Tanja Zimmermann: “We proberen energie te ‘materialiseren’”

Een eenvoudig idee, maar technisch gezien uiterst veeleisend, vormt de basis van EMPA's nieuwe onderzoeksinitiatief genaamd “Mining the Atmosphere”.

In plaats van koolstof uit olie te halen voor plastic polymeren, medicijnen, vezels, brandstoffen en soortgelijke producten, kan men in feite denken aan het gebruik van de CO2 die al lang in de atmosfeer aanwezig is.

Eén oplossing zou die van een soort ‘atmosferische stofzuiger’ kunnen zijn, waarmee overtollige koolstofdioxide kan worden verwijderd uit de gasfilm die de planeet Aarde omhult.

Om de klimaatverandering te beperken moeten we niet alleen toekomstige vervuilende emissies compenseren, maar ook historische emissies, mogelijk door overtollig CO2 te recyclen.

De ideale persoon om dit onderwerp te verkennen is Tanja Zimmermann, directeur van de Federale Laboratoria voor Materiaalkunde en Technologie, met kantoren in Thun, St. Gallen en Dübendorf in Zwitserland.

Vijfenvijftig jaar geleden geboren in Hamburg, nam ze op 2022 juni XNUMX haar nieuwe rol als CEO van EMPA op zich: ze nam het stokje over van Gian-Luca Bona, die bijna dertien jaar aan het roer stond van het belangrijke Zwitserse onderzoeksorgaan.

Tanja Zimmermann promoveerde bijHanzestad Universiteit in 2007 voor zijn specifieke studies, die de basis vormden voor nieuwe technische toepassingen van cellulose.

Tussen 2001 en 2012 creëerde hij het eerste onderzoeksgebied op het gebied van cellulose-nanocomposieten, zowel bij EMPA als in Zwitserland. Van 2011 tot 2017 was zij tevens verantwoordelijk voor het EMPA-laboratorium voor toegepaste houtmaterialen.

Sinds het najaar van 2017 is hij lid van de directie van het instituut en verantwoordelijk voor de afdeling Functionele Materialen, die ongeveer 200 medewerkers telt in zes onderzoekseenheden: zij houden zich bezig met een veelheid aan materialen, van materialen op basis van hout en cellulose tot cement en asfalt. van hoogwaardig keramiek tot polymere vezels, tot componenten voor energietoepassingen.

Tegelijkertijd nam hij de medeleiding over van het onderzoeksfocusgebied Sustainable Built Environment, waarin onderwerpen als de circulaire economie, hulpbronnenefficiëntie en de effectieve implementatie van de Zwitserse energiestrategie een centrale rol spelen.

De afgelopen drie jaar heeft hij samen met zijn collega's ook een studiegebied voor materiaalkunde gecreëerd op basis van computers en big data en heeft hij in samenwerking met Imperial College London het Robotics Centre for EMPA Materials and Technology opgericht.

Tanja Zimmermann, hoofd van de Zwitserse Federale Laboratoria voor Materiaalwetenschappen en Technologie, legt uit waarom het vooral een ‘waterprobleem’ is, wat essentieel is om ermee om te gaan en wat er geproduceerd kan worden uit kooldioxide, een typische kas. gas.

Koolstofdioxide is een hulpbron en de atmosfeer is zijn… ‘mijn’
Martin Ackermann: “Klimaatadaptatie? Bescherm jezelf"

Het vinden van oplossingen voor de klimaatcrisis en het gebruiken van de atmosfeer als een soort ‘mijn’ om CO2 te extraheren en daaruit kostbare goederen en materialen te produceren: dit is geen sinecure. Ben jij niet bang om niet aan de verwachtingen te kunnen voldoen?

“Het zijn inderdaad urgente problemen. Zelfs als we erin slagen de ‘netto nul’ te bereiken en de energietransitie onder de knie te krijgen, zit er nog steeds te veel CO2 in de atmosfeer, met alle negatieve gevolgen van dien, zoals smeltende gletsjers en een toename van extreme weersverschijnselen. Het is daarom uiterst belangrijk om nu in actie te komen en ons steentje bij te dragen. Ik voel een grote motivatie, vooral onder onze jongere onderzoekers, om aan deze belangrijke onderwerpen te werken. Dus respect voor de taak die we onszelf hebben opgedragen, absoluut ja; angst om geen oplossingen te kunnen bieden, nee”.

En kunnen het Federaal Laboratorium voor Materiaalwetenschappen en Technologie en EAWAG deze gigantische taak alleen aan?

"Absoluut ja. Ik kan het alleen maar eens zijn met mijn partners en collega's bij EAWAG. Het is geweldig om op zo'n eenvoudige en efficiënte manier te kunnen samenwerken met het Federaal Instituut voor Aquatische Wetenschappen en Technologie. Het probleem is zo complex dat we het alleen samen kunnen oplossen, dat wil zeggen met alle instellingen van de Federale Polytechnische Sector, maar ook daarbuiten, ook op internationaal niveau. Het probleem stopt immers niet bij de grenzen. We moeten ook besluitvormers uit de industrie, het openbaar bestuur en de politiek vroegtijdig betrekken om oplossingen met echte impact te genereren. Zoals ik in het begin al zei: we denken niet klein.”

Koolstofafvang en -opslag: hoe moeten we CO2 gebruiken?
CO2 afvangen en opslaan: 5 strategieën op weg naar net zero

Wat is, gezien zijn aard als laboratorium voor materiaaltechnologie, de rol van EMPA hierin?

“Wat betreft duurzame energie zal zich een paradox voordoen en daar moeten we op wijzen: in de toekomst zullen we, met de uitbreiding van fotovoltaïsche zonne-energie en andere soortgelijke oplossingen, in de zomer een overschot aan energie hebben, maar in de winter te weinig. Om deze situatie te compenseren proberen we energie te ‘materialiseren’, dat wil zeggen om te zetten in opslagbare chemische energiedragers, zoals waterstof of methaan, met behulp van CO2 uit de atmosfeer!”.

Dat brengt ons bij de extractie van de atmosfeer…

"Precies. Onze visie is om onszelf te transformeren van een CO2-uitstotende samenleving naar een koolstofdioxide-bindende samenleving door de ontwikkeling van geschikte materialen en technologieën. En dat is een noodzaak, ik onderstreep het nogmaals, want ook na de energietransitie zullen we de atmosfeer nog moeten ‘reinigen’ van de CO2-vervuiling die we de afgelopen tweehonderd jaar hebben veroorzaakt om een ​​verdere stijging van de aardoppervlakte te voorkomen. temperatuur".

In Blockchain kooldioxide afvangen en hergebruiken
Wat gaat een CO2-neutraal Zwitserland kosten?

Wat is ongeveer uw agenda?

“We werken momenteel aan de verschillende ‘pijlers’, aan de fundamenten van ons concept: de winning van CO2, de chemische omzetting ervan en ten slotte de technologieën om daaruit materialen met een hoge toegevoegde waarde te produceren, waaraan de koolstof zal worden gekoppeld. naar lange termijn. De eerste projecten voor technologieën met negatieve emissies, zoals op biochar gebaseerde isolatiematerialen, lopen al bij EMPA (een koolstofhoudend materiaal verkregen door thermische afbraak, tegelijkertijd heterogeen en rijk aan aromatische en minerale systemen, red.) en soorten cement die tijdens het consolidatieproces CO2 absorberen in plaats van vrijgeven. Volgend jaar zullen naar verwachting verdere initiatieven van start gaan. Zo wil ik zelf graag het thema hout lanceren, dat voortkomt uit mijn achtergrond als onderzoeker. De eerste gesprekken tussen de verschillende geïnteresseerde partijen zijn gaande en dit is zeker heel spannend.”

Welke specifieke vragen wilt u beantwoorden?

“EMPA's focus ligt op de ontwikkeling van innovatieve, op koolstof gebaseerde materialen en aanverwante technologieën, allemaal via systeembenaderingen. Om te beginnen zijn er bijvoorbeeld nieuwe bouwmaterialen met een negatieve CO2-voetafdruk, innovatieve productietechnologieën om dit laatste op industriële schaal te produceren (maar ook andere grondstoffen voor bijvoorbeeld de chemische industrie), efficiënte methanisering en katalysatoren voor de omzetting van kooldioxide en waterstof in methaan, evenals nieuwe concepten om CO2 op de meest energie-efficiënte manier uit de atmosfeer te 'zuigen'. We moeten en zullen steeds meer rekening houden met alle materialen en processen in hun hele levenscyclus, die waar mogelijk circulair moet zijn in plaats van lineair...".

Nieuwe brandstoffen uit kunstmatige fotosynthese op zeepbellen
Warmte wordt ondergronds opgeslagen om de CO2-uitstoot van gebouwen te verminderen

Nieuwe onderzoeksinitiatieven moeten ook gefinancierd worden. Waar komen de fondsen vandaan?

“We zullen ons initiatief financieren met de 'Startup Grant' die we hebben ontvangen van de Raad van de Federale Instituten voor Technologie en met middelen uit onze reserves, in totaal ongeveer vijf miljoen frank. Uiteraard willen we ook extra middelen werven bij derde partijen, zowel bij overheidsinstanties als bij onze industriële partners.”

Momenteel wordt er veel gedaan op dit gebied, bijvoorbeeld via de Coalition for Green Energy and Storage (CGES) en de gezamenlijke initiatieven van het ETH Domein. Doen ze niet allemaal hetzelfde?

“Al deze initiatieven zijn belangrijk! De CGES, een belangrijke activiteit van de twee Federale Instituten voor Technologie in Zürich en Lausanne samen met het Paul Scherrer Instituut en EMPA, houdt zich bezig met het opslaan van duurzame energie of het omzetten van bijvoorbeeld zonne-energie in chemische energiedragers zoals waterstof, methaan of methanol , het zogenaamde Power-to-X-proces. De focus ligt hier op MegaWatt-systemen, d.w.z. grootschalige inzet of opschaling van bestaande technologieën met industriële partners, zoals die ontwikkeld in de aanpak verbonden aan onze mobiliteitsdemonstrator of in het platform ESI (Energiesysteemintegratie, red.) van de PSI zelf. Hoewel er enige overlap is met het project ‘Mining the Atmosphere’, denken we nu al verder dan de energietransitie en mikken we op een compleet nieuw systeem van de circulaire economie, gebaseerd op koolstofnegatieve materialen.”

Digitale transitie en klimaatneutraliteit om uit de tunnel te komen
Bij droogte slaan regenwormen geen koolstof meer op

Waarom is het belangrijk dat Zwitserland op dit gebied een voortrekkersrol speelt?

“Zwitserland blijft internationaal koploper op het gebied van innovatie, vooral dankzij de goede randvoorwaarden. Wij zijn dan ook uitstekend gepositioneerd om binnen lopende initiatieven technologieën en concepten te ontwikkelen, deze vervolgens toe te passen en naar de markt te brengen. En dit zal het internationale concurrentievermogen van de Zwitserse industrie verder vergroten...".

Martin Eichler: “16,3 miljard voor koolstofafvang en -opslag”
Een innovatieve kwantumtechnologie volledig gebaseerd op koolstof