Hamp kan udsende store mængder strøm
Canadiske forskere har fundet ud af, at fibre fra en særlig cannabis-plante kan bruges til at lagre elektrisk energi. Fibre fra planten kan udsende store mængder strøm på kort tid og lades helt op på sekunder.

Hampesuperkondensatoren var god til at lagre strøm over et stort temperaturområde, fra frysepunktet til knap 100 grader celsius. Faktisk 2-3 gange bedre end de superkondensatorer, som er på markedet lige nu. (Foto: Shutterstock)

Nej, der er ikke tale om at fyre op for en pind på førersædet.

Ej heller er der tale om en ide, som er opstået i en hashrus.

En gruppe forskere i Canada har nemlig fundet ud af, at fibre fra planten hamp (Cannabis sativa) kan bruges til at lagre elektrisk energi, som blandt andet kan bruges til at drive busser og sporvogne.

Fibre fra hamp bruges blandt andet i tekstiler, papir og bygningsmaterialer. Fibrene i stilken er endnu stærkere end træfibre og hurtigere at dyrke.

Bioaffald bliver til superkondensatorer

Forskerne brugte ikke fibre fra stilken, men bast fra indersiden af barken. Den voksende hampindustri i Canada gør ikke brug af disse fibre, men det biologiske affald egner sig godt som elektroder i det, der kaldes superkondensatorer.

Superkondensatorer adskiller sig fra elektriske batterier. De lagrer meget mindre energi. Derfor kan de altså ikke erstatte batterier i biler, der skal køre mange kilometer.

Til gengæld har de en række andre fordele: De indeholder ikke giftige tungmetaller. Deres samlede levetid er meget længere end batteriers. De udsender store mængder strøm på kort tid og – måske vigtigst af alt – kan de lades helt op i løbet af sekunder. Derfor egner de sig godt til blandt andet kollektiv transport i byer.

Her kører busser og sporvogne korte strækninger mellem de forskellig stop. Ved stoppestedet kan superkondensatoren lades op i løbet af sekunder. Dermed kan den levere strøm nok til næste stop.

Hamp sparer strømledninger

Stængel af hamp med fibre (Foto: Wikimedia Commons)

På den måde er der ikke behov for strømledninger mellem stoppene. I den tyske by Heidelberg kører sådanne sporvogne rundt uden luftledninger i den gamle bydel, hvor det er vigtigt at bevare det gamle bybillede.

I Paris kører en af sporvognruterne delvist uden luftledninger, drevet af superkondensatorer. De genoplades ved opbremsning og sparer dermed også strøm.

I Kina skal nye sporvogne kunne køre op til fire kilometer udelukkende drevet af superkondensatorer, der lades op i løbet af 30 sekunder.

Bilproducent bruger også superkondensatorer

Bilfabrikanten Mazda bruger også superkondensatorer for at sluge de kortvarige, hurtige strømstop, som opstår med regenerative bremser.

Sådanne bremser omdanner den kinetiske energi til elektrisk strøm.

Almindelige batterier ville ikke gøre lige så stor nytte ved sådanne strømstop, skriver bilproducenten på sin hjemmeside.

Er brugbare i andre sammenhænge

Superkondensatorer kan også være nyttige i elektrisk værktøj, kamerablitzer og til at tage toppene og bundene af ujævn strømforsyning til computerudstyr og anden følsom elektronik.

Enkelt forklaret virker en kondensator ved, at to elektroder lades modsat, plus og minus.

Sporvognene, der kører på linjen T3 i Paris, har superkondensatorer og kan derfor køre dele af strækningen uden luftledninger. (Foto: Gérard Delafond, Wikimedia Commons)

Modsatte ladninger tiltrækker hinanden. Denne tiltrækning mellem elektroderne holder på ladningen. Sådan lagrer kondensatoren strøm.

Forkullet hamp kan erstatte grafen

I en almindelig kondensator er elektroderne nogle store plader. I en superkondensator er denne flade meget større, fordi mange små fibre sidder tæt sammen. Dermed kan superkondensatoren holde på meget større elektrisk ladning.

De canadiske forskere har ikke proppet hampefibrene direkte ind i superkondensatoren. Først varmede de fibrene op til omkring 180 grader Celsius i et døgn. På den måde forkullede fibrene til små karbonflader.

Kullagene af hamp kan erstatte grafen, som er også er et lag af karbon, der kun består af et enkelt lag atomer. Grafen er meget dyrere at fremstille, og hampeelektroderne har lige så gode egenskaber.

Sådan lyder det i en udmelding fra American Chemical Society, som arrangerer mødet, hvor resultaterne nu præsenteres efter først at have været publiceret i organisationens tidsskrift i maj 2013.

2-3 gange bedre end superkondensatorer

Hampesuperkondensatoren var god til at lagre strøm over et stort temperaturområde, fra frysepunktet til knap 100 grader celsius.

Der kunne lagres 12 watttimer energi per kilo superkondensator. Det er to til tre gange bedre end de superkondensatorer, der er på markedet nu, ifølge nyhedsudmeldingen.

12 watttimer per kilo er godt for en superkondensator, bekræfter Martin Kirkengen. Han er afdelingschef ved laboratoriet for batterimaterialer på Institut for energiteknik i Norge.

Lille gevinst, hvis pris på grafen falder

Til venstre: Forenklet skitse af almindelig kondensator. Plus og minusladninger på hver sin plade tiltrækkes af hinanden, og kondensatoren holder på den måde på ladningen. Den kan lades op eller ud gennem ledningen (gul). Til højre: I en superkondensator er pladerne erstattet med mikroskopiske flader af karbon. Disse flader har en meget større overflade, og kan derfor holde på meget større mængder ladninger end en almindelig kondensator. (Figur: Arnfinn Christensen, forskning.no (t.v), Wikimedia Commons (t.h))

Martin Kirkengen sætter dog spørgsmålstegn ved superkondensatorens levetid, og hvor længe den formår at holde på strømladningen. Alle kondensatorer lades nemlig ud over tid.

Han påpeger også, at prisen på grafen kan komme til at dale meget pludseligt, og derved kan fordelen ved at bruge hampefibre også dale.

»Det, at grafen kan erstattes med et billigere materiale påvirker heller ikke prisen på de andre elementer i superkondensatoren, metalkontakter, indpakning, elektrolyt med mere.«

»Derfor vil det formentlig højst føre til en nedjustering af prisen med 10-20 procent sammenlignet med en grafenbaseret løsning, hvis vi ser på produktionen i fuld skala om nogle år,« skriver Martin Kirkengen i en mail til forskning.no.

Skal udvikles industrielt

Det kan alligevel være en fordel, at de hampebaserede elektroder giver en hurtigere reduktion af prisen, mener han.

Et canadisk firma arbejder nu på at skalere produktionen af superkondensatorer med forkullede hampefibre op, ifølge udmeldingen fra American Chemical Society.

»Det er altid en fornøjelse med folk, der formår at udnytte en struktur, som naturen har skabt for os, og anvende den i en teknisk sammenhæng,« skriver Martin Kirkengen.

Pistacienødder kan også bruges

Men hamp er ikke det eneste råstof, der dur. Pistacienøddeskaller kan også bruges til at danne små karbonflader til superkondensatorer, ifølge en rapport, som er publiceret af tidsskriftet Nature fra juli 2014.

Frugtkerner, løv, strå og andre plantedele med cellulose kan også være nyttige og få nyt liv som elektroder i superkondensatorer, ifølge de kinesiske forskere bag rapporten. 

© forskning.no Oversat af Anna Bestle

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.