Aus Kippen wird Strom: Forscher machen eines der größten Müllprobleme zu einem Energiespeicher
Zigarettenstummel sind langlebiger Giftmüll. Forscher zeigen, wie sich der Abfall zu langlebigen Stromspeichern ohne seltene Rohstoffe verarbeiten lässt.
Kippen sind in Städten allgegenwärtig: Aus dem Problemabfall lassen sich jedoch Materialien für Energiespeicher gewinnen. © Unsplash
Sie liegen auf Gehwegen, in Gullys, Parks und an Haltestellen: Zigarettenstummel gehören zu den häufigsten Abfällen in Städten. Weltweit fallen jedes Jahr Millionen Tonnen davon an. Die Filter zerfallen nur sehr langsam, geben giftige Stoffe ab und belasten Böden sowie Gewässer über Jahre. Für Kommunen bedeutet das hohe Reinigungskosten – für die Umwelt ein dauerhaftes Risiko. Eine neue Studie zeigt nun, dass ausgerechnet dieser problematische Abfallstoff einen überraschenden Nutzen haben könnte: Forscher haben Zigarettenstummel in ein Material verwandelt, das elektrische Energie speichern kann.
Der Ansatz verbindet zwei Herausforderungen, die auf den ersten Blick wenig miteinander zu tun haben. Einerseits kämpfen Städte mit der Masse an weggeworfenen Filtern. Andererseits wächst mit dem Ausbau erneuerbarer Energien der Bedarf an Stromspeichern, die ohne knappe oder umweltschädlich gewonnene Rohstoffe auskommen. Zigarettenstummel könnten laut Forschern als Ausgangsmaterial für leistungsfähige Energiespeicher dienen, statt wie bisher im Müll zu landen.
Zigarettenstummel als Rohstoff für leistungsfähige Energiespeicher
Zigarettenfilter bestehen überwiegend aus Celluloseacetat, einem Kunststoff aus der Gruppe kohlenstoffhaltiger Polymere. Ihre chemische Struktur macht sie für die Materialforschung interessant. Unter kontrollierten Bedingungen lässt sich daraus sogenannter Biochar herstellen: ein feinporöser Kohlenstoff, der elektrische Ladungen aufnehmen kann.
Für die Studie wurden die gesammelten Filter zunächst gereinigt und zerkleinert. Anschließend durchlief das Material mehrere Verarbeitungsschritte. Dazu gehörten thermische Behandlungen bei Temperaturen um 700 Grad Celsius sowie chemische Aktivierungsverfahren. Währenddessen lagerten sich gezielt Stickstoff- und Sauerstoffatome in die Kohlenstoffstruktur ein. Gleichzeitig bildete sich ein dichtes Netzwerk aus winzigen Poren.
Diese Kombination ist entscheidend. Die zusätzlichen Atome verbessern die elektrische Leitfähigkeit, die Poren vergrößern die innere Oberfläche. Am Ende erreichte das Material eine Oberfläche von mehr als 2.100 Quadratmetern pro Gramm. Auf dieser enormen Fläche können elektrische Ladungen gespeichert werden – ein zentraler Faktor für die Leistungsfähigkeit von Energiespeichern.
Hohe Leistung und lange Haltbarkeit im Superkondensator
Die Forscher testeten das neue Material als Elektrode in sogenannten Superkondensatoren. Diese Bauteile unterscheiden sich grundlegend von klassischen Batterien. Sie lassen sich sehr schnell laden und entladen, liefern kurzfristig hohe Leistung und halten extrem viele Ladezyklen aus. Dafür speichern sie weniger Energie pro Gewichtseinheit als Akkus.
In den Tests zeigte das Material eine hohe Speicherkapazität. Selbst nach 10.000 Lade- und Entladezyklen blieb mehr als 95 Prozent der ursprünglichen Leistung erhalten. Studienleiter Leichang Cao sagt: „Zigarettenkippen sind nicht nur ein Umweltproblem, sondern auch eine wertvolle Kohlenstoffquelle.“
Auch im kompletten Bauteil überzeugten die Messwerte. Der entwickelte Superkondensator erreichte eine Energiedichte von über 24 Wattstunden pro Kilogramm bei gleichzeitig hoher Leistungsabgabe. Damit liegt das Material auf dem Niveau kommerziell genutzter Aktivkohle – obwohl es vollständig aus Abfall gewonnen wurde und keine neu geförderten Rohstoffe benötigt.
Solche Eigenschaften machen Superkondensatoren zu einer wichtigen Ergänzung von Batterien: Sie kommen dort zum Einsatz, wo schnelle Ladezeiten, hohe Leistung und lange Lebensdauer gefragt sind, etwa in Stromnetzen, in der Industrie oder in elektronischen Geräten. Besonders beim Ausgleich kurzfristiger Schwankungen aus Wind- und Solarstrom gewinnen diese Speicher an Bedeutung.
Der konkrete Nutzen: weniger Müll, weniger Rohstoffe, langlebige Speicher
Der entscheidende Vorteil des Verfahrens liegt nicht allein in der technischen Leistung. Es verschiebt den Blick auf Zigarettenstummel grundlegend. Statt sie aufwendig zu entsorgen, könnten sie künftig gezielt gesammelt und als Rohstoff genutzt werden. Das reduziert Umweltverschmutzung und senkt gleichzeitig den Bedarf an Materialien, die bislang aus Holz, Kohle oder Erdöl hergestellt werden.
Zudem kommen die neuen Elektroden ohne seltene Metalle wie Lithium, Kobalt oder Nickel aus. Diese Rohstoffe sind teuer, ihre Förderung belastet Umwelt und Lieferketten. Energiespeicher aus Zigarettenabfällen könnten deshalb nicht nur nachhaltiger, sondern auch unabhängiger von globalen Rohstoffmärkten werden.
Kurz zusammengefasst:
- Zigarettenstummel sind kein wertloser Müll, sondern liefern Celluloseacetat, aus dem sich leistungsfähige Energiespeicher aus porösem Kohlenstoff herstellen lassen.
- Als Elektrode für moderne Energiespeicher überzeugt dieses Material technisch, weil seine feine Porenstruktur sowie eingelagerter Stickstoff und Sauerstoff schnelle Ladung, hohe Leistung und lange Haltbarkeit ermöglichen.
- Die Studie zeigt einen doppelten Nutzen: Millionen Tonnen Zigarettenabfall könnten Umweltbelastungen verringern und zugleich nachhaltige Energiespeicher für die Energiewende liefern.
Übrigens: Während Forscher Zigarettenstummel bereits zu Stromspeichern umformen, geht Italien einen Schritt früher an das Problem – an Stränden Genuas sammelt ein Roboterhund die giftigen Filter ein, bevor sie Sand, Wasser und Nahrungsketten belasten. Wie die Technik funktioniert und warum sie erstaunlich effizient ist, mehr dazu in unserem Artikel.
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