Baterías sostenibles hechas a partir de residuos de la industria papelera

Investigadores alemanes desarrollan una batería de sodio con electrodos a base de lignina, un subproducto generado en el proceso de transformación de la madera en papel, como alternativa ecológica a las de litio.

La lignina —un biopolímero natural que da rigidez a la madera— podría convertirse en la próxima gran materia prima verde para el almacenamiento energético. Lo que hasta ahora era un subproducto de la industria papelera, normalmente destinado a la combustión para generar energía, está encontrando una segunda vida gracias a la investigación del Instituto Fraunhofer de Tecnologías Cerámicas y Sistemas (IKTS) y la Universidad Friedrich Schiller de Jena, en Alemania.

Ambas instituciones, socias del Centro de Química Energética y Ambiental de Jena (CEEC), trabajan en el proyecto ThüNaBsE (Thuringia Sodium-Ion Battery for Scalable Energy Storage), financiado por el Estado Libre de Turingia y el Fondo Social Europeo. Su objetivo: desarrollar y evaluar un nuevo tipo de batería de iones de sodio basada en lignina, desde las materias primas hasta una celda completa de 1 Ah. La iniciativa busca reducir la dependencia de materiales críticos y avanzar hacia baterías más seguras, asequibles y sostenibles.

De residuo a recurso: el potencial de la lignina

La lignina está compuesta principalmente por bloques de hidrocarburos que pueden aprovecharse en diversas aplicaciones químicas, entre ellas la producción de materiales para electrodos. En el marco del proyecto, este material biobasado se empleará en el electrodo negativo de la batería.

“Queremos evitar metales críticos como el litio, el cobalto y el níquel en la cadena de valor de las baterías. También trabajamos para minimizar el contenido de flúor en los electrodos y electrolitos, y estamos probando hasta qué punto podemos eliminarlo”, explica Lukas Medenbach, investigador del Fraunhofer IKTS en Arnstadt. “El foco principal está en transformar lignina local de alta calidad en electrodos de alto rendimiento para nuestras baterías de sodio”.

La lignina utilizada procede de la empresa papelera local Mercer Rosenthal. Bajo condiciones inertes, se somete a un proceso térmico que la convierte en carbono, material que luego se transforma en electrodos.

Según Cornelius Dirksen, también investigador del Fraunhofer IKTS, los socios de la Universidad de Jena, dirigidos por el profesor Martin Oschatz, convierten la lignina en carbono duro, una estructura idónea para almacenar iones de sodio de forma reversible. Este material destaca por su alto rendimiento electroquímico, buena estabilidad de ciclo y bajo coste, especialmente al proceder de materias primas sostenibles.

Para el electrodo positivo, los investigadores apuestan por análogos del Azul de Prusia, compuestos de hierro no tóxicos que ya se utilizaban como pigmento hace más de dos siglos y que ahora demuestran excelentes propiedades para el almacenamiento de sodio, además de ser abundantes y respetuosos con el medio ambiente.

Resultados prometedores y aplicaciones futuras

Los primeros prototipos de celdas demostradoras ya se están construyendo y probando en los centros del Fraunhofer IKTS en Arnstadt y Hermsdorf, así como en la Universidad de Jena. A las pruebas de laboratorio se suman simulaciones multifísicas realistas que complementan los ensayos experimentales.

Los resultados iniciales son alentadores: “Después de 100 ciclos de carga y descarga, la celda de laboratorio no muestra una degradación significativa. Nuestro objetivo es alcanzar los 200 ciclos para la celda completa de 1 Ah antes de finalizar el proyecto”, comenta Medenbach.

Una vez perfeccionada, esta batería podría emplearse tanto en almacenamiento estacionario como en aplicaciones móviles de baja potencia, como microcoches (hasta 45 km/h) o vehículos de logística interna, por ejemplo carretillas elevadoras.

Al concluir el proyecto, los socios planean escalar la tecnología y avanzar hacia niveles superiores de madurez tecnológica mediante un consorcio ampliado.

Una alternativa sostenible a las baterías de litio

La investigación alemana demuestra que los residuos de la industria papelera pueden tener un papel clave en el futuro de la energía. Si el lignin logra consolidarse como material base para electrodos, las baterías de sodio podrían convertirse en una solución más sostenible, económica y local, reduciendo la presión sobre los metales críticos y dando nuevo valor a un subproducto que, hasta ahora, solo servía para quemar.