Tanja Zimmermann : « Nous essayons de 'matérialiser' l'énergie »

Une idée simple, mais extrêmement exigeante sur le plan technique, constitue la base de la nouvelle initiative de recherche de l'EMPA intitulée « Exploiter l'atmosphère ».

Au lieu d’extraire le carbone du pétrole pour fabriquer des polymères plastiques, des médicaments, des fibres, des carburants et des produits similaires, on peut en effet penser à utiliser le CO2 présent depuis longtemps dans l’atmosphère.

Une solution pourrait être celle d'une sorte d'« aspirateur atmosphérique », grâce auquel on éliminerait l'excès de dioxyde de carbone du film de gaz qui enveloppe la planète Terre.

Pour limiter le changement climatique, nous devons compenser non seulement les émissions polluantes futures, mais aussi celles historiques, éventuellement en recyclant l’excédent de CO2.

La personne idéale avec qui explorer ce sujet est Tanja Zimmermann, directrice des Laboratoires fédéraux de science et technologie des matériaux, dont les bureaux sont situés à Thoune, Saint-Gall et Dübendorf en Suisse.

Née à Hambourg il y a cinquante-cinq ans, elle a pris ses nouvelles fonctions de PDG de l'EMPA le 2022er juin XNUMX : elle a succédé à Gian-Luca Bona, qui a dirigé l'important organisme de recherche suisse pendant près de treize ans.

Tanja Zimmermann a obtenu son doctorat àUniversité de la ville hanséatique en 2007 pour ses études spécifiques, qui ont servi de base à de nouvelles applications techniques de la cellulose.

Entre 2001 et 2012, il a créé le premier domaine de recherche sur les nanocomposites cellulosiques à l'EMPA et en Suisse. De 2011 à 2017, elle a également été responsable du laboratoire EMPA pour les matériaux appliqués en bois.

Depuis l'automne 2017, il est membre de la direction de l'institut et responsable du département Matériaux fonctionnels, qui compte environ 200 collaborateurs répartis dans six unités de recherche: elles traitent une multitude de matériaux, depuis ceux à base de bois et de cellulose jusqu'au ciment et à l'asphalte, des céramiques hautes performances aux fibres polymères, jusqu'aux composants pour applications énergétiques.

Parallèlement, il a pris la codirection du domaine de recherche Environnement bâti durable, dans lequel des sujets tels que l'économie circulaire, l'efficacité des ressources et la mise en œuvre efficace de la stratégie énergétique suisse jouent un rôle central.

Au cours des trois dernières années, il a également créé avec ses collègues un domaine d'étude pour la science des matériaux basé sur les ordinateurs et le Big Data et a fondé, en collaboration avec l'Imperial College de Londres, le Centre de robotique pour les matériaux et technologies de l'EMPA.

Tanja Zimmermann, directrice des Laboratoires fédéraux de science et technologie des matériaux, explique pourquoi il s'agit avant tout d'un problème "d'eau", ce qu'il faut absolument faire pour y remédier et ce qui peut être produit à partir du dioxyde de carbone, une serre typique gaz.

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Trouver des solutions à la crise climatique et utiliser l’atmosphère comme une sorte de « mine » pour extraire le CO2 et en produire des biens et matériaux précieux : ce n’est pas une mince affaire. N'avez-vous pas peur de ne pas pouvoir répondre aux attentes ?

« En effet, ce sont des problèmes urgents. Même si nous parvenons à atteindre le « zéro net » et à maîtriser la transition énergétique, il y aura encore trop de CO2 dans l'atmosphère, avec ses conséquences négatives associées, comme la fonte des glaciers et l'augmentation des phénomènes météorologiques extrêmes. Il est donc extrêmement important d’agir maintenant et de faire notre part. Je sens une grande motivation, surtout parmi nos jeunes chercheurs, pour travailler sur ces sujets importants. Donc le respect de la tâche que nous nous sommes donnée, absolument oui ; peur de ne pas pouvoir proposer de solutions, non ».

Et le Laboratoire fédéral pour la science et la technologie des matériaux et l'EAWAG peuvent-ils accomplir seuls cette tâche herculéenne ?

"Absolument oui. Je ne peux qu'être d'accord avec mes partenaires et collègues de l'EAWAG. C'est formidable de pouvoir collaborer avec l'Institut fédéral des sciences et technologies aquatiques d'une manière aussi simple et efficace. Le problème est si complexe que nous ne pouvons le résoudre qu’ensemble, c’est-à-dire avec toutes les institutions du secteur polytechnique fédéral, mais aussi en dehors de celui-ci, y compris au niveau international. Après tout, le problème ne s’arrête pas aux frontières. Nous devons également impliquer dès le début les décideurs de l’industrie, de l’administration publique et du monde politique afin de générer des solutions ayant un impact réel. Comme je l’ai dit au début, nous ne pensons pas petit.

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En raison de sa nature de laboratoire de technologie des matériaux, quel est le rôle de l'EMPA dans tout cela ?

« En ce qui concerne l'énergie durable, un paradoxe va se produire et nous devons le souligner : à l'avenir, avec le développement du photovoltaïque et d'autres solutions similaires, nous aurons un excès d'énergie en été, mais trop peu en hiver. Pour compenser cette situation, nous essayons de « matérialiser » l'énergie, c'est-à-dire de la convertir en vecteurs d'énergie chimique stockables, comme l'hydrogène ou le méthane, en utilisant le CO2 de l'atmosphère !

Ce qui nous amène à l’extraction de l’atmosphère…

"Exactement. Notre vision est de nous transformer d’une société émettrice de CO2 en une société liant le dioxyde de carbone grâce au développement de matériaux et de technologies appropriés. Et c'est une nécessité, je le souligne encore une fois, car même après la transition énergétique, nous devrons encore "nettoyer" l'atmosphère de la pollution au CO2 que nous avons provoquée au cours des deux cents dernières années pour éviter une nouvelle augmentation de la pollution atmosphérique. température".

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Quel est votre agenda approximatif ?

« Nous travaillons actuellement sur les différents 'piliers', sur les fondements, de notre concept : l'extraction du CO2, sa conversion chimique et enfin les technologies pour en produire des matériaux à haute valeur ajoutée, auxquels le carbone sera lié. à long terme. Les premiers projets de technologies à émissions négatives, telles que les matériaux isolants à base de biocharbon, sont déjà en cours à l'EMPA. (une matière carbonée obtenue par dégradation thermique, à la fois hétérogène et riche en systèmes aromatiques et minéraux, ndlr.) et des types de ciment qui absorbent le CO2 pendant le processus de consolidation plutôt que de le libérer. D’autres initiatives devraient démarrer l’année prochaine. Par exemple, j'aimerais moi-même lancer la thématique du bois, qui s'appuie sur mon parcours de chercheur. Les premières discussions entre les différentes parties intéressées sont en cours et c'est certainement très excitant."

À quelles questions spécifiques comptez-vous répondre ?

« L'EMPA se concentre sur le développement de matériaux innovants à base de carbone et de technologies associées, tout au long d'approches systémiques. Il y a par exemple à commencer par de nouveaux matériaux de construction à empreinte CO2 négative, des technologies de production innovantes pour produire ces derniers à l'échelle industrielle (mais aussi d'autres matières premières, par exemple pour l'industrie chimique), une méthanisation efficace et des catalyseurs pour le conversion du dioxyde de carbone et de l'hydrogène en méthane, ainsi que de nouveaux concepts pour « aspirer » le CO2 de l'atmosphère de la manière la plus efficace possible en termes d'énergie. Nous devons et considérerons de plus en plus tous les matériaux et processus dans leur cycle de vie complet, qui doit être circulaire plutôt que linéaire, lorsque cela est possible...".

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De nouvelles initiatives de recherche doivent également être financées. D'où viennent les fonds ?

«Nous financerons notre initiative avec le 'Startup Grant' que nous avons reçu du Conseil des écoles polytechniques fédérales et avec des fonds provenant de nos réserves, soit au total environ cinq millions de francs. Bien entendu, nous souhaitons également mobiliser des ressources supplémentaires auprès de tiers, tant auprès des organismes publics que de nos partenaires industriels. »

Beaucoup de choses sont faites actuellement dans ce domaine, par exemple par le biais de la Coalition pour l'énergie verte et le stockage (CGES) et les initiatives communes du Domaine des EPF. Ne font-ils pas tous la même chose ?

« Toutes ces initiatives sont importantes ! Le CGES, une activité majeure des deux écoles polytechniques fédérales de Zurich et de Lausanne en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer et l'EMPA, s'occupe du stockage d'énergie durable ou de la conversion, par exemple, de l'énergie solaire en vecteurs d'énergie chimiques comme l'hydrogène, le méthane ou le méthanol. , le processus dit Power-to-X. L'accent est ici mis sur les systèmes MégaWatt, c'est-à-dire le déploiement ou la montée en gamme à grande échelle de technologies existantes avec des partenaires industriels, comme celles développées dans la démarche connectée à notre démonstrateur de mobilité ou dans la plateforme. ESI (Intégration du système énergétique, éd.) du PSI lui-même. Bien qu'il y ait un certain chevauchement avec le projet « Mining the Atmosphere », nous pensons déjà au-delà de la transition énergétique et visons un tout nouveau système d'économie circulaire, basé sur des matériaux à bilan carbone négatif.»

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Pourquoi est-il important que la Suisse joue un rôle de pionnier dans ce domaine ?

«La Suisse reste un leader international en matière d'innovation, notamment grâce à de bonnes conditions-cadres. Nous sommes donc idéalement placés pour développer des technologies et des concepts dans le cadre d’initiatives en cours, puis les appliquer et les commercialiser. Et cela augmentera encore la compétitivité internationale de l'industrie suisse...".

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