Tanja Zimmermann: "Yritämme "materialisoida" energiaa

Yksinkertainen idea, mutta teknisesti äärimmäisen vaativa, on EMPA:n uuden tutkimushankkeen "Mining the Atmosphere" perusta.

Sen sijaan, että öljystä erotettaisiin hiiltä muovipolymeereihin, lääkkeisiin, kuituihin, polttoaineisiin ja vastaaviin tuotteisiin, voidaan itse asiassa ajatella ilmakehässä pitkään olleen CO2:n käyttöä.

Yksi ratkaisu voisi olla eräänlainen "ilmakehän pölynimuri", jonka avulla ylimääräinen hiilidioksidi poistetaan maapalloa ympäröivästä kaasukalvosta.

Ilmastonmuutoksen rajoittamiseksi meidän on kompensoitava tulevien saastepäästöjen lisäksi myös historialliset päästöt, mahdollisesti kierrättämällä ylimääräistä hiilidioksidia.

Ihanteellinen henkilö, jonka kanssa tutkia tätä aihetta, on Tanja Zimmermann, liittovaltion materiaalitieteen ja teknologian laboratorioiden johtaja, jonka toimistot sijaitsevat Thunissa, St. Gallenissa ja Dübendorfissa Sveitsissä.

Hän syntyi Hampurissa viisikymmentäviisi vuotta sitten, ja hän aloitti uudessa tehtävässään EMPA:n toimitusjohtajana 2022: hän siirtyi Gian-Luca Bonalta, joka oli tärkeän sveitsiläisen tutkimuselimen ruorissa lähes XNUMX vuotta.

Tanja Zimmermann väitteli tohtoriksiHanseatic City -yliopisto vuonna 2007 erityistutkimuksistaan, jotka loivat pohjan selluloosan uusille teknisille sovelluksille.

Vuosina 2001–2012 hän loi ensimmäisen selluloosananokomposiittien tutkimusalueen sekä EMPA:ssa että Sveitsissä. Vuosina 2011-2017 hän vastasi myös EMPA:n puumateriaalien laboratoriosta.

Syksystä 2017 lähtien hän on ollut instituutin johdon jäsen ja vastannut toiminnallisten materiaalien osastosta, jossa on noin 200 työntekijää kuudessa tutkimusyksikössä: ne käsittelevät monenlaisia ​​materiaaleja puu- ja selluloosapohjaisista sementtiin ja asfalttiin, korkean suorituskyvyn keramiikasta polymeerikuituihin ja komponentteihin energiasovelluksiin.

Samalla hän otti vastuulleen Research Focus Area Sustainable Built Environment -tutkimusalueen, jossa keskeisiä aiheita ovat muun muassa kiertotalous, resurssitehokkuus ja Sveitsin energiastrategian tehokas toteuttaminen.

Viimeisten kolmen vuoden aikana hän on myös luonut kollegoidensa kanssa tietokoneisiin ja big dataan perustuvan materiaalitieteen tutkimusalueen ja yhteistyössä Imperial College Londonin kanssa perustanut Robotics Center for EMPA Materials and Technologyn.

Tanja Zimmermann, Sveitsin liittovaltion materiaalitieteen ja teknologian laboratorion johtaja, selittää, miksi se on ennen kaikkea "vesi" -ongelma, mitä on välttämätöntä tehdä sen ratkaisemiseksi ja mitä voidaan tuottaa hiilidioksidista, tyypillisestä kasvihuoneesta. kaasua.

Hiilidioksidi on luonnonvara ja ilmakehä sen… "minun"
Martin Ackermann: "Ilmastoon sopeutuminen? Suojele itseäsi"

Ratkaisujen löytäminen ilmastokriisiin ja ilmakehän käyttäminen eräänlaisena "kaivoksena" hiilidioksidin talteenottamiseen ja arvokkaiden hyödykkeiden ja materiaalien tuottamiseen siitä: tämä ei ole ilkeää. Etkö pelkää, ettet pysty täyttämään odotuksiasi?

"Nämä ovat todellakin kiireellisiä ongelmia. Vaikka onnistuisimme saavuttamaan nettonollan ja hallitsemaan energian siirtymisen, ilmakehässä on edelleen liikaa CO2:ta ja siihen liittyviä negatiivisia seurauksia, kuten jäätiköiden sulaminen ja äärimmäisten sääilmiöiden lisääntyminen. Siksi on erittäin tärkeää toimia nyt ja tehdä osamme. Tunnen suurta motivaatiota erityisesti nuorempien tutkijoidemme keskuudessa työskennellä näiden merkittävien aiheiden parissa. Joten kunnioitus itsellemme antamaamme tehtävää kohtaan, ehdottomasti kyllä; pelko siitä, että ei pysty tarjoamaan ratkaisuja, ei”.

Ja voivatko liittovaltion materiaalitieteen ja teknologian laboratorio ja EAWAG hoitaa tämän herkulelaisen tehtävän yksin?

"Ehdottomasti kyllä. Voin vain olla samaa mieltä kumppaneideni ja kollegoideni kanssa EAWAG:ssa. On hienoa tehdä yhteistyötä Federal Institute of Aquatic Science and Technology -instituutin kanssa näin yksinkertaisella ja tehokkaalla tavalla. Ongelma on niin monimutkainen, että voimme ratkaista sen vain yhdessä, eli kaikkien liittovaltion ammattikorkeakoulujen laitosten kanssa, mutta myös sen ulkopuolella, myös kansainvälisellä tasolla. Loppujen lopuksi ongelma ei lopu rajoihin. Myös teollisuuden, julkishallinnon ja politiikan päättäjät on otettava mukaan aikaisessa vaiheessa, jotta saadaan aikaan todellisia vaikuttavia ratkaisuja. Kuten alussa sanoin, emme ajattele pieniä."

Hiilen talteenotto ja varastointi: miten hiilidioksidia tulisi käyttää?
CO2:n talteenotto ja varastointi: 5 strategiaa matkalla nettonollaan

Mikä on EMPA:n rooli tässä kaikessa, koska se on materiaalitekniikan laboratorio?

”Kestävän energian suhteen tulee paradoksi, ja se on syytä huomauttaa: tulevaisuudessa aurinkosähkön ja muiden vastaavien ratkaisujen laajentuessa meillä on kesällä ylimääräistä energiaa, mutta talvella liian vähän. Tämän tilanteen kompensoimiseksi yritämme "materialisoida" energiaa eli muuntaa sen varastoitaviksi kemiallisiksi energian kantajiksi, kuten vedyksi tai metaaniksi, käyttämällä ilmakehän hiilidioksidia!”.

Mikä vie meidät ilmakehän poistamiseen…

"Tarkalleen. Visiomme on muuttaa itsemme hiilidioksidipäästöjä aiheuttavasta yhteiskunnasta hiilidioksidia sitovaksi yhteiskunnaksi kehittämällä sopivia materiaaleja ja teknologioita. Ja tämä on välttämättömyys, korostan sitä vielä kerran, koska meidän on vielä energiasiirtymän jälkeenkin "puhdistettava" ilmakehä hiilidioksidin saasteista, joita olemme aiheuttaneet viimeisen kahdensadan vuoden aikana, jotta vältytään maapallon ilmakehän nousulta. lämpötila".

Blockchainissa hiilidioksidin talteenotto ja uudelleenkäyttö
Paljonko CO2-neutraali Sveitsi maksaa?

Mikä on likimääräinen agendasi?

”Työstämme parhaillaan konseptimme eri 'pilareja': hiilidioksidin talteenottoa, sen kemiallista muuntamista ja lopuksi teknologioita, joilla siitä voidaan tuottaa korkean lisäarvon materiaaleja, joihin hiili liitetään. pitkällä aikavälillä. Ensimmäiset negatiivisten päästöjen teknologioiden, kuten biohiilipohjaisten eristemateriaalien, hankkeet ovat jo käynnissä EMPA:ssa (hiilipitoinen materiaali, joka on saatu lämpöhajoamisesta, samalla heterogeeninen ja runsaasti aromaattisia ja mineraalijärjestelmiä, toim.) ja sementtityypit, jotka absorboivat hiilidioksidia tiivistysprosessin aikana sen sijaan, että se vapautuisi. Lisää aloitteita odotetaan käynnistyvän ensi vuonna. Itse haluaisin esimerkiksi käynnistää puuteeman, joka perustuu tutkijataustani. Ensimmäiset keskustelut eri osapuolten välillä ovat käynnissä ja tämä on varmasti erittäin jännittävää."

Mihin konkreettisiin kysymyksiin aiot vastata?

”EMPA keskittyy innovatiivisten hiilipohjaisten materiaalien ja niihin liittyvien teknologioiden kehittämiseen järjestelmälähestymistapojen kautta. Aluksi on tarjolla esimerkiksi uusia rakennusmateriaaleja, joilla on negatiivinen CO2-jalanjälki, innovatiivisia tuotantotekniikoita jälkimmäisten tuotantoon teollisessa mittakaavassa (mutta myös muita raaka-aineita esimerkiksi kemianteollisuudelle), tehokas metanointi ja katalysaattorit. hiilidioksidin ja vedyn muuntaminen metaaniksi sekä uusia konsepteja hiilidioksidin "imemiseksi" ilmakehästä energiatehokkaimmalla mahdollisella tavalla. Meidän on ja tulemme yhä enemmän harkitsemaan kaikkia materiaaleja ja prosesseja niiden koko elinkaaren aikana, jonka on oltava ympyrämäistä lineaarista, mikäli mahdollista...".

Uusia polttoaineita saippuakuplien keinotekoisesta fotosynteesistä
Lämpö varastoituu maan alle rakennusten hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi

Myös uusia tutkimushankkeita on rahoitettava. Mistä varat tulevat?

"Rahoitamme aloitteemme liittovaltion teknologiainstituuttien neuvostolta saamallamme Startup Grantilla sekä rahastojemme varoilla, yhteensä noin viisi miljoonaa frangia. Tietenkin haluamme myös kerätä lisäresursseja kolmansilta osapuolilta, sekä julkisilta tahoilta että teollisilta kumppaneiltamme."

Tällä alueella tehdään tällä hetkellä paljon, esimerkiksi Coalition for Green Energy and Storage (CGES) ja ETH Domainin yhteisten aloitteiden kautta. Eivätkö he kaikki tee samaa?

”Kaikki nämä aloitteet ovat tärkeitä! CGES, kahden Zürichin ja Lausannen liittovaltion teknillisen korkeakoulun pääasiallinen toiminta yhdessä Paul Scherrer Instituten ja EMPA:n kanssa, käsittelee kestävän energian varastointia tai esimerkiksi aurinkoenergian muuntamista kemiallisiksi energian kantajiksi, kuten vedyksi, metaaniksi tai metanoliksi. , niin sanottu Power-to-X-prosessi. Painopiste on tässä MegaWatt-järjestelmissä, eli olemassa olevien teknologioiden laajamittaisessa käyttöönotossa tai parantamisessa teollisuuskumppaneiden kanssa, kuten ne, jotka on kehitetty liikkuvuuden demonstraattoriimme tai alustaan ​​liittyvässä lähestymistavassa. ESI (Energy System Integration, toim.) itse PSI:stä. Vaikka Mining the Atmosphere -hankkeessa on jonkin verran päällekkäisyyttä, ajattelemme jo energiasiirtymää pidemmälle ja tähtäämme täysin uuteen kiertotalousjärjestelmään, joka perustuu hiilinegatiivisiin materiaaleihin.

Digisiirtyminen ja ilmastoneutraalius tunnelista ulos
Kuivuuden aikana lierot eivät enää varastoi hiiltä

Miksi Sveitsin on tärkeää toimia edelläkävijänä tällä alalla?

”Sveitsi on edelleen kansainvälinen innovaatiojohtaja, pääasiassa hyvien puiteolosuhteiden ansiosta. Siksi meillä on ihanteelliset mahdollisuudet kehittää teknologioita ja konsepteja meneillään olevien aloitteiden puitteissa, sitten soveltaa niitä ja tuoda ne markkinoille. Ja tämä lisää entisestään Sveitsin teollisuuden kansainvälistä kilpailukykyä...".

Martin Eichler: "16,3 miljardia hiilidioksidin talteenottoon ja varastointiin"
Innovatiivinen kvanttiteknologia, joka perustuu kokonaan hiileen