Tanja Zimmermann: „Próbujemy «materializować» energię”

Prosty pomysł, ale niezwykle wymagający pod względem technicznym, leży u podstaw nowej inicjatywy badawczej EMPA o nazwie „Wydobywanie atmosfery”.

Zamiast wydobywać węgiel z ropy na polimery z tworzyw sztucznych, leki, włókna, paliwa i podobne produkty, można tak naprawdę pomyśleć o wykorzystaniu CO2, który od dawna obecny jest w atmosferze.

Jednym z rozwiązań może być coś w rodzaju „odkurzacza atmosferycznego”, za pomocą którego można usunąć nadmiar dwutlenku węgla z warstwy gazu otaczającej planetę Ziemia.

Aby ograniczyć zmiany klimatyczne, musimy kompensować nie tylko przyszłe emisje zanieczyszczeń, ale także te historyczne, być może poprzez recykling nadmiaru CO2.

Idealną osobą do zgłębienia tego tematu jest Tanja Zimmermann, dyrektor Federalnych Laboratoriów Nauki i Technologii Materiałów, z biurami zlokalizowanymi w Thun, St. Gallen i Dübendorf w Szwajcarii.

Urodzona w Hamburgu pięćdziesiąt pięć lat temu, nową rolę dyrektora generalnego EMPA objęła 2022 czerwca XNUMX roku: przejęła stanowisko od Gian-Luca Bona, który przez prawie trzynaście lat stał na czele ważnej szwajcarskiej instytucji badawczej.

Tanja Zimmermann uzyskała stopień doktora na Uniwersytecie imHanzeatyckiego Uniwersytetu Miejskiego w 2007 roku za szczegółowe badania, które dały podstawę do nowych technicznych zastosowań celulozy.

W latach 2001-2012 stworzył pierwszy obszar badawczy dotyczący nanokompozytów celulozowych zarówno w EMPA, jak i w Szwajcarii. Od 2011 do 2017 roku odpowiadała także za laboratorium EMPA ds. stosowanych materiałów drewnianych.

Od jesieni 2017 roku pełni funkcję członka kierownictwa instytutu i odpowiada za Zakład Materiałów Funkcjonalnych, który zatrudnia około 200 pracowników w sześciu jednostkach badawczych: zajmują się one różnorodnymi materiałami, od tych na bazie drewna i celulozy po cement i asfalt, od wysokowydajnej ceramiki, przez włókna polimerowe, aż po komponenty do zastosowań energetycznych.

Jednocześnie objął współkierowanie Obszarem Fokusu Badawczego Zrównoważone Środowisko Budowlane, w którym centralną rolę odgrywają takie tematy, jak gospodarka o obiegu zamkniętym, efektywne gospodarowanie zasobami oraz skuteczna realizacja szwajcarskiej strategii energetycznej.

W ciągu ostatnich trzech lat wraz z kolegami stworzył także kierunek studiów dla inżynierii materiałowej w oparciu o komputery i big data oraz we współpracy z Imperial College London założył Centrum Robotyki dla Materiałów i Technologii EMPA.

Tanja Zimmermann, przewodnicząca Szwajcarskich Federalnych Laboratoriów Nauki i Technologii Materiałów, wyjaśnia, dlaczego jest to przede wszystkim problem „wodny”, co należy zrobić, aby sobie z nim poradzić i co można wyprodukować z dwutlenku węgla, typowej szklarni gaz.

Dwutlenek węgla jest zasobem, a atmosfera jest jego… „moją”
Martin Ackermann: „Adaptacja klimatyczna? Chroń się"

Znalezienie rozwiązań kryzysu klimatycznego i wykorzystanie atmosfery jako swego rodzaju „kopalni” do wydobywania CO2 i produkcji z niego cennych towarów i materiałów: to nie lada wyczyn. Nie boisz się, że nie będziesz w stanie sprostać oczekiwaniom?

„W istocie są to pilne problemy. Nawet jeśli uda nam się osiągnąć „zero netto” i opanować transformację energetyczną, w atmosferze nadal będzie za dużo CO2, co będzie wiązać się z negatywnymi konsekwencjami, takimi jak topnienie lodowców i nasilenie ekstremalnych zjawisk pogodowych. Dlatego niezwykle ważne jest, aby działać już teraz i wykonać swoją część. Wyczuwam dużą motywację, szczególnie wśród naszych młodszych badaczy, do pracy nad tak istotnymi tematami. Zatem szacunek dla zadania, jakie sobie postawiliśmy, zdecydowanie tak; obawa, że ​​nie będziemy w stanie zaoferować rozwiązań, nie”.

Czy Federalne Laboratorium Nauki i Technologii Materiałów oraz EAWAG samodzielnie poradzą sobie z tym herkulesowym zadaniem?

"Absolutnie tak. Mogę się tylko zgodzić z moimi partnerami i kolegami z EAWAG. Wspaniale jest móc współpracować z Federalnym Instytutem Nauki i Technologii Wodnej w tak prosty i skuteczny sposób. Problem jest na tyle złożony, że możemy go rozwiązać jedynie wspólnie, czyli ze wszystkimi instytucjami Federalnego Sektora Politechniki, ale także poza nim, w tym na poziomie międzynarodowym. Przecież problem nie kończy się na granicach. Musimy także wcześnie zaangażować decydentów z przemysłu, administracji publicznej i polityki, aby wygenerować rozwiązania o realnym wpływie. Jak powiedziałem na początku, nie myślimy o małych rzeczach.

Wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla: jak powinniśmy wykorzystywać CO2?
Wychwytywanie i składowanie CO2: 5 strategii na drodze do zera netto

Jaka jest w tym rola EMPA, biorąc pod uwagę jej charakter jako laboratorium technologii materiałowej?

„W kwestii energii odnawialnej wystąpi paradoks, na który trzeba zwrócić uwagę: w przyszłości, wraz z rozwojem fotowoltaiki i innych podobnych rozwiązań, latem będziemy mieli nadmiar energii, a zimą będzie jej za mało. Aby zrekompensować tę sytuację, staramy się „materializować” energię, czyli przekształcać ją w możliwe do magazynowania chemiczne nośniki energii, takie jak wodór czy metan, wykorzystując CO2 z atmosfery!”.

Co prowadzi nas do wydobywania atmosfery…

"Dokładnie. Naszą wizją jest przekształcenie się ze społeczeństwa emitującego CO2 w społeczeństwo wiążące dwutlenek węgla poprzez rozwój odpowiednich materiałów i technologii. Jest to konieczność, podkreślam to jeszcze raz, ponieważ nawet po transformacji energetycznej nadal będziemy musieli „oczyszczać” atmosferę z zanieczyszczeń CO2, które spowodowaliśmy w ciągu ostatnich dwustu lat, aby uniknąć dalszego wzrostu temperatura".

W Blockchain wychwytywanie i ponowne wykorzystywanie dwutlenku węgla
Jaki będzie koszt Szwajcarii neutralnej pod względem emisji CO2?

Jaki jest Twój przybliżony program?

„Obecnie pracujemy nad różnymi „filarami” naszej koncepcji: ekstrakcją CO2, jego konwersją chemiczną i wreszcie technologiami wytwarzania z niego materiałów o wysokiej wartości dodanej, z którymi będzie powiązany węgiel na długoterminowo. Pierwsze projekty dotyczące technologii emisji ujemnych, takich jak materiały izolacyjne na bazie biowęgla, są już realizowane w EMPA (materiał węglowy otrzymywany w wyniku degradacji termicznej, jednocześnie niejednorodny i bogaty w układy aromatyczne i mineralne, wyd.) oraz rodzaje cementu, które pochłaniają CO2 podczas procesu konsolidacji, zamiast go uwalniać. Oczekuje się, że dalsze inicjatywy rozpoczną się w przyszłym roku. Na przykład sam chciałbym poruszyć temat drewna, który opiera się na moim doświadczeniu naukowym. Trwają pierwsze dyskusje pomiędzy różnymi zainteresowanymi stronami i jest to z pewnością bardzo ekscytujące.”

Na jakie konkretne pytania masz zamiar odpowiedzieć?

„EMPA koncentruje się na rozwoju innowacyjnych materiałów na bazie węgla i powiązanych technologii, a wszystko to poprzez podejście systemowe. Na początek są np. nowe materiały budowlane z ujemnym śladem CO2, innowacyjne technologie produkcji pozwalające na produkcję tych ostatnich na skalę przemysłową (ale też inne surowce np. dla przemysłu chemicznego), wydajna metanizacja i katalizatory do konwersja dwutlenku węgla i wodoru na metan, a także nowe koncepcje „wysysania” CO2 z atmosfery w możliwie najbardziej efektywny energetycznie sposób. Musimy i w coraz większym stopniu będziemy uwzględniać wszystkie materiały i procesy w całym ich cyklu życia, który, tam gdzie to możliwe, musi mieć charakter raczej zamknięty, a nie liniowy…”.

Nowe paliwa ze sztucznej fotosyntezy na bańkach mydlanych
Ciepło magazynowane pod ziemią w celu redukcji emisji CO2 z budynków

Konieczne jest także finansowanie nowych inicjatyw badawczych. Skąd pochodzą środki?

„Będziemy finansować naszą inicjatywę z grantu na start, który otrzymaliśmy od Rady Federalnych Instytutów Technologicznych oraz ze środków z naszych rezerw, w sumie około pięciu milionów franków. Oczywiście chcemy także pozyskać dodatkowe zasoby od stron trzecich, zarówno od organów publicznych, jak i od naszych partnerów przemysłowych”.

Obecnie wiele się dzieje w tym obszarze, chociażby poprzez Koalicję na rzecz Zielonej Energii i Magazynowania (CGES) oraz wspólne inicjatywy Domena ETH. Czy oni wszyscy nie robią tego samego?

„Wszystkie te inicjatywy są ważne! CGES, główna działalność dwóch Federalnych Instytutów Technologii w Zurychu i Lozannie wraz z Instytutem Paula Scherrera i EMPA, zajmuje się magazynowaniem zrównoważonej energii lub przekształcaniem np. energii słonecznej w chemiczne nośniki energii, takie jak wodór, metan czy metanol , tak zwany proces Power-to-X. Koncentrujemy się tutaj na systemach MegaWatt, czyli wdrażaniu na dużą skalę lub upscalingu istniejących technologii u partnerów przemysłowych, takich jak te opracowane w podejściu związanym z naszym demonstratorem mobilności lub w platformie ESI (Integracja systemu energetycznego, wyd.) samego PSI. Chociaż projekt „Wydobywanie atmosfery” w pewnym stopniu pokrywa się z projektem „Wydobywanie atmosfery”, już myślimy poza transformacją energetyczną i dążymy do całkowicie nowego systemu gospodarki o obiegu zamkniętym, opartego na materiałach niskoemisyjnych”.

Transformacja cyfrowa i neutralność klimatyczna, aby wyjść z tunelu
Podczas suszy dżdżownice nie magazynują już węgla

Dlaczego ważne jest, aby Szwajcaria odgrywała pionierską rolę w tej dziedzinie?

„Szwajcaria w dalszym ciągu jest międzynarodowym liderem innowacji, głównie dzięki dobrym warunkom ramowym. Jesteśmy zatem idealnie przygotowani do opracowywania technologii i koncepcji w ramach bieżących inicjatyw, a następnie stosowania ich i wprowadzania na rynek. A to jeszcze bardziej zwiększy międzynarodową konkurencyjność szwajcarskiego przemysłu…”.

Martin Eichler: „16,3 miliarda na wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla”
Innowacyjna technologia kwantowa w całości oparta na węglu