Från destillationsrest till lagring: Att omvandla biprodukter från bourbon till superkondensatorer

Delstaten Kentucky producerar 95 % av världens bourbon, och all denna bourbon lämnar efter sig en enorm mängd spannmålsavfall, så kallad stillage.

Nu har forskare vid University of Kentucky utvecklat en process för att omvandla detta stillage till elektroder. Med hjälp av dessa elektroder, tillverkade av bourbon-biprodukten, har de skapat superkondensatorer som kan lagra mer energi än kommersiella enheter av samma storlek. Forskarna kommer att presentera sina resultat vid American Chemical Societys vårmöte (ACS Spring 2026), som hålls i Atlanta den 22–26 mars.

Omvandling av bourbon-stillage till kol

Josiel Barrios Cossio, en doktorand som kommer att presentera arbetet, fick först kännedom om omfattningen av det amerikanska whiskyavfallsproblemet när han arbetade med ett forskningspraktikprogram för att undersöka livsmedels-, energi- och vattenfrågor i Kentucky. ”Från den slutliga volymen producerad bourbon får man 6 till 10 gånger den mängden destillationsrester som avfall”, säger Barrios Cossio, ”så det är en stor sak.”

Dessa destillationsrester är en sörjig mäsk som vanligtvis säljs till jordbrukare som djurfoder eller jordtillsats. Men det är svårt att transportera medan det är vått, och det är dyrt att torka.

En alternativ lösning är att direkt omvandla den soppiga destillationsrestprodukten till mer värdefulla kolmaterial med hjälp av en teknik som kallas hydrotermisk karbonisering, vilket liknar tryckkokning med hög intensitet. ”Vi kunde ta destillationsrestprodukten som den är, i en dispersion med mycket vatten”, säger Barrios Cossio, ”och använda den nackdelen som en fördel.”

Teamet var intresserat av kolmaterial eftersom de fungerar bra som elektroder för superkondensatorer, en typ av energilagringsenhet. Hydrotermisk karbonisering skulle kunna erbjuda ett växtbaserat avfall som källa för dessa elektroder. Tidigare forskning har visat att jordbruksbiprodukter som majsfibrer kan omvandlas till kolmaterial med denna typ av uppvärmning, men strategin har inte prövats med bourbon-destillationsrester, som består av en blandning av spannmål som måste innehålla majs.

Så Barrios Cossio och Marcelo Guzman, kemist vid University of Kentucky och huvudforskare för projektet, bestämde sig för att omvandla avfallet från de lokala destillerierna till elektroder för superkondensatorer.

Att bygga branschpartnerskap och bearbetning

Det första steget var att ta kontakt med destilleriets ägare, bygga upp förtroende och övertyga dem om att släppa in forskarna i sina anläggningar för att ta prover och ”göra något roligt med det”, säger Barrios Cossio. Kemisterna vid University of Kentucky har byggt upp relationer med destillerier från Kentucky till Illinois och till och med Kanada för att kunna använda deras avfall.

Teamet omvandlade det fuktiga destillationsavfallet till ett fint svart pulver genom att behandla avfallsprodukten med värme och tryck i en 10-litersreaktor. Därefter upphettades det svarta pulvret till exempel till 392 °F (200 °C) i en ugn, antingen på egen hand för att bilda hårt kol, eller tillsammans med kaliumhydroxid till 1 472 °F (800 °C) för att bilda aktivt kol.

Hårt kol liknar grafit men med kolskikt som är mindre prydligt staplade, vilket gör det idealiskt för att adsorbera fler litiumjoner och därmed öka energilagringskapaciteten. Aktivt kol är extremt poröst, vilket innebär att det kan lagra stora mängder laddning, och därmed energi, inom sin stora inre yta.

Testning av prestandaförbättringar hos superkondensatorer

För en proof-of-concept tillverkade teamet dubbelskiktskondensatorer genom att placera en flytande elektrolyt mellan elektroder av aktivt kol. I tester kunde dessa myntstora superkondensatorer lagra upp till 48 wattimmar per kilogram, vilket var i nivå med kommersiellt tillgängliga sådana.

Forskarna experimenterade också med hybrid-litiumjon-superkondensatorer, som är utformade för att vara en kompromiss mellan kondensatorernas snabba urladdningshastigheter och batteriernas högre energilagring. Så de byggde enheter med en kondensatorliknande aktivt kol-elektrod och en batteriliknande hård kol-elektrod, som båda var infunderade med litiumjoner. Dessa superkondensatorer framställda av destillationsrester lagrade upp till 25 gånger mer energi per kilogram än konventionella versioner.

Litiumjon-superkondensatorerna är också ett nytt exempel på att använda en jordbrukskälla för två olika elektroder i en enda enhet. ”Det var en enorm upptäckt för mig att man kan tillverka hybridanordningar av detta avfall”, säger Barrios Cossio. ”Hybridanordningar är inte vanliga. De är inte vanliga och inte lätta att tillverka.”

Nästa steg mot kommersialisering

Forskarnas nästa steg är att studera energilagringsmekanismerna hos sina superkondensatorer baserade på destillationsrester för att optimera dem inför kommersialisering. Deras mål är att utveckla större versioner av superkondensatorerna, så att denna teknik en dag kan bidra till att stabilisera elnätet när fler förnybara energikällor införlivas. På kortare sikt kommer teamet att genomföra livscykelanalyser samt utvärderingar av ekonomisk och teknisk genomförbarhet för att bedöma hållbarheten i att omvandla destilleringsavfall till energilagringsenheter.

Sammantaget är teamet glada över att ha hittat en prototyp-lösning på ett lokalt problem i samarbete med Andrea Balduccis grupp vid Friedrich Schiller-universitetet i Jena, Tyskland. ”Det här projektet gjorde det möjligt för oss att koppla ihop ett verkligt problem med industrier på delstatsnivå”, säger Guzman, ”och det var superhäftigt.”