Tanja Zimmermann: "Püüame energiat "materialiseerida"

Lihtne, kuid tehnilises mõttes äärmiselt nõudlik idee on EMPA uue uurimisalgatuse "Atmosfääri kaevandamine" aluseks.

Selle asemel, et eraldada naftast süsinikku plastpolümeeride, ravimite, kiudude, kütuste ja sarnaste toodete valmistamiseks, võib tegelikult mõelda atmosfääris pikka aega eksisteerinud CO2 kasutamisele.

Üks lahendus võiks olla omamoodi "atmosfääritolmuimeja", mille kaudu eemaldatakse planeet Maa ümbritsevast gaasikilest liigne süsihappegaas.

Kliimamuutuste piiramiseks peame kompenseerima mitte ainult tulevasi saasteheiteid, vaid ka ajaloolisi saasteheiteid, võimalusel üleliigse CO2 ringlussevõtuga.

Ideaalne inimene, kellega seda teemat uurida, on Tanja Zimmermann, föderaalsete materjaliteaduse ja tehnoloogia laborite direktor, kelle kontorid asuvad Šveitsis Thunis, St. Gallenis ja Dübendorfis.

Viiskümmend viis aastat tagasi Hamburgis sündinud ta asus 2022. juunil XNUMX uuele ametikohale EMPA tegevjuhina: ta võttis ameti üle Gian-Luca Bonalt, kes juhtis Šveitsi tähtsat teadusorganisatsiooni peaaegu kolmteist aastat.

Tanja Zimmermann omandas doktorikraadiHansalinna Ülikool 2007. aastal oma spetsiifiliste uuringute eest, mis andsid aluse tselluloosi uutele tehnilistele rakendustele.

Aastatel 2001–2012 lõi ta nii EMPAs kui ka Šveitsis esimese tselluloosi nanokomposiitide uurimisvaldkonna. Aastatel 2011–2017 vastutas ta ka EMPA rakenduspuitmaterjalide labori eest.

Alates 2017. aasta sügisest on ta instituudi juhtkonna liige ja vastutanud funktsionaalsete materjalide osakonna eest, kus töötab ligikaudu 200 töötajat kuues uurimisüksuses: need tegelevad paljude materjalidega, alates puidu- ja tselluloosipõhistest kuni tsemendi ja asfaldini, alates suure jõudlusega keraamikast kuni polümeerkiududeni kuni energiarakenduste komponentideni.

Samal ajal asus ta juhtima Teadusfookusala Säästev ehitatud keskkond, milles on kesksel kohal sellised teemad nagu ringmajandus, ressursitõhusus ja Šveitsi energiastrateegia tõhus rakendamine.

Viimase kolme aasta jooksul on ta koos kolleegidega loonud ka arvutitel ja suurandmetel põhineva materjaliteaduse õppevaldkonna ning koostöös Londoni Imperial College'iga asutanud EMPA materjalide ja tehnoloogia robootikakeskuse.

Tanja Zimmermann, Šveitsi föderaalse materjaliteaduse ja tehnoloogia laboratooriumi juht, selgitab, miks see on ennekõike "vee" probleem, mida on selle lahendamiseks hädavajalik teha ja mida saab toota süsinikdioksiidist, mis on tüüpiline kasvuhoone. gaas.

Süsinikdioksiid on ressurss ja atmosfäär on selle… “minu”
Martin Ackermann: „Kliimaga kohanemine? Kaitske ennast"

Kliimakriisile lahenduste leidmine ja atmosfääri kasutamine omamoodi "kaevandusena" CO2 eraldamiseks ning sellest väärtuslike kaupade ja materjalide tootmiseks: see pole tühine saavutus. Kas sa ei karda, et ei suuda ootustele vastata?

"Tõepoolest, need on kiireloomulised probleemid. Isegi kui meil õnnestub jõuda neto nullini ja omandada energiaüleminek, on atmosfääris endiselt liiga palju CO2-d koos sellega kaasnevate negatiivsete tagajärgedega, nagu liustike sulamine ja äärmuslike ilmastikunähtuste sagenemine. Seetõttu on äärmiselt oluline tegutseda kohe ja anda oma osa. Ma tunnen suurt motivatsiooni, eriti meie nooremate teadlaste seas, nende oluliste teemade kallal töötada. Nii et austus ülesande vastu, mille oleme endale andnud, täiesti jah; hirm, et ei suuda lahendusi pakkuda, ei”.

Ja kas föderaalne materjaliteaduse ja tehnoloogia labor ning EAWAG saavad selle Heraklese ülesandega üksi hakkama?

„Absoluutselt jah. Saan ainult nõustuda oma partnerite ja kolleegidega EAWAGis. Tore on teha nii lihtsal ja tõhusal viisil koostööd föderaalse veeteaduste ja -tehnoloogia instituudiga. Probleem on nii keeruline, et saame selle lahendada ainult koos, see tähendab kõigi föderaalse polütehnikumide sektori institutsioonidega, aga ka väljaspool seda, sealhulgas rahvusvahelisel tasandil. Lõppude lõpuks ei piirdu probleem piiridega. Samuti peame varakult kaasama tööstuse, avaliku halduse ja poliitika otsustajaid, et luua reaalse mõjuga lahendusi. Nagu ma alguses ütlesin, me ei mõtle väikesele.

Süsiniku kogumine ja säilitamine: kuidas peaksime CO2 kasutama?
CO2 kogumine ja säilitamine: 5 strateegiat teel nullini

Mis on EMPA roll selles kõiges tänu oma olemusele materjalitehnoloogia laborina?

“Säästva energeetikaga seoses tekib paradoks, millele peame tähelepanu juhtima: tulevikus on fotogalvaanika ja muude sarnaste lahenduste laienemisega meil suvel energiat üle, talvel aga liiga vähe. Selle olukorra kompenseerimiseks püüame energiat 'materialiseerida' ehk muuta see atmosfääri CO2 abil salvestatavateks keemilisteks energiakandjateks, nagu vesinik või metaan!“.

Mis viib meid atmosfääri väljatõmbamiseni…

"Täpselt. Meie visioon on sobivate materjalide ja tehnoloogiate arendamise kaudu muuta end CO2-heitega ühiskonnast süsinikdioksiidi siduvaks ühiskonnaks. Ja see on vajadus, ma rõhutan seda veel kord, sest isegi pärast energia üleminekut peame ikkagi "puhastama" atmosfääri CO2 saastest, mille oleme viimase kahesaja aasta jooksul põhjustanud, et vältida maakera energia edasist tõusu. temperatuur".

Plokiahelas süsinikdioksiidi kogumine ja taaskasutamine
Kui palju maksab CO2-neutraalne Šveits?

Mis on teie ligikaudne päevakava?

"Töötame praegu oma kontseptsiooni erinevate "sammaste" kallal: CO2 eraldamine, selle keemiline muundamine ja lõpuks tehnoloogiad, mille abil toota sellest kõrge lisandväärtusega materjale, millega süsinik seotakse. pikaajaliseks. Esimesed projektid negatiivsete emissioonide tehnoloogiate, näiteks biosöel põhinevate isolatsioonimaterjalide jaoks, on EMPAs juba töös (termilise lagunemise teel saadud süsihappegaasi materjal, mis on samal ajal heterogeenne ja rikas aromaatsete ja mineraalsete süsteemide poolest, toim.) ja tsemenditüübid, mis neelavad CO2 konsolideerimisprotsessi käigus, mitte ei eralda seda. Järgmisel aastal algavad eeldatavasti edasised algatused. Näiteks tahaksin ise käivitada puiduteema, mis lähtub minu teadlase taustast. Esimesed arutelud erinevate huviliste vahel on käimas ja see on kindlasti väga põnev.

Millistele konkreetsetele küsimustele kavatsete vastata?

„EMPA keskendub uuenduslike süsinikupõhiste materjalide ja nendega seotud tehnoloogiate arendamisele, seda kõike süsteemsete lähenemisviiside kaudu. Alustuseks on näiteks uued negatiivse CO2 jalajäljega ehitusmaterjalid, uuenduslikud tootmistehnoloogiad viimaste tööstuslikuks tootmiseks (aga ka muud toorained, näiteks keemiatööstuse jaoks), tõhus metaneerimine ja katalüsaatorid. süsinikdioksiidi ja vesiniku muutmine metaaniks, samuti uued kontseptsioonid CO2 atmosfäärist "imemiseks" võimalikult energiatõhusal viisil. Peame ja võtame üha enam arvesse kõiki materjale ja protsesse kogu nende elutsükli jooksul, mis peab võimaluse korral olema pigem ringikujuline kui lineaarne...".

Uued kütused seebimullide tehisfotosünteesist
Soojus salvestatakse maa alla, et vähendada hoonete CO2-heiteid

Samuti tuleb rahastada uusi uurimisalgatusi. Kust vahendid tulevad?

"Rahastame oma algatust Föderaalsete Tehnoloogiainstituutide Nõukogult saadud starditoetusega ja meie reservidest, kokku umbes viie miljoni frangiga. Loomulikult tahame hankida täiendavaid ressursse ka kolmandatelt osapooltelt, nii avalik-õiguslikelt asutustelt kui ka meie tööstuspartneritelt.

Praegu tehakse selles valdkonnas palju ära, näiteks Rohelise Energia ja Storage (CGES) koalitsiooni ja ETH domeeni ühisalgatuste kaudu. Kas nad kõik ei tee sama asja?

“Kõik need algatused on olulised! CGES, kahe Zürichi ja Lausanne'i föderaalse tehnoloogiainstituudi põhitegevus koos Paul Scherreri instituudi ja EMPAga, tegeleb säästva energia salvestamisega või näiteks päikeseenergia muundamisega keemilisteks energiakandjateks nagu vesinik, metaan või metanool. , nn Power-to-X protsess. Keskendutakse siin MegaWatt-süsteemidele, st olemasolevate tehnoloogiate laiaulatuslikule kasutuselevõtule või suurendamisele koos tööstuspartneritega, näiteks need, mis on välja töötatud meie mobiilsuse demonstraatori või platvormiga seotud lähenemisviisis. ESI (Energy System Integration, toim.) PSI-st endast. Kuigi projektiga "Atmosfääri kaevandamine" on mõningane kattumine, mõtleme juba energia üleminekust kaugemale ja sihime täiesti uut süsiniknegatiivsetel materjalidel põhinevat ringmajandussüsteemi.

Digiüleminek ja kliimaneutraalsus tunnelist välja pääsemiseks
Põua ajal vihmaussid enam süsinikku ei salvesta

Miks on Šveitsi jaoks oluline selles valdkonnas teerajaja roll?

„Šveits on jätkuvalt rahvusvaheline innovatsiooniliider, seda peamiselt tänu headele raamtingimustele. Seetõttu on meil ideaalne positsioon, et arendada käimasolevate algatuste raames tehnoloogiaid ja kontseptsioone, seejärel neid rakendada ja turule tuua. Ja see suurendab veelgi Šveitsi tööstuse rahvusvahelist konkurentsivõimet...".

Martin Eichler: "16,3 miljardit süsiniku kogumiseks ja säilitamiseks"
Uuenduslik kvanttehnoloogia, mis põhineb täielikult süsinikul