Energie und Klima
Die Energieforschung am PSI konzentriert sich auf Prozesse, die in nachhaltigen und sicheren Technologien für eine möglichst CO2-freie Energieversorgung eingesetzt werden können. Wichtiger Schwerpunkt sind erneuerbare Energien. Auf der Versuchsplattform ESI (Energy System Integration) können Forschung und Industrie Lösungsansätze zur Einbindung erneuerbarer Energien in das Energiesystem testen. Ein weiterer Schwerpunkt des Bereichs ist die sichere Anwendung von Kernenergie. Diese Aktivitäten werden ergänzt durch Analysen zur ganzheitlichen Betrachtung von Energiesystemen. In der Klima- und Umweltforschung werden chemische Prozesse in der Atmosphäre untersucht.
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Mehr als Kaffeesatzlesen
Kaffeesatz ist aufgrund seines hohen Anteils an Stickstoff ein gerne verwendeter Gartendünger und leistet – auf diese Weise entsorgt – damit bereits heute im Kleinen einen Beitrag zu einer umweltfreundlichen Abfallwirtschaft. Doch damit ist sein Potenzial noch lange nicht ausgeschöpft: Mit einem am PSI entwickelten Verfahren lässt sich aus Kaffeesatz hochwertiges Methan gewinnen. Das konnten PSI-Forschende bei einem Pilotversuch in Zusammenarbeit mit dem Schweizer Lebensmittelkonzern Nestlé zeigen, der Kaffeesatz, der bei der Herstellung seines löslichen Kaffees anfällt, gerne einer sinnvollen Zweitverwendung zukommen lassen möchte.
Nanomaterial hilft Sonnenenergie zu speichern: effizient und kostengünstig
Damit Sonnen- und Windenergie in Form von Wasserstoff gespeichert werden können, werden effiziente Elektrolyseure benötigt. Dank eines neuen Materials, das Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der Empa entwickelt haben, dürften diese Geräte in Zukunft günstiger und effizienter werden. Die Forschenden haben auch gezeigt, wie sich das neue Material zuverlässig in grossen Mengen herstellen lässt, und seine Leistungsfähigkeit in einer technischen Elektrolysezelle, der Hauptkomponente eines Elektrolyseurs, nachgewiesen.
Benzin und Chemikalien aus Pflanzenresten
Lignin fällt als Bestandteil vieler Pflanzen in grossen Mengen an und könnte theoretisch als Ausgangsstoff für die Herstellung von Treibstoffen und Chemikalien genutzt werden. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben eine Methode entwickelt, mit der sich die Vorgänge bei der katalytischen Aufspaltung von Lignin im Detail beobachten lassen. Mit dem gewonnenen Wissen lassen sich die Herstellungsverfahren in Zukunft gezielter verbessern.
Quarzpulver für den Akku der Zukunft
Materialforschende des PSI haben eine Methode entwickelt, die entscheidende Einblicke in die Lade- und Entladeprozesse von Lithium-Schwefel-Akkus ermöglichen. Die Methode offenbarte zudem: Mit Quarzpulver als Akku-Zusatz steigt die darin verfügbare Energie und der allmählich eintretende Kapazitätsverlust fällt deutlich schwächer aus.
Mit Wasser wertvollen Rohstoff nutzbar machen
Bei der Förderung von Erdöl wird auch gasförmiges Methan frei, das meist einfach verbrannt wird, obwohl es eigentlich ein nützlicher Ausgangsstoff für Treibstoffe und Produkte der chemischen Industrie sein könnte. Ein Weg, das Methan nutzbar zu machen, besteht darin, es in Methanol umzuwandeln. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI und der ETH Zürich haben nun einen neuen chemischen Prozess entwickelt, mit dem sich diese Umwandlung effizient und mit geringem Aufwand umsetzen lässt.
Willkommen in Esiville
Eine neue Besucherstation am PSI erzählt die Geschichte einer Schweizer Stadt, die von einer herkömmlichen Energieversorgung auf eine Energieversorgung mit neuen erneuerbaren Energien umsteigt.
Wie die Schweiz 2050 ihren Strom beziehen könnte
Das Labor für Energiesystem-Analysen des Paul Scherrer Instituts PSI untersucht, wie die Schweizer Stromversorgung bis zum Jahr 2050 unter verschiedenen Bedingungen aussehen könnte. Auf Basis der Berechnungen können die Forschenden des Labors Aussagen über zukünftige Entwicklungen treffen und zum Beispiel bestimmen, wie sich eine ehrgeizige CO2-Einsparung mit möglichst niedrigen Kosten erreichen liesse.
Historisches Kupfer, gefangen im Eis
Wann die Kupferproduktion in Südamerika begann, war bislang unklar. Von den frühen Hochkulturen in Peru, Chile und Bolivien sind kaum Überlieferungen und Artefakte erhalten. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen (Schweiz) sind dem Geheimnis nun trotzdem auf die Spur gekommen. Durch die Analyse des Eises am Illimani-Gletscher in den bolivianischen Anden fanden sie heraus: In Südamerika wurde etwa ab dem Jahr 700 v. Chr. Kupfer gewonnen.
Höhere Methan-Ausbeute aus Bioabfällen
In den Schweizer Bioabfällen schlummert ein grosses Energiepotenzial. Denn aus ihnen lässt sich wertvolles Methan gewinnen, der Hauptbestandteil von Erdgas. Mit einer am PSI entwickelten Technologie könnte künftig die Methan-Ausbeute aus Bioabfällen deutlich gesteigert werden. Ein zusammen mit Energie 360° durchgeführter Langzeittest am Vergär- und Klärwerk Werdhölzli soll nun die Technologie auf ihrem Weg zur industriellen Anwendung weiter vorantreiben.
Nanotechnologie ermöglicht neue Einblicke in chemische Reaktionen
80 Prozent aller Produkte der chemischen Industrie werden mit Katalyse-Verfahren hergestellt. Auch in der Energieumwandlung und Abgasreinigung ist Katalyse unverzichtbar. Die Industrie probiert immer neue Substanzen und Anordnungen aus, die neue und bessere katalytische Verfahren ermöglichen können. Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI in Villigen und der ETH Zürich haben nun eine Methode entwickelt, die Genauigkeit solcher Versuche stark zu verbessern, was die Suche nach optimalen Lösungen beschleunigen dürfte.
Die Freiluft-Forscherin
Die Atmosphärenwissenschaftlerin Julia Schmale startet auf eine dreimonatige Schiffsexpedition rund um die Antarktis. Dort sucht sie nach der saubersten Luft, die es noch auf unserem Planeten gibt.
Simulationen für effizientere Kraftwerke
Für die Erzeugung von Elektrizität wird in den meisten Fällen Wasser erhitzt und in Dampf umgewandelt. Den Dampfblasen im Wasser kommt dabei eine entscheidende Rolle zu. Forschende des Paul Scherrer Instituts ist es gelungen, das Verhalten von Dampfblasen in einer Computersimulation darzustellen und berechenbarer zu machen.
Die Stoffe, die Wolken heller machen
Wolken bestehen aus winzigen Tröpfchen. Diese Tröpfchen bilden sich, wenn das Wasser an sogenannten Aerosolen kondensiert – an kleinen Partikeln in der Atmosphäre. Um besser zu verstehen, wie wiederum Aerosole entstehen, haben Forschende nun eine umfassende Computersimulation auf der Grundlage detaillierter experimenteller Daten erstellt. Diese Simulation zeigt, dass neben Schwefelsäure noch zwei weitere Substanzen entscheidend an der Bildung von Aerosolen beteiligt sind: organische Verbindungen und Ammoniak. Die Forschungsergebnisse wurden nun im renommierten Fachblatt Science veröffentlicht.
Flüssigsalzreaktoren – die Erforschung einer Möglichkeit
Am Paul Scherrer Institut PSI erforscht eine kleine Gruppe von Wissenschaftlern mittels theoretischen Modellen mögliche zukünftige Kernreaktoren: die sogenannten Flüssigsalzreaktoren. Dies hilft, die Expertise der Schweiz bei heutigen und zukünftigen globalen Fragestellungen im Bereich Kernenergie und Reaktorsicherheit zu sichern.
Erneuerbare Energien: Versuchsplattform ESI startet
Diesen Herbst ist es so weit: Die Energy-System-Integration-Plattform am Paul Scherrer Institut PSI nimmt ihren Betrieb auf. Im Rahmen der Doppeltagung „Vernetzte Energieforschung Schweiz“ wurde sie heute den Medien und rund 150 Vertretern aus Politik, Industrie und Wissenschaft vorgestellt.
Sonnen-Sprit
Trotz ihres grossen Potentials hat die Sonnenenergie noch ein Problem: Die Sonne scheint nicht immer und ihre Energie lässt sich schwer speichern. Forscher am Paul Scherrer Institut PSI und an der ETH Zürich haben nun erstmals einen chemischen Prozess vorgestellt, in dem die Wärmeenergie der Sonne genutzt werden kann, um aus Kohlendioxid und Wasser direkt hochenergetische Treibstoffe herzustellen. Hierfür haben sie eine neue Materialkombination aus Ceroxid und Rhodium entwickelt.
So halten Akkus länger und laden schneller
Forschende des PSI und der ETH Zürich haben ein sehr einfaches und kostengünstiges Verfahren entwickelt, um die Leistung herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus deutlich zu steigern. Ob Armbanduhr, Smartphone, Laptop oder Auto, für alle Anwendungsbereiche lassen sich so die Akkus optimieren. Demnach hält eine Ladung nicht nur deutlich länger, auch das Aufladen erfolgt schneller.
Aus Strom wird Gas wird Strom
Mit zunehmendem Ausbau der Photovoltaik- und Windkraftanlagen wird deren Integration in das bestehende Energiesystem zur Herausforderung. Auf der ESI-Plattform wird getestet, wie die Integration gelingen kann. Die Lösung: Überschüssige Energie wird in Form von Gas gespeichert.
Leistungsfähigere Katalysatoren für Gasautos
Fahrzeuge mit Gasantrieb sind im Kommen, und auch sie brauchen Abgaskatalysatoren. Während die Empa daran arbeitet, Gasmotoren und -katalysatoren zu optimieren, spezialisiert sich das PSI auf Untersuchungsmethoden, mit denen man die Vorgänge im Katalysator sehr genau beobachten kann. Für ihre Arbeiten haben die Forschenden am PSI nun eine universelle Messkammer entwickelt, in der der Katalysator mit verschiedenen Methoden unter immer den gleichen Bedingungen untersucht werden kann.
Heutige Messungen liefern Einsichten über Wolken in der Vergangenheit
Forschende haben gezeigt, wie sich aus natürlichen Substanzen Feinstaub in der Atmosphäre bilden kann. Die Ergebnisse werden unser Wissen über die Wolken vor Beginn der Industrialisierung verbessern und so zur genaueren Beschreibung der bisherigen und zukünftigen Klimaentwicklung beitragen.