Aperçu : Energie et climat
La recherche énergétique de l’Institut Paul Scherrer se concentre sur la recherche de procédés susceptibles d’être utilisés dans des technologies durables et sûres pour un approvisionnement en énergie si possible exempt d’émissions de CO2. Les points forts importants sont les énergies renouvelables et leur intégration dans le système énergétique suisse. Le PSI dirige le projet de recherche SURE – SUstainable and Resilient Energy for Switzerland – dans le cadre du nouveau programme d’encouragement SWEET (SWiss Energy research for the Energy Transition) de l’Office fédéral de l’énergie. A la plateforme ESI (Energy System Integration), la recherche et l’industrie peuvent tester des solutions prometteuses d’intégration d’énergies renouvelables, comme le solaire, l’éolien ou la biomasse, dans le système énergétique. Un autre point fort de ce domaine est l’utilisation sûre de l’énergie nucléaire. Ces activités sont complétées par des analyses d’évaluation globale des systèmes énergétiques. Le PSI mène également de la recherche climatique et environnementale sur les processus chimiques qui se jouent dans l’atmosphère.
Mise à disposition de vecteurs énergétiques durables
Les chercheurs du PSI travaillent sur des méthodes permettant de produire des carburants et des combustibles sans émissions de CO2. L'une des méthodes est l'utilisation de la biomasse - par exemple le bois, le purin ou les boues d'épuration. Les chercheurs du PSI développent des méthodes permettant de produire des combustibles à partir de la biomasse comme par exemple le gaz naturel synthétique, et travaillent à l'adaptation de ces méthodes à une utilisation à grande échelle. L'utilisation de la biomasse est neutre en CO2, parce que le CO2 généré lors de la combustion sera consommé par la biomasse lors de son renouvellement.
Conversion efficace des vecteurs énergétiques en énergie utile
L'efficacité globale es systèmes énergétiques peut être augmentée par l'utilisation d'accumulateurs, et ce surtout lorsque le système énergétique contient de grandes quantités d'énergies primaires durables, telles que le vent et le soleil, qui sont à tout moment disponibles tout moment. Le point fort du PSI est alors la caractérisation et le développement de matériaux, en particulier les accumulateurs lithium-ion. Ceux-ci joueront un rôle essentiel dans les futurs véhicules hybrides, électriques et ceux alimentés par piles à combustible. Le paramètre déterminant est la grande densité en énergie et puissance des ces accumulateurs.
La pile à combustible est un agrégat qui transforme l'hydrogène et l'oxygène en électricité et dont le seul déchet
est la vapeur d'eau. Le grand avantage de ce procédé est son rendement élevé, c'est-à-dire que l'hydrogène peut être converti en électricité avec un rendement allant de 40 à 60%. Par rapport au moteur à combustion, cela représente un rendement en moyenne trois fois plus élevé, ce qui permet une consommation réduite par un facteur trois.
Utilisation sûre de l'énergie nucléaire
Les travaux sur l'utilisation sûre de l'énergie nucléaire sont un élément important de la recherche énergétique au PSI. Améliorer les connaissances sur les processus se déroulant dans les centrales nucléaires existantes et futures, afin de contribuer ainsi à la sécurité de leur exploitation, représente l'un des points forts de la recherche. Dans ce but, les chercheurs du PSI examinent l'intégralité des processus lors du fonctionnement d'un réacteur, analysent en détail les processus au sein des barreaux de combustible, étudient les circuits de refroidissement à eau ou explorent les modifications des matériaux qui sont exposés pendant une longue période à de fortes doses de radiation dans les centrales nucléaires. Ces recherches se font d'une part dans le cadre d'expériences de grande envergure, et d'autre part de plus en plus par des simulations sur ordinateurs.
Élimination sûre des déchets radioactifs
Un autre aspect des recherches sur l'utilisation de l'énergie nucléaire au PSI est voué au stockage final en toute sécurité des déchets radioactifs. L'objectif des travaux effectués dans ce domaine est la question dans quelle mesure diverses formations géologiques conviennent à un stockage sûr et sur une echelle à longue durée des déchets radioactifs. Les chercheurs s'intéressent alors tant aux questions générales qu'à l'étude du contexte spécifiquement suisse.
Évaluation globale des systèmes énergétiques
Outre les recherches sur les différentes technologies énergétiques, les chercheurs du PSI se consacrent également à l'observation globale et à la comparaison des systèmes énergétiques nucléaires, fossiles et renouvelables: ainsi, ils analysent les structures et effets des systèmes énergétiques nationaux et internationaux pour mieux comprendre les rapports qui existent entre l'énergie, l'économie, l'environnement et la technique, ou étudient différentes options pour l'approvisionnement en énergie. Les indicateurs recueillis dans ce cadre – ce qui représente un aspect parmi tant d'autres – doivent en énergie, les gouvernements et les organisations non gouvernementales lors de la prise de décision, par exemple lorsqu'il s'agit de trouver le mix énergétique du futur. Les autres thèmes abordés sont les analyses de sécurité et l'étude des facteurs d'influence de l'intervention de l'homme dans le système énergétique.
Effets de la consommation d'énergie sur l'atmosphère et le climat
Au PSI, la recherche environnementale porte essentiellement sur la composition atmosphérique et sur les processus qui déterminent cette composition. Dans ce but, les chercheurs étudient par exemple l'atmosphère au dessus des Alpes (sur le Jungfraujoch), et en particulier l'influence de l'homme sur la composition de l'atmosphère. Un autre exemple est celui des carottes de glace extraites dans diverses régions du globe et qui permettent de déterminer la composition de l'atmosphère dans le passé lointain – des informations qui permettent en partie de tirer des conclusions sur l'évolution du climat dans le passé. Un troisième point fort est la formation de poussières fines, dont la valeur seuil est souvent dépassée, et ce surtout pendant les mois d'hiver.