrūpnīcā Somijas dienvidos.

·        Struktūras izmaiņas (2023-2024): 2023. gadā Sunilas rūpnīca pārtrauca celulozes un lignīna ražošanu, pilotrūpnīcu uzņēmums saglabāja. Lai nodrošinātu izejvielas nākotnei, Stora Enso 2024. gadā noslēdza līgumu ar Zviedrijas meža īpašnieku asociāciju Södra par lignīna piegādi, sākot no 2027. gada.

·        Finansiālās problēmas: Uzņēmuma vadība iepriekš lēsa, ka demonstrācijas līmeņa rūpnīcas izveidei Eiropā būtu nepieciešami aptuveni 100 miljoni eiro, savukārt “pilna” komercrūpnīca prasītu pat vairākus simtus miljonu eiro, par to uzņēmums vēl nav pieņēmis galīgo investīciju lēmumu.

·        Paralēlais koksnes grafīta projekts: Šī nav vienīgā Stora Enso investīcija akumulatoru materiālos. Uzņēmums ir investējis 18 miljonus ASV dolāru Jaunzēlandes jaunuzņēmumā CarbonScape, kas ražo koksnes izcelsmes grafītu litija jonu akumulatoriem. Šajā projektā ir iesaistījies arī pasaulē lielākais akumulatoru ražotājs CATL (arī no Ķīnas), kurš demonstrācijas līmenī testē CarbonScape savās rūpnīcās, lai līdz desmitgades beigām uzsāktu komercražošanu Eiropā un mazinātu atkarību no tradicionālā Ķīnas grafīta.

Ķīmiskais pamats un darbības princips

Abas tehnoloģijas darbojas pēc līdzīga principa, kur enerģiju pārvieto joni, pārvietojoties starp akumulatora pozitīvo un negatīvo polu. Galvenā atšķirība ir darba elementā. Litija jonu akumulatoros tiek izmantots litijs, kura atomi ir mazi un viegli, ļaujot radīt ļoti kompaktas baterijas. Turpretī nātrija jonu akumulatoros izmanto nātriju — elementu, kas atrodams parastajā vārāmajā sālī. Tā kā nātrija joni ir fiziski lielāki un smagāki par litija joniem, tie prasa citādu akumulatora iekšējo struktūru.

Izejvielu pieejamība un izmaksas

Nātrija lielākā priekšrocība ir tā neierobežotā pieejamība un zemā cena; tas ir viens no izplatītākajiem elementiem uz Zemes un iegūstams no jūras sāls. Turpretim litijs ir salīdzinoši rets, dārgs un tā ieguve koncentrējas tikai dažos pasaules reģionos, kas rada politiskus un ekonomiskus riskus. Turklāt nātrija akumulatoru ražošanā nav nepieciešams izmantot dārgus un “problemātiskus” metālus – kobaltu vai niķeli, un iekšējos kontaktos dārgā vara vietā izmantot lētāku alumīniju. Viss iepriekšminētais padara nātrija tehnoloģiju finansiāli daudz izdevīgāku.

Enerģijas blīvums un efektivitāte

Litija jonu tehnoloģija joprojām ir pārliecinoša līdere enerģijas blīvuma ziņā. Tas nozīmē, ka litija baterija spēj uzglabāt daudz vairāk enerģijas mazākā tilpumā un svarā. Nātrija akumulatori tajā pašā ietilpībā būs fiziski lielāki un smagāki, tomēr nātrija joniem ir milzu priekšrocība — tie ir izcili izturīgi pret aukstumu. Kamēr litija akumulatori salā strauji zaudē kapacitāti un uzlādes ātrumu, nātrija akumulatori spēj efektīvi darboties un uzlādēties pat -20 °C temperatūrā.

Drošība un loģistika

Nātrija jonu akumulatori ir strukturāli stabilāki un drošāki. Tiem ir ievērojami mazāks pašaizdegšanās vai termiskās tūskas risks bojājumu gadījumā. Nātrija akumulatorus transportēšanas laikā var pilnībā izlādēt, tāpēc to pārvadāšana ir pilnībā droša, kamēr litija akumulatorus pilnībā izlādēt nedrīkst, jo tas neatgriezeniski sabojātu to struktūru.

Koksnes anodu (Lignode) vieta šajā sistēmā

Tradicionālajos litija akumulatoros anoda daļā izmanto grafītu, kurā mazie litija joni viegli iespiežas. Nātrija joni parastā grafīta struktūrā “neietilpst”. Lai nātrija akumulatori darbotos efektīvi, nepieciešams tā sauktais cietais ogleklis ar neregulāru un porainu struktūru. Šeit talkā nāk Stora Enso inovācija — no koksnes lignīna radītais Lignode, kas nodrošina ideālu “sūkļa” struktūru lielajiem nātrija joniem, ļaujot atteikties no fosilā grafīta importa.

Kur katru no tiem izmanto?

Fizisko īpašību dēļ šīs tehnoloģijas viena otru papildina:

·        Litija jonu akumulatori joprojām dominēs viedtālruņos, datoros un premium klases elektroauto, kur izšķiroša nozīme ir mazam svaram un maksimālam nobraukumam ar vienu uzlādi.

·        Nātrija jonu akumulatori kļūst par standartu stacionārajās enerģijas krātuvēs (saules un vēja parku baterijās), kur svars nav svarīgs, kā arī mazos, lētos pilsētas elektroauto un elektriskajos skrejriteņos.

Pasaules mežsaimniecībā šobrīd norisinās divas paralēlas cīņas: viena – par nākotnes zaļajām tehnoloģijām, otra – par mežu glābšanu no organizētās noziedzības.

1. Akumulatori no koka – Somijas un Ķīnas sadarbība

Somijas uzņēmums Stora Enso ir izgudrojis veidu, kā no lignīna radīt materiālu akumulatoru anodiem. Tas ļauj ražot jauna veida nātrija jonu akumulatorus. Tie darbojas uz parasta sāls bāzes, ir lēti, nedegoši un izcili strādā salā, tas ir ideāls risinājums māju baterijām un lētiem elektroauto.

Lai gan sākotnēji, lai mazinātu atkarību no Āzijas, somi cerēja šo materiālu ražot Eiropā, ražošanas sākšanai rūpnieciskos apjomos ir vajadzīgas milzīgas investīcijas un specifiskas zināšanas; tāpēc uzņēmums noslēdzis līgumu par tehnoloģijas testēšanu un attīstīšanu rūpnīcā Ķīnā.

Meža zagļi tagad ir “starptautiskā mafija”

Kamēr vieni zinātnieki mēģina koksni izmantot inovācijās, globāli vērtējot, mežus nežēlīgi izzog. Nelegālā kokmateriālu tirdzniecība ir milzīgs melnais tirgus – aptuveni 152 miljardi dolāru gadā. Noziedznieki kļuvuši tik nekaunīgi, ka, viltojot dokumentus, tirgo koksni no radioaktīvās Čornobiļas zonas. Amazones mežos un Madagaskarā bandas terorizē vietējos iedzīvotājus.

ANO nesen pieņēmusi vēsturisku lēmumu – turpmāk kokmateriālu kontrabanda tiks oficiāli uzskatīta par starptautisko organizēto noziedzību (līdzīgi kā narkotiku vai ieroču kontrabanda), kas nozīmē, ka valstis daudz vieglāk varēs noziedzniekus izdot tiesāšanai un atņemt tiem netīro naudu. Interesanti, ka ASV balsoja pret šo lēmumu, uzskatot, ka jāiztiek ar esošajiem likumiem, 83 valstis ASV iebildumus noraidīja un vienojās par stingrākiem globāliem noteikumiem.

Koksne kļūst par kritiski svarīgu nākotnes enerģētikas resursu (baterijām), tieši tāpēc jārīkojas radikāli, lai apturētu mežu nelikumīgu izlaupīšanu, pirms šie resursi ir neatgriezeniski iznīcināti.

Avoti: Ziemeļvalstu meža nozares informācijas vietnes