Energie und Umwelt by Paul Scherrer Institut

Energie und Umwelt

Forschung am Paul Scherrer Institut

Die Versuchsplattform ESI – kurz für Energy System Integration – des Paul Scherrer Instituts testet erneuerbare Energiealternativen in ihrem komplexen Zusammenspiel miteinander.

Inhalt 4

Energie − Treibstoff des Lebens

Gut und lange geladen

«Wir arbeiten beide im Kontext der Energiestrategie 2050»

Die Atmosphäre im Blick

Hoch oben

Dicke Luft in Delhi

Vom Grossen zum Kleinen

Umwelt mobil

Der Kern der Dinge

Wie ein Schwamm für Wasserstoff

Simulationen machen Kernanlagen

Eine Plattform – viele Energiesysteme Die Energy-SystemIntegration-Plattform ESI

Energie in Gas speichern

Gewinnung von Wasserstoff

Methanisierung

Weissbuch Power-to-X

Wertvoller Wasserstoff

Saubere Energie dank Brennstoffzelle

Die Möglichmacher

Saubere Abgase dank Schwammstruktur

Weg vom «schmutzigen Diesel»

Wasser spalten

Grüne Treibstoffe für den Flugverkehr

Molekulare Helfer

sicherer 25

Mit Sicherheit eingeschlossen

Eine Zukunftsfrage

Hotlabor: Wissen aus den heissen Zellen

Energiesysteme: Der Blick für das Ganze

Energiemix der Zukunft

Mobilität von morgen

Das PSI in Kürze

Impressum

Kontakte

Umschlagbild Brennstoffzellenforschung am PSI 3

Energie − Treibstoff des Lebens Wie man Energie nachhaltig gewinnt

• Sichere Nutzung der Kernenergie

und speichert, ist eine entscheidende

• Sichere Entsorgung radioaktiver

Zukunftsfrage für jede Gesellschaft. Die Forschung des PSI hilft dabei, heute Antworten auf diese Fragen von morgen zu finden.

Abfälle • Ganzheitliche Bewertung von Energiesystemen • Auswirkungen von Energienutzung auf Klima und Atmosphäre

Jedes Lebewesen benötigt Energie in Form von Nahrung. Der Mensch konsu-

Ziel der PSI-Forschenden ist es, bei

miert über Nahrung hinaus aber noch

Energiegewinnung, Energienutzung,

weitaus grössere Mengen an Energie:

Energiespeicherung und bei deren Um-

in privaten Haushalten, der Wirtschaft

weltauswirkungen eine möglichst hohe

und für die Mobilität. Würde man den

Effizienz bei gleichzeitiger Schonung

weltweiten Primärenergiebedarf aus-

der Ressourcen zu erreichen. Dazu ist

schliesslich mit Erdöl decken, dann

es notwendig, die eingesetzten Mate-

bräuchte man dafür mehr als 135 Bil

rialien und ihr Verhalten unter den ver-

lionen Tonnen. Die Schweiz benötigte

schiedenen Einsatzbedingungen genau

davon über 26 Millionen Tonnen oder

zu kennen.

knapp 0,2 Prozent.

Die Forschungsinfrastruktur des PSI bietet dafür ideale Voraussetzungen.

Energie tritt in unterschiedlichen For-

Die Grossforschungseinrichtungen wie

men auf, zum Beispiel:

die Synchrotron Lichtquelle Schweiz

• als elektrische Energie

SLS, der Freie-Elektronen-Röntgenlaser

in Form von Strom

SwissFEL, die Schweizer Spallations-

• als thermische Energie

Neutronenquelle SINQ, die Schweizer

in Form von Wärme

Forschungsinfrastruktur für Teilchen-

• als kinetische Energie

physik CHRISP und die Schweizer

in Form von Bewegung

Myonenquelle SμS erlauben tiefe Einblicke in die allerkleinsten Strukturen

Die verschiedenen Energieformen las-

von Materialien. Auch die Energy-

sen sich ineinander umwandeln. PSI-

System-Integration-Plattform, kurz ESI,

Forschende arbeiten daran, möglichst

das Hotlabor und neue leistungsfähige

effiziente Verfahren zu entwickeln, um

Grossrechner helfen den Forschenden

Energie zu erzeugen, zu speichern und

des PSI dabei, entscheidende Fort-

umzuwandeln.

schritte bei der Sicherung einer nach-

Dabei konzentrieren sie sich auf fol-

haltigen Energieversorgung zu erzielen.

gende Bereiche:

Neben der physikalischen und chemi-

• Erforschung nachhaltiger Energie-

schen Erforschung von Stoffen und

quellen, zum Beispiel Biomasse

Verfahren hat die Modellierung von

• Effiziente Umwandlung von Ener-

neuen Materialien und die Simulation

gieträgern zur Speicherung und

von Energiesystemen grosse Bedeu-

Wiedergewinnung von Energie für

tung.

Wärme, Strom, Mobilität 4

Energie nachhaltig gewinnen, umwandeln und speichern – ein Forschungsziel für heute und morgen

«Wir arbeiten beide im Kontext der Energiestrategie 2050» Zur Person Andreas Pautz (links, Jahrgang 1969) leitet seit 2016 den Forschungsbereich Nukleare Energie und Sicherheit (NES) am PSI und ist Professor für Kerntechnik an der EPFL in Lausanne. Er studierte Physik an den Universitäten Hannover und Manchester und promovierte in Kerntechnik an der TU München. Thomas Justus Schmidt (Jahrgang 1970) ist seit Januar 2018 Leiter des Forschungsbereichs Energie und Umwelt (ENE) des PSI. Er studierte Chemie an der Universität Ulm, wo er auf dem Gebiet der Elektrokatalyse von Brennstoffzellenreaktionen promovierte. Er ist zudem Professor für Elektrochemie an der ETH Zürich.

Herr Schmidt, Sie leiten am PSI den

Erneuerbaren und wir bei der Frage, wie

gehend zu vermeiden und Kosten zu

Forschungsbereich «Energie und Um-

man die Kernkraftwerke in der Schweiz

minimieren. Wir sehen das aus wissen-

welt», Herr Pautz, Sie stehen dem Be-

sicher bis in die 2040er-Jahre – und

schaftlicher Perspektive; das ist keine

reich «Nukleare Energie und Sicher-

möglicherweise sogar weit darüber hi-

politische Diskussion, die wir führen.

heit» vor. Was unterscheidet Ihre

naus – betreibt und wie man schliess-

Mit dem Beschluss, die Laufzeit der

Forschung, was hat sie gemein?

lich die radioaktiven Abfälle entsorgt.

bestehenden Kernkraftwerke nicht zu

Schmidt: Der Bereich «Energie und

Wir leisten unseren Beitrag dazu, dass

begrenzen, sind diese zu einem Teil der

Umwelt» erforscht die Gewinnung von

das unter maximaler Sicherheit ge-

Energiestrategie geworden. Es gibt in

Energie aus erneuerbaren Quellen, de-

schieht und wir unserer Nachwelt mög-

der Schweiz übrigens keinen anderen

ren Umwandlung, Speicherung und die

lichst wenige Altlasten hinterlassen.

Forschungsstandort, an dem so viel

Frage, welche Konsequenzen die Nutzung der Energie durch den Menschen

Das heisst, Sie beide sehen sich nicht

am PSI, also mit so vielen Mitarbeiten-

auf Umwelt und Atmosphäre hat. Mit

als Gegenspieler, indem Sie unter-

den auf einem so engen räumlichen

der Nuklearenergie beschäftigen wir

schiedliche Energiequellen vertreten?

Umfeld.

uns hingegen nicht.

Energieforschung betrieben wird wie

Schmidt: Nein. Wir arbeiten eng

Pautz: Das ist unser Spezialgebiet.

zusammen und müssen dabei die Zeit

Arbeiten Sie auch an gemeinsamen

Gemeinsamkeit ist, dass wir beide im-

skalen im Auge behalten, wenn eine

Projekten?

mer im Kontext zur Energiestrategie

Technologie potenziell durch eine an-

2050 der Schweiz arbeiten. Wir haben

dere abgelöst wird.

Pautz: Sicher, beispielsweise im Projekt SURE. Dabei untersuchen wir,

beide in dieser Übergangsphase wich-

Pautz: Richtig, es geht um das op-

wie wir in den nächsten Jahren eine

tige Aufgaben zu erfüllen, der Bereich

timale Zusammenspiel mit dem Ziel,

sichere und resiliente Energieversor-

«Energie und Umwelt» auf der Seite der

mögliche Umweltbelastungen weitest-

gung für die Schweiz aufbauen können.

Die Forschungsbereiche im Vergleich Energie und Umwelt (ENE)

Nukleare Energie und Sicherheit (NES) Mitarbeitende

220

190 Doktoranden

Das umfasst viel mehr als nur eine

CO2-Minimierung, sondern auch Aspekte wie Versorgungssicherheit, Netz-

Industrie-Drittmittel

stabilität, Abwehr von externen und

2 Mio. CHF

10 Mio. CHF

internen Gefahren. Schmidt: Wir betreiben diese For-

Wissenschaftliche Publikationen/Jahr

schung in einem gemeinsamen PSI-

275

250

Labor, dem Labor für Energiesystemanalysen. Das ist spezialisiert auf solche

Betriebene Anlagen

ganzheitlichen Betrachtungen des kom-

pletten Energiesystems. Transport, Industrie, Privathaushalte, Stromerzeugung, das fliesst dort alles zusammen.

rinnen und Schweizer werden. Aber wir

Schmidt: Wir haben unter anderem

haben international einen sehr guten

unsere Aktivitäten bei der Verbren-

Brauchen Diskussionen über die Ener-

Ruf, und daher genug Nachfrage. Ge-

nungsforschung reduziert. Das war

giewende und darüber, wie wir sie

meinsam mit der EPF Lausanne und der

zwar ein wichtiges Thema, ist aber nicht

bewerkstelligen können, mehr wissen-

ETH Zürich bieten wir zum Beispiel den

mehr zukunftsorientiert. Dafür haben

schaftliche Objektivität?

Masterstudiengang Nuclear Enginee-

wir andere Themen aufgenommen,

Pautz: Versachlichung der Energie-

ring an. Den beginnen jedes Jahr zwi-

etwa die Wasserstofferzeugung. Wich-

debatte würde extrem helfen. Man

schen 10 und 15 neue Studierende,

tiger geworden ist auch die Frage, wie

sollte einfach klug abwägen, ange-

aktuell sogar über 20. Das zeigt, dass

sich die Energienutzung auf unsere

sichts der Tatsachen, die wir heute

Kernenergie international kein Auslauf-

Umgebung auswirkt. Zum Beispiel:

haben, beispielsweise bezüglich Klima

modell ist.

Welchen Einfluss haben Aerosole auf

oder Versorgungssicherheit. Es muss

die menschliche Gesundheit?

ein evaluierender Denkprozess zu-

Hören Sie oft den Vorwurf: «Die Schweiz

Pautz: Bei uns steht der Langzeit-

stande kommen.

will doch aus der Kernenergie ausstei-

betrieb der Kernanlagen auf der Agenda

gen, warum forscht das PSI dann noch

sowie die Endlagerung und der Rück-

daran?»

bau der Anlagen. Seit klar ist, dass die

Schmidt: Das zeigt auch, wie wichtig der holistische Ansatz ist, den wir am PSI verfolgen, um das Energiesys-

Pautz: Kaum. Dass man Fachleute

Schweiz aus der Kernenergie ausstei-

tem als Ganzes zu verstehen. Dieser

für mindestens die nächsten 25 Jahre

gen wird, haben wir Aktivitäten einge-

Ansatz wird nicht an vielen Orten auf

benötigt, ist unbestritten, alleine schon

stellt, die für Anlagenneubauten in der

der Welt verfolgt.

für die Entsorgungsproblematik. Die

Schweiz nötig gewesen wären, zum

Notwendigkeit, die nuklearen Kompe-

Beispiel die Entwicklung von neuen

Haben Sie Schwierigkeiten, in Ihrem

tenzen in der Schweiz zu erhalten, wird

Brennstoffen. Untersuchungen zu

Bereich Nachwuchs zu finden?

auch politisch kaum noch in Frage ge-

neuen Sicherheitssystemen beobach-

Schmidt: Nein. Es hilft, dass wir

stellt. Die Schweiz soll in puncto Kern-

ten wir nur noch am Rande. Was ich in

sehr international aufgestellt sind. In

technik auch weiterhin international

Zukunft gerne vorantreiben würde, ist

dem Bereich «Energie und Umwelt»

mitreden können und über tiefgehendes

eine verstärkte Internationalisierung

arbeiten Menschen aus etwa 45 Natio

kerntechnisches Know-how verfügen.

bei den Industrie- und Forschungs-

nen.

kooperationen. Die internationale Aus-

Pautz: Das kann ich auch für mei-

Was hat sich in den letzten Jahren in

strahlung, die die Kernenergiefor-

nen Bereich bestätigen, auch wenn es

Ihrem Forschungsbereich verändert

schung am PSI hat, wollen wir weiter

tatsächlich immer weniger Schweize-

und was erwarten Sie für die Zukunft?

ausspielen. 7

Eine Plattform – viele Energiesysteme Weltweit befinden sich die Energiesysteme im Umbau. Vermehrt wird dabei auf die sogenannten neuen erneuerbaren Energieträger gesetzt: Das sind Sonne, Wind und Biomasse. Auch in der Schweiz steigt ihr Anteil an der Energieversorgung und soll dies auch weiterhin tun. Um die Effizienz zu steigern, ist die Erforschung und Entwicklung neuer Materialien und Verfahren notwendig − sowohl bei der Gewinnung von Energie aus erneuerbaren Quellen als auch bei deren Verteilung und Nutzung. Das PSI bietet mit seiner Energy-System-Integration-Plattform eine einmalige Kombination verschiedener Energiesysteme an einem Ort und dadurch exzellente Möglichkeiten, Verfahren zu erforschen, um Energie effizient zu gewinnen, zu speichern und umzuwandeln. Ziel ist es, in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Forschung und Industrie verschiedene Varianten der Energiespeicherung (siehe auch Energie in Gas speichern, Seite 12f.) und der energieeffizienten Nutzung von Biomasse auf ihre technische und wirtschaftliche Machbarkeit hin zu untersuchen und weiterzuentwickeln. So wurde mithilfe der ESI-Plattform ein Verfahren entwickelt, mit dem sich wesentlich mehr Methan aus Biomasse, zum Beispiel aus Bioabfällen von Haushalten, erzeugen lässt. Methan ist der Hauptbestandteil von herkömmlichem Erdgas und somit ein bewährter Energieträger. Üblicherweise entsteht Methan aus Bioabfällen durch mikrobielle Prozesse, durch sogenannte Vergärung. Dabei entwickeln sich aber auch grosse Mengen Kohlendioxid. Das Gemisch 8

Die ESI-Plattform erforscht, wie überschüssige erneuerbare Energie aus Wind und Sonne gespeichert und bei Bedarf wieder verfügbar gemacht werden kann. Die einzelnen Elemente der ESI-Plattform sind in Containern untergebracht, damit man sie flexibel vor Ort einsetzen kann.

aus beiden Gasen, das Rohbiogas, be-

Die Möglichmacher, Seite 16f.). Das im

dustriellen Massstab sehr gut eignet.

steht zu 60 Prozent aus Methan und zu

Rohbiogas enthaltene Kohlendioxid

Das neue Verfahren zur effizienten Me-

40 Prozent aus Kohlendioxid. Letzteres

wird nahezu vollständig zu Methan

thangewinnung aus Biomasse beein-

wird in der Regel aufwendig vom Me-

umgewandelt. Das resultierende End-

druckte selbst die Experten des Bun-

than getrennt und nicht weiter verwer-

produkt ist so hochwertig und gleicht

desamts für Energie. Sie zeichneten

tet.

handelsüblichem Erdgas so sehr, dass

das PSI und Energie 360° für diesen

Den Forschenden des PSI ist es gelun-

es direkt in das Gasnetz eingespeist

wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen

gen, dieses Kohlendioxid durch Zugabe

werden kann.

Energieversorgung mit dem Schweizer

von Wasserstoff direkt in das Rohbio-

In einem Gemeinschaftsprojekt mit

Energiepreis Watt d’Or aus und kürten

gas nun auch noch in Methan umzu-

dem Zürcher Versorgungsunternehmen

beide gemeinsam zum Sieger in der

wandeln. Dazu benötigen sie unter

Energie 360° testeten die PSI-Forschen-

Sparte Erneuerbare Energien.

anderem sogenannte Katalysatoren −

den ihre Entwicklung unter realen Be-

Substanzen, die die Umwandlung von

dingungen. Mit der mobilen Anlage

einer chemischen Verbindung in eine

Cosyma, in der die Umwandlung von

andere erst möglich machen, sodass

Wasserstoff und Kohlendioxid zu Me-

sich Wasserstoff und Kohlendioxid mit-

than abläuft, zeigten sie, dass das neue

einander zu Methan verbinden (siehe:

Verfahren sich für den Einsatz im in-

Vereint im Dienste der Energieforschung Im Projekt ReMaP unter Federführung der ETH Zürich wird die ESI-Plattform mit den Demonstratoren der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) virtuell zusammengeschaltet. Gemeinsam mit den Plattformen NEST (zukünftige Gebäude), move (zukünftige Mobilität) und ehub (Energienetze auf Quartierebene) der Empa bietet die ESI-Plattform eine einmalige Versuchsanordnung für Forschung und Industrie, um das Wissen und die technischen Grundlagen für die Energiesysteme der Zukunft zu entwickeln.

Die Energy-SystemIntegration-Plattform ESI 1

Minigasturbine

Die Gasturbine im Miniformat wandelt Methan in Strom und Wärme um. Das ermöglicht es, Strom zu gewinnen, wenn der Wind gerade nicht weht und die Sonne gerade nicht scheint. An der Minigasturbine untersuchen die Forschenden, wie viel Wasserstoff sie dem Methan beisetzen können, damit die Umwandlung noch sicher und effizient geschieht. Denn Wasserstoff lässt sich leicht gewinnen, verbrennt schnell und könnte dabei helfen, auf schnelle Last änderungen zu reagieren.

GanyMeth

In diesem Reaktor entsteht Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid. Das Produkt wird auch Synthetic Natural Gas (SNG) genannt. Die Reaktion findet in einem Wirbelschichtreaktor mithilfe von Katalysatoren statt (siehe: Die Möglichmacher, Seite 16f.). In dem Reaktor werden Feststoffpartikel, bestückt mit einem Katalysator, durch eine aufwärtsgerichtete Gasströmung ständig durcheinandergewirbelt, sodass eine gute Durchmischung entsteht, an der die Reaktion stattfinden kann.

HydroPilot

In einer Pilotanlage erforscht das PSI die hydrothermale Vergasung von nasser Biomasse mit überkritischem Wasser. Dabei werden Abfälle mit hohem Wasseranteil wie Klärschlamm, Kaffeesatz und Gülle einem hohen Druck und einer hohen Temperatur ausgesetzt. Dadurch entsteht aus den Abfällen ein hochwertiges Gas, ähnlich dem Biogas. In dem Projekt werden ähnliche Vorgänge untersucht wie an Konti-C, allerdings in grösserem Massstab, um industrieähnlichere Bedingungen zu simulieren.

Gas-Tanks

Wasserstofftank (4) Kohlendioxidtank (5) Sauerstofftank (6)

Elektrolyseur

Aus Wasser entsteht mithilfe von Strom Wasserstoff und Sauerstoff.

7 8 6 9

Leitungen n Biogene Masse n Kohlendioxid (CO2) n Wasserstoff (H2) n Sauerstoff (O2) n Strom n (Synthetisch rohes) Biomethan n Wasser (H2O) n Luft n Nasse Biomasse

Cosyma

Rohbiogas aus einer Biogas anlage enthält nur etwa 60 Prozent Methan, der Rest ist Kohlendioxid. Die Test anlage Cosyma (Containerbased System for Methanation) verarbeitet das Rohbiogas weiter, indem sie Wasserstoff zuführt, das mit dem Kohlendioxid reagiert. So erhöht sich die Methan ausbeute. Der Prozess nennt sich Direktmethanisierung.

Konti-C

Die Versuchsanlage untersucht, wie sich aus nasser Biomasse – Gülle, Klärschlamm oder Algen – Energie gewinnen lässt. Bei hohen Temperaturen und Drücken wird die Biomasse in synthe tisches Biogas, also Methan, umgewandelt. Das hat den Vorteil, dass die Biomasse zuvor nicht getrocknet werden muss, denn dieser Vorgang benötigt viel Energie und macht eine Verarbeitung wirtschaftlich oft unrentabel.

10 Kontrollraum und Besucherplattform

11 Gasreinigung/ Gastrocknung

Hier werden Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Elektrolyseur getrocknet und gereinigt, um dann in Speichertanks gepumpt zu werden.

Brennstoffzelle

Die Brennstoffzelle erzeugt Strom aus Wasserstoff und Sauerstoff. Dabei entsteht Wasser. Da ein Brennstoff zellensystem alleine zu wenig Strom erzeugt, sind in diesem Container vier Systeme aus je 236 Einzelzellen zusammengeschaltet. So wird eine industrielle Umgebung simuliert.

Energie in Gas speichern Ein Problem bei Wind- und Solarkraft

ihre direkten Treibhausgasemissionen

ist, dass ihre Quellen nicht immer

drastisch zu reduzieren. Gemäss der

gleichmässig zur Verfügung stehen.

Energiestrategie 2050 will sie den Aus-

Wenn genügend Wind weht, produzie-

stoss von Treibhausgasen bis 2030 im

ren Windkraftanlagen ausreichend

Vergleich zu 1990 um 50 Prozent ver-

Strom; bei Flaute versiegt diese Quelle.

ringern, bis 2050 bis zu 85 Prozent.

Auch die Einstrahlung des Sonnen-

Nach 2050 soll die Energieversorgung

lichts ändert sich nicht nur im Tag-

in der Schweiz vollkommen klimaneu-

Nacht-Rhythmus, sondern auch wetter-

tral erfolgen. Um dieses Ziel zu errei-

abhängig und saisonal.

chen, kommt den neuen erneuerbaren

Eine zuverlässige Energieversorgung

Energien, also Biomasse, Wind- und

braucht deshalb effektive Energiespei-

Solarkraft, eine entscheidende Bedeu-

cher: Sie konservieren die Energie, die

tung zu – und der Frage, wie man die

in produktionsstarken Phasen gewon-

produzierte Energie speichern kann.

nen wurde, und geben sie ab, wenn gerade Windstille herrscht oder die

Schwankende Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien H2

ELEKTROLYSE

Wasserstoff

+ Anode

e– e–

Sauerstoff

e– H+

H+

e–

Bei der Proton-Exchange-MembraneElektrolyse (PEMEL) führt elektrischer Strom dazu, dass sich Wasser an der sogenannten Anode in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Zunächst entstehen Sauerstoff und positiv geladene Wasserstoff-Ionen (Protonen). Diese wandern durch die nur für sie durchlässige Membran und vereinigen sich an der Kathode mit Elektronen zu gasförmigem Wasserstoff.

METHANISIERUNG

CH4

H2 H2

Stromzufuhr Kathode –

Membran

Die Schweiz hat sich das Ziel gesetzt,

Sonne nicht ausreichend scheint. Ein Erdgasnetz

Gasspeicher

Verfahren, das dabei zum Einsatz kommt, heisst Power-to-Gas. Dabei werden mit elektrischem Strom, zum Beispiel aus Wind- oder Sonnenener-

Industrielle Nutzung

Mobilität

Stromerzeugung

Wärmeversorgung

gie, Gase wie Wasserstoff oder Methan erzeugt. Diese Gase dienen als Energiespeicher und speisen bei Bedarf ihren Energieinhalt wieder in die Ener-

Mit Wasserstoff lassen sich beispielsweise Fahrzeuge mit einer Brennstoffzelle betreiben (siehe Seite 15). Das Gas lässt sich auch in das Erdgasnetz einspeisen. Die Industrie wiederum kann es verwenden, um ihre Produktionsprozesse aufrechtzuerhalten: Wasserstoff ist ein wichtiger Rohstoff, etwa bei der Herstellung von Stickstoffdünger in der chemischen Industrie oder beim «Aufbrechen» (Cracken) von Kohlenwasserstoffen in Erdölraffinerien.

gieversorgung zurück.

Gewinnung von Wasserstoff Wasserstoff entsteht unter anderem durch die Elektrolyse von Wasser. Im Prinzip wird dabei Strom in Wasser

geleitet, das sich daraufhin in seine

Methan erzeugt, der Hauptbestandteil

neues Verfahren dafür entwickelt und

Bestandteile Wasserstoff und Sauer-

von herkömmlichem Erdgas.

so erreicht, dass sich aus Biogas aus

stoff zerlegt. Für die Elektrolyse existie-

Ein Spezialfall der Methanisierung ist

Bioabfällen bis zu 60 Prozent mehr

ren unterschiedliche Verfahren. Das PSI

die sogenannte Direktmethanisierung.

Bio-Methan gewinnen lässt (siehe:

wendet die Protonen-Austausch-Mem-

Dabei wird der Wasserstoff nicht mit

Eine Plattform – viele Energiesysteme,

bran-Elektrolyse an (Proton Exchange

reinem Kohlendioxid zusammenge-

Seite 8f). Die höhere Methanausbeute

Membrane Electrolysis, PEMEL, siehe

bracht, sondern mit Biogas, das bereits

schont damit Ressourcen und die Um-

Seite 12).

zu einem guten Teil aus Methan be-

welt.

steht, aber noch einen vergleichsweise

Sowohl bei der Gewinnung von Was-

hohen Anteil an Kohlendioxid enthält.

serstoff als auch bei der Methanisie-

Auch direkt in diesem Gasgemisch

rung kommen Hilfssubstanzen zum

lässt sich aus Kohlendioxid mit Was-

Einsatz, die die Reaktionen überhaupt

Eine weitere Möglichkeit, Energie in

serstoffzugabe zusätzliches Methan

erst ermöglichen. Es handelt sich um

Gas zwischenzulagern, ist die soge-

erzeugen und so der Methangehalt im

sogenannte Katalysatoren, die am PSI

nannte Methanisierung. Dabei wird aus

Biogas deutlich erhöhen, bis zur Erd-

ebenfalls intensiv erforscht werden

Wasserstoff und Kohlendioxid das Gas

gasqualität. PSI-Forschende haben ein

(siehe Seite 16f.).

Methanisierung

Weissbuch Power-to-X Wissenschaftler des PSI haben gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen von sechs Schweizer Hochschulen und Forschungsinstitutionen umfangreiche Informationen zu verschiedenen Aspekten von Power-to-X-Technologien zusammengetragen. So werden Technologien bezeichnet, mit denen Energie in Zeiten eines Überangebots von elektrischem Strom in anderen Energieformen, zum Beispiel chemischen Energieträgern, gespeichert werden. Unter anderem haben die Forschenden in einem Weissbuch zusammengefasst, welches Potenzial Power-to-X-Verfahren für die Energiestrategie 2050 haben, vor welchen Herausforderungen die Technologie steht und welche Schlüsselfaktoren eine Verbreitung begünstigen. In Auftrag gegeben hat das Weissbuch die Eidgenössische Energieforschungskommission (CORE), erstellt haben es die Partner des Swiss Competence Center for Energy Research (SCCER) Heat and Electricity Storage, Biosweet, Crest, Furies und Mobility, und finanziert haben es die Schweizerische Agentur für Innovationsförderung Innosuisse sowie das Bundesamt für Energie (BFE). Ein Fazit: Die Beiträge, die Power-to-X in einzelnen Energiesektoren wie Verkehr, Heizung oder durch die Rückverstromung leisten kann, sind sehr unterschiedlich. So ist die erneute Gewinnung von Strom aus Energieträgern wie Wasserstoff oder Methan, die mit Power-to-X-Verfahren erzeugt wurden, derzeit noch sehr teuer. Die Kosten für solche − auch Power-to-Power genannten − Verfahren könnten aber durch Technikfortschritte und durch zunehmende Erfahrung im Umgang mit diesen Technologien bis 2030 um bis zu zwei Drittel sinken. Kraft- und Brennstoffe, die mit Strom aus erneuerbaren Energien in Power-to-X-Verfahren entstehen, können fossile Energieträger wie Heizöl, Erdgas, Benzin und Diesel ersetzen und somit helfen, Kohlendioxid-Emissionen zu reduzieren. Wirtschaftlich wird dies aber nur sein, wenn entsprechende umweltpolitische Anreizmechanismen zum Tragen kommen. Download «Power-to-X: Perspektiven in der Schweiz» unter https://bit.ly/3gHAjWu

Wertvoller Wasserstoff Wasserstoff ist das häufigste Element

than, was die Effizienz der gesamten

sehr schnell verbrennt, könnte die

im Universum. Auf der Erde spielt er

Umwandlungskette steigert und viel-

Turbine mit mehr Wasserstoff im Brenn-

eine bedeutende Rolle für das Leben

fältige Speicheroptionen eröffnet. Un-

gasgemisch vielleicht sogar besser auf

und den Energiekreislauf in der Natur.

tersuchungen mit Gasbrennern haben

schnelle Laständerungen ansprechen,

Im Energiesystem der Zukunft entsteht

gezeigt, dass man Methan bis zu 20

hoffen die Wissenschaftler. Dass Gas-

er in Power-to-Gas-Verfahren, treibt

oder gar 30 Prozent Wasserstoff zuset-

netze für hohe Wasserstoffanteile fit

Brennstoffzellen an oder lässt sich in

zen kann, ohne dass die Gasbrenner

gemacht werden können, zeigt ein Blick

das vorhandene Erdgasnetz einspei-

durch lokale Überhitzung Schaden

in die Vergangenheit: Noch bis vor rund

sen.

nehmen. Deshalb wollen die PSI-For-

50 Jahren war Stadtgas in der Schweiz

schenden herausfinden, ob auch die

weit verbreitet und enthielt bis zu

Ins Erdgasnetz eingespeist wird Was-

kleine Gasturbine so viel Wasserstoff

50 Prozent Wasserstoff.

serstoff bereits jetzt, allerdings in ei-

verträgt und wie sie bei einem höheren

nem sehr geringen Anteil. Über einen

Wasserstoffanteil auf kurzfristig nach-

weiteren Schritt kann Wasserstoff auch

gefragte Lastspitzen reagiert. Da Was-

zu Methan – dem Hauptbestandteil von

serstoff sehr reaktionsfreudig ist und

Erdgas – umgewandelt werden. PSI-Forschende prüfen jetzt an einer Minigasturbine, wie sich der Wasserstoffanteil im Erdgasgemisch erhöhen lässt. Die Anlage ist in ihrem Gehäuse nicht grösser als ein Kleiderschrank und liefert eine elektrische Leistung von 100 Kilowatt. Damit könnte man den Leistungsbedarf eines kleinen Quartiers mit etwa fünf bis sieben Einfamilienhäusern abdecken – passend zum Trend, die Stromversorgung zu dezentralisieren. Die Minigasturbine ist ein kommerzielles Produkt und eine typische Anlage zur Wärme-Kraft-Kopplung, wie sie in Hotelanlagen, Wohnsiedlungen und auf Campingplätzen zum Einsatz kommen kann, um die dortige Infrastruktur mit Strom und Wärme zu versorgen. Wasserstoff lässt sich in Zukunft umweltfreundlich mithilfe der Elektrolyse gewinnen (siehe Seite 12), wenn genügend Strom aus neuen erneuerbaren Energien zur Verfügung steht. Wenn sich mehr Wasserstoff im Erdgas verwenden lässt, entfällt der Umwandlungsschritt von Wasserstoff zu Me14

Die Minigasturbine ist Teil der ESI-Plattform und wandelt Methan in Strom und Wärme um. PSI-Forschende prüfen an ihr, wie sich der Wasserstoffanteil im Erdgasgemisch erhöhen lässt.

Saubere Energie dank Brennstoffzelle So kann beispielsweise Wasser, das Abfallprodukt aus der Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff, für Brennstoffzellenantriebe in der Praxis ein Problem darstellen. In kälteren Klimaregionen kann das Wasser nämlich bei abgeschaltetem Antrieb gefrieren und die Funktion der Brennstoffzellen beeinträchtigen. PSI-Forschende haben deshalb mithilfe der Spallations-Neutronenquelle SINQ die Verteilung von Eis und Wasser in einer Brennstoffzelle direkt abgebildet. Ebenso überprüften sie, wie ein speziell entwickeltes Material das entstehende Wasser besser ableitet. Mithilfe der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS untersuchten PSI-Forschende ausserdem, wie die PolymerWenn wir atmen, nehmen wir Sauer-

-beschleuniger – durchführen, welche

elektrolytmembran einer Brennstoffzelle

stoff in unseren Körper auf. Das lebens-

einzigartige Einblicke in das Innere der

verschleisst. Das bessere Verständnis

wichtige Gas benötigen wir, um Ener-

Brennstoffzellen und der genutzten

dieser Vorgänge in einer Brennstoffzelle

gie zu gewinnen. Eine Reaktion dabei

Materialien ermöglichen. Dadurch ge-

wird dabei helfen, bessere Materialien

ist die Verbindung von Wasserstoff und

winnen die Forschenden ein grundsätz-

und Verfahren für deren Einsatz im Ener-

Sauerstoff zu Wasser. Genau das ge-

liches Verständnis der Vorgänge in der

giesystem zu entwickeln.

schieht auch in einer Brennstoffzelle.

Brennstoffzelle und können sie sehr gezielt verbessern.

Eine Brennstoffzelle erzeugt elektrischen Strom aus einem Brennstoff und Sauerstoff. Der Brennstoff ist meist Wasserstoff, kann aber auch Methanol, Butan oder Erdgas sein. Bei der Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff wird Energie frei und es entsteht Wasser. Auf diese Weise liefert eine Brennstoffzelle

Anode Wasserstoff

–

+ Kathode Sauerstoff

–

Das PSI engagiert sich seit vielen Jahren

e– PEM e– (Protonen- e– AustauschMembran) e–

auf verschiedenen Stufen der Brenn-

H+

stoffzellenforschung: von der Optimie-

rung einzelner Komponenten bis zur

H+

Untersuchung vollständiger Brennstoff-

H+

Kohlendioxid-freie, saubere Energie.

zellensysteme. Am PSI können For-

e–

Prinzip der PEM-Brennstoffzelle: An der Anode wird Wasserstoff unter Abgabe von Elektronen zu Protonen (H+) oxidiert, die durch die Membran wandern. An der Kathode wird Sauerstoff durch Elektronen (e–) reduziert; es entsteht Wasser. Anode und Kathode sind an einen elektrischen Verbraucher angeschaltet; es fliesst Strom.

Wasser

schende Untersuchungen mithilfe von Grossanlagen – Teilchenerzeuger und 15

Die Möglichmacher

Am PSI entwickeln Forscher effizientere Katalysatoren sowie die dafür notwendigen Trägermaterialien.

Katalysatoren sind Substanzen, die eine

giereicheren Methan umzuwandeln,

chemische Reaktion beschleunigen,

benötigt man Katalysatoren. Für die

effizienter machen oder gar erst ermög-

Reaktion von Kohlendioxid mit Was-

lichen. Die Rolle von Katalysatoren über-

serstoff zu Methan ist das Element

aufgelöster Spektroskopie an der Syn-

nehmen in der Biologie Enzyme. Das

Nickel besonders geeignet. Es kommt

chrotron Lichtquelle Schweiz SLS den

sind natürliche Eiweissmoleküle, die es

bei der Direktmethanisierung zum Ein-

Verlauf von chemischen Reaktionen zu

dem Menschen beispielsweise ermög-

satz, einer am PSI entwickelten Tech-

beobachten. Das hat gegenüber kon-

lichen, Stärke in Zucker umzuwandeln.

nologie, um die Methanausbeute bei

ventionellen Verfahren einen entschei-

Auch in der Industrie sind Katalysatoren

der Vergärung von Bioabfällen deutlich

denden Vorteil: Statt nur Momentauf-

von unschätzbarem Wert.

zu erhöhen (siehe die Seiten 8, 9 und

nahmen lässt sich der Verlauf der

13). Der Katalysator sorgt dafür, dass

Reaktionen darstellen. Es ist wichtig,

Kohlendioxid ist als Endprodukt vieler

sich Kohlendioxid und Wasserstoff zu

genau zu verstehen, wie sich die Ab-

Verbrennungen ein vergleichsweise

Methan und Wasser verbinden.

läufe mit der Zeit verändern, denn wäh-

träges Gas, das nicht gerne mit anderen

Bei der Untersuchung und Optimierung

rend einer chemischen Reaktion vari-

Substanzen reagiert. Um Kohlendioxid

von Katalysatoren profitieren PSI-For-

ieren unter Umständen Temperaturen

bei moderaten Temperaturen zum ener-

schende von der Möglichkeit, mit zeit-

und die Mengen der Ausgangsstoffe.

Saubere Abgase dank Schwammstruktur

Struktur bietet enorm viel Oberfläche.

sen sich Empfehlungen ableiten, wann

Wenn sich darin das Palladium fein

dem Katalysator wie viel Ammoniak

verteilt, kann es noch besser mit den

zugeführt werden sollte, um die Stick-

Katalysatoren leisten wertvolle Dienste

Abgasen reagieren – der Schadstoff-

oxide im Abgas zu jeder Zeit so gering

beim Filtern von Abgasen. So arbeiten

ausstoss verringert sich deutlich.

wie möglich zu halten.

Weg vom «schmutzigen Diesel»

Wasser spalten

Kanäle aus Keramik geleitet. Deren

In Dieselmotoren entstehen bei der

serstoff: Er lässt sich in Tanks speichern

Oberfläche ist mit dem eigentlichen

Verbrennung des Kraftstoffs gesund-

und später, zum Beispiel in Brennstoff-

Katalysator beschichtet. Meist besteht

heitsschädliche Stickoxide. Um diese

zellen, wieder in elektrische Energie

er aus fein verteilten Edelmetallparti-

zu reduzieren, wird dem Abgas gasför-

umwandeln. Gewonnen wird Wasser-

keln, häufig Palladium auf einer Träger-

miges Ammoniak zugegeben, das, an-

stoff aus Wasser in sogenannten Elek-

substanz. Je nach Motortyp bleiben

geregt durch einen Katalysator, mit den

trolyseuren mit Strom (siehe Seite 12).

beim Verbrennen von Erd- oder Biogas

Stickoxiden zu harmlosem Stickstoff

Forschende des PSI haben ein neues

aber recht grosse Mengen des Haupt-

und Wasser reagiert. Katalysator ist in

Material entwickelt, das dort als Kata-

bestandteils Methan übrig. Dieses lässt

diesem Fall Kupfer auf einem Zeolith-

lysator die Aufspaltung der Wassermo-

sich mit üblichen Katalysatoren nicht

Gerüst. Bei niedrigen Temperaturen

leküle beschleunigt.

so einfach zersetzen.

funktioniert der Prozess jedoch noch

Ziel der Forschenden am PSI ist ein

In Tests, die die PSI-Forschenden

nicht optimal.

Katalysator, der gleichzeitig effizient

durchführten, erwiesen sich für diesen

Die Forschenden untersuchten Struktur

und günstig ist, weil er ohne Edelme-

Zweck Zeolithe als am besten geeignet.

und Funktion eines Kupfer-Zeolith-Ka-

talle auskommt. Dafür greifen sie auf

Das sind hochporöse Substanzen auf

talysators unter realistischen Betriebs-

ein bekanntes Material zurück: Perows-

Basis von Siliziumdioxid. Unter dem

bedingungen an der SLS. Das wich-

kit, eine komplexe Verbindung der Ele-

Mikroskop sehen sie aus wie ein

tigste Ergebnis: Eine stufenweise

mente Barium, Strontium, Kobalt, Eisen

Schwamm: durchzogen von vielen win-

Dosierung des Ammoniaks erlaubt eine

und Sauerstoff.

zigen Löchern, die über Kanäle mitein-

schnellere Reaktion als eine bei kon

Sie entwickelten als Erste ein Verfah-

ander verbunden sind. Eine solche

stanter Ammoniakzugabe. Daraus las-

ren, das Perowskit in Form von winzigen

Forschende des PSI daran, leistungsfähigere Katalysatoren für Gasautos zu entwickeln. In einem Fahrzeugkatalysator wird das Abgas durch eine Vielzahl paralleler

Ein Energieträger der Zukunft ist Was-

Nanopartikeln erzeugt. Nur so kann es effizient wirken, denn ein Katalysator Zeolithe sind aufgrund ihrer Schwammstruktur hervorragende Trägermaterialien für Katalysatoren. In ihrem Gerüst fein verteilte Metalle können besonders effektiv mit den Abgasen reagieren.

benötigt eine möglichst grosse Oberfläche. Macht man die Partikel des Katalysators möglichst klein, addieren sich deren Oberflächen zu einer umso grösseren Gesamtoberfläche. Das neue Herstellungsverfahren liefert grosse Mengen des Katalysatorpulvers und dürfte sich leicht an einen industriellen Massstab anpassen lassen.

Grüne Treibstoffe für den Flugverkehr In der Initiative «SynFuels» entwickeln Forschende des PSI und des Partnerinstituts Empa gemeinsam einen Prozess, um Kerosin aus erneuerbaren Ressourcen herzustellen. Es sollen flüssige Treibstoffgemische von höchster Qualität entstehen, die möglichst rückstandsfrei verbrennen und sich damit für den Antrieb von Flugzeugen eignen. Die beiden Schweizer Forschungsinstitute suchen zusammen nach Wegen, um Kohlendioxid und Wasserstoff zu längerkettigen Molekülen zu verknüpfen und so synthetische Treibstoffe zu produzieren. Dass sich diese Treibstoffe auch für ein Flugzeugtriebwerk eignen, ist ein ehrgeiziges, aber lohnendes Ziel: Flugzeugtreibstoffe sind die Treibstoffe mit der höchsten Qualität. Gelingt es, sie aus erneuerbaren Ressourcen herzustellen, wird man mit dem Prozess auch alle anderen Kraftstoffe synthetisieren können. Kerosin ist ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen mit sehr genau spezifizierten chemischen und physikalischen Eigen-

Treibstoffs erfolgt über ein oder meh-

tron Lichtquelle Schweiz SLS. Mit der

schaften, die für die Ökonomie und

rere Zwischenprodukte wie Methan,

Grossforschungsanlage lassen sich

Sicherheit des Flugbetriebes unbedingt

Kohlenstoffmonoxid, Methanol, Ethy-

Einblicke in die Reaktionsmechanis-

einzuhalten sind. Ein synthetischer

len oder Dimethylether.

men gewinnen oder Forschende kön-

Treibstoff muss selbstverständlich die-

nen mit ihrer Hilfe untersuchen, wie

selben Eigenschaften aufweisen.

sich die Katalysatoren während des

Ausgangsstoffe für den zu entwickeln-

Molekulare Helfer

Einsatzes verändern und wie die Veränderungen das Produktspektrum be-

den Herstellungsprozess sind Kohlendioxid und Wasserstoff. Das Kohlendi-

Schlüssel zum Erfolg des Projekts sind

einflussen.

oxid kommt dabei aus verschiedenen

Katalysatoren (siehe Seite 16, Die Mög-

Wichtiger Teil des Projekts sind auch

Quellen, etwa aus Biomasse, direkt aus

lichmacher). Sie sollen die schrittweise

Analysen dazu, wie hoch der ökologi-

der Umgebungsluft oder aus industri-

Umwandlung von Kohlendioxid und

sche Fussabdruck der hergestellten

ellen Produktionsprozessen, beispiels-

Wasserstoff zu flüssigen Kohlenwas-

Treibstoffe ist, welchen Beitrag diese

weise der Zementherstellung. Der be-

serstoffen auf molekularer Ebene er-

zur Treibhausgasreduktion in der

nötigte Wasserstoff wird mithilfe von

möglichen.

Schweiz leisten können und wie wirt-

erneuerbarem Strom aus Wasser ge-

Ein unentbehrliches Hilfsmittel im

schaftlich ihre Herstellung ist.

wonnen. Die Synthese des flüssigen

«SynFuels»-Programm ist die Synchro-

Gut und lange geladen Strom sorgt für Licht und Wärme, treibt

len, dem gängigen Material für die

Ein tiefer Blick in einen völlig anderen

die meisten Haushaltsgeräte an und

Elektroden handelsüblicher Akkus.

Typ von Batterien offenbarte Verbesse-

versorgt unsere Unterhaltungsgeräte

Durch ausgeklügelte Optimierung der

rungspotenzial bei den sogenannten

mit Energie. Durch den Mobilitätswan-

Graphitanode – der negativen Elek

Feststoffbatterien. Diese Art Akku

del und neue Verkehrskonzepte wird

trode – bei einer herkömmlichen Lithi-

kommt völlig ohne Flüssigkeiten aus,

elektrische Energie auch hier an Be-

umionen-Batterie erhöhten die For-

die in herkömmlichen Akkus für den

deutung gewinnen. Strom lässt sich in

schenden die bei hohen Strömen

Ladungstransport zuständig sind. Da

Batterien, auch Akkumulatoren ge-

nutzbare Speicherkapazität unter La-

diese Flüssigkeiten brennbar sind, wür-

nannt, speichern und so auch mobil

borbedingungen auf das Dreifache.

den Feststoffbatterien die Elektromo-

einsetzen. Das stellt Stromspeicher

Eine Zugabe von Silizium erhöhte die

bilität deutlich sicherer machen. Rönt-

vor Herausforderungen, die PSI-For-

nutzbare Speicherkapazität weiter.

genaufnahmen an der Synchrotron

schende lösen.

Auch bei einem anderen Batterietyp

Lichtquelle Schweiz SLS des PSI liefer-

auf Lithiumbasis erzielten PSI-For-

ten Forschenden bislang einmalige

Ob in Smartphones, Tablets, Laptops

schende eine deutliche Leistungsstei-

Einblicke in die Abläufe einer Feststoff-

oder Elektrofahrzeugen – ein Problem,

gerung. Lithium-Schwefel-Akkus kön-

batterie sowohl beim Auf- als auch

das sich bei allen mobilen Stromspei-

nen theoretisch deutlich mehr Energie

beim Entladen. Das verbessert das

chern stellt, ist ihre Haltbarkeit. Mit

liefern als die üblichen Lithiumionen-

Verständnis von den Schädigungen,

anderen Worten: Nicht nur wie schnell,

Akkus, die heutigen Prototypen verlie-

die der Akku dabei erleidet, und hilft,

sondern auch wie oft und wie zuverläs-

ren aber schon nach wenigen Ladezy-

bessere Energiespeicher für die Zukunft

sig kann ich wie viel Energie darin spei-

klen merklich an Kapazität. Durch die

zu entwickeln.

chern und abrufen? Forschende des

Optimierung der Elektrodenstruktur

PSI-Labors für Elektrochemie arbeiten

liess sich die Zahl der Ladezyklen deut-

daran, bestehende Systeme zu verbes-

lich steigern.

sern, zum Beispiel solche auf Basis von Lithium, aber auch neue Speichersysteme zu entwickeln, zum Beispiel auf Basis anderer Elemente wie Natrium. Mithilfe der Grossforschungsanlagen des PSI blicken die Forschenden in die Materialien, um die Vorgänge beispielsweise beim Auf- und Entladen teilweise bis auf die Ebene einzelner Atome hinab zu verfolgen. Dabei berücksichtigen sie alle Komponenten einer Batterie, von den Kontakten, über die Strom zu- oder abfliesst, bis zum eigentlichen Speichermaterial, das die elektrische Energie vorhält. So gelang es einer Forschergruppe des PSI in Kooperation mit Forschenden der ETH Zürich, ein neues Verfahren zu

Die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS ermöglicht direkten Einblick in die Vorgänge innerhalb einer Batterie.

entwickeln, um deutlich leistungsfähigere Elektroden aus Graphit herzustel19

Die Atmosphäre im Blick Wenn wir Energie gewinnen oder nut-

archiv zu bewahren, beteiligen sich

zen, beeinflussen wir auch immer

PSI-Forschende am internationalen

unsere Umwelt, vor allem die Erdatmos

Ice-Memory-Projekt. Im Rahmen dieses

phäre. Das PSI erforscht darum Vor-

Projektes werden weltweit Eisbohr-

gänge in der Luft − sowohl nahe an der

kerne gewonnen, die dann geschützt

Erdoberfläche als auch in mehreren

vor Klimawandel und steigenden Tem-

Tausend Metern Höhe. Das Wissen

peraturen in einem Lager in der Antark-

darüber hilft, richtige Entscheidungen

tis aufbewahrt werden sollen.

in Sachen Luftreinhaltung zu treffen.

Mithilfe von Eisbohrkernen aus den Alpen zeigten PSI-Forschende beispiels-

Was haben die Arktis und Antarktis,

weise erstmals, dass industrieller Russ

Grossstädte wie Peking oder Neu-Delhi

kaum verantwortlich sein kann für die

und das Schweizer Jungfraujoch ge-

Schmelze der Alpengletscher, die sich

mein? An allen diesen Orten arbeiten

vor allem zwischen 1850 und 1875 voll-

PSI-Forschende. Sie messen Umwelt-

zog. Erst ab etwa 1875 übersteigt der

faktoren und sammeln Daten, um sich

Russgehalt der Luft den natürlichen Wert

ein besseres Bild von den Vorgängen

und lässt sich somit auf menschliche

in der Atmosphäre zu machen.

Aktivitäten zurückführen. Zuvor stammte

In den Alpen gewinnen PSI-Forschende

der Russ vorwiegend aus natürlichen

Eisbohrkerne aus Gletschern. In ihnen

Quellen, vor allem aus Waldbränden.

sind Spurenstoffe aus der Atmosphäre längst vergangener Zeiten eingeschlossen. Durch die Analyse ihrer Zusam-

Hoch oben

mensetzung lassen sich Trends in der Klimageschichte ermitteln. Diese er-

Auf rund 3500 Metern Höhe, in der

möglichen es wiederum, Prognosen für

Forschungsstation auf dem Jungfrau-

die künftige Entwicklung unseres Kli-

joch, untersuchen PSI-Forschende un-

mas aufzustellen. Um dieses kalte Ge-

ter anderem Aerosole, die landläufig

dächtnis der Erde als einmaliges Klima-

besser als Feinstaub bekannt sind.

Die Smogkammer des PSI ist ein Partner innerhalb des Infrastrukturprogramms EUROCHAMP-2020, einem internationalen Programm zur Integration von europäischen Simulationskammern, um atmosphärische Prozesse zu untersuchen. Dieses Programm unterstützt Forscher beim Zugang zu hochmodernen Smogkammeranlagen in Europa, einschliesslich der PSI-Smogkammer. EUROCHAMP-2020 bietet Forschern die Möglichkeit, ihre Instrumente und ihr Fachwissen in verschiedene Simulationskammern für Messkampagnen und Instrumentenprüfungen einzubringen. www.eurochamp.org

In der Smogkammer des PSI kann man studieren, wie aus Gasen und festen Partikeln Feinstaub entsteht und wie dieser Feinstaub sich in der Atmosphäre verändert.

Aerosolforschung auf dem Jungfraujoch hilft unter anderem dabei, besser zu verstehen, wie in den verschiedenen Jahreszeiten Russteilchen zu Wolkentröpfchen werden.

Auch sie beeinflussen das Klima. An-

Luft in gigantischen Metropolen wie

ders als die Treibhausgase Kohlendi-

dem indischen Delhi untersuchen. Dort

oxid und Methan tragen sie aber nicht

messen sie zwanzig bis dreissig Mal

dünner Teflonfolie. In diesen Raum

immer zur Erwärmung bei, sondern

höhere Konzentrationen von Schadstof-

lassen sich gezielt Gase leiten. Um die

können das Klima auch abkühlen. Man-

fen als in der Schweiz – vornehmlich

natürliche Umgebung möglichst gut

che absorbieren Sonnenlicht, erhitzen

aus menschlichen Quellen. Mit ihren

nachzustellen, lässt sich die Kammer

sich dadurch und tragen so zur Erwär-

Geräten und Analysen decken die Wis-

mit UV-Licht bestrahlen, das dem UV-

mung der Atmosphäre bei. Andere

senschaftler auf, welche Quellen und

Anteil des Sonnenlichts entspricht. So

streuen das Licht zurück ins All, haben

Prozesse wie viel Feinstaub produzie-

können Wissenschaftler Vorgänge in

also einen kühlenden Effekt. Zudem

ren und welche Massnahmen daher die

der Atmosphäre unter kontrollierten

bilden sich an Aerosolpartikeln Wol-

Situation verbessern können.

Bedingungen beobachten und analy-

kentröpfchen. Dank der Höhenlage des

In China ist das bereits gelungen: Dort

sieren.

Jungfraujochs lässt sich dort sehr gut

haben PSI-Forschende gezeigt, dass

erforschen, wie sich die kurzlebigen

der Smog in Peking zu einem wesent-

Partikel auf dem Weg von der Erdober-

lichen Teil aus sekundär gebildetem

fläche in die höheren Schichten der

Feinstaub besteht, zu dem auch weit

Atmosphäre verändern und dort

entfernte Quellen beitragen. Neben

Energieproduktion geht einher mit

schliesslich die Wolkenbildung beein-

Messungen vor Ort führten sie dafür

Emissionen in Form von Feinstaub und

flussen.

auch Experimente in der Smogkammer

Gasen. Die daraus resultierenden

am PSI durch und importierten dafür

Klima- und Gesundheitseffekte sind

einen chinesischen Ofen samt Kohle.

das Resultat einer enormen Zahl kom-

Dicke Luft in Delhi

Vom Grossen zum Kleinen

Die Erkenntnisse trugen dazu bei, die

plexer Prozesse in der Atmosphäre. Um

An einem Standort mit weitaus höheren

Luftqualität in Peking durch Massnah-

Auswirkungen der Energieproduktion

Temperaturen als an den Polen der Erde

men der Regierung zu verbessern.

bestimmten Quellen oder Prozessen

oder in den alpinen Lagen der Alpen

Das Herz der Smogkammer des PSI ist

zuzuordnen oder Auswirkungen in die

arbeiten PSI-Forschende, wenn sie die

ein 27 Kubikmeter fassender Kubus aus

Zukunft zu projizieren, benötigen wir

nebst der Diagnose in der Atmosphäre

eines Eiskeims organisieren. Oder sie

stehen auch externen Nutzern für Fra-

auch Experimente im Labor, die es er-

bekommen Einblick in das Schicksal

gen an der Schnittstelle von Umwelt-

lauben, einzelne physikalische und

von Nitrat, einem Abbauprodukt von

forschung und physikalischer Chemie

chemische Phänomene im Detail zu

Stickoxiden, an der Eisoberfläche, be-

zur Verfügung.

verstehen. Dazu gehören die Smog-

vor es in einem Gletscher archiviert

kammern, aber auch mit modernsten

wird. Schliesslich lernen sie das Zu-

analytischen Methoden ausgerüstete

sammenspiel von gelösten Stoffen an

Reaktoren im Labor.

der Wasseroberfläche verstehen, zum

Hier kommen auch die Grossfor-

Beispiel wenn sich ein Wolkentröpf-

Um nicht nur an einzelnen Orten die

schungsanlagen des PSI zum Zuge.

chen bildet. Ein anderes Experiment

Umwelt zu erforschen, können For-

PSI-Forschende haben an der Synchro-

erlaubt es, mit Röntgenblick in Fein-

schende das sogenannte Smogmobil

tron Lichtquelle Schweiz SLS Infrastruk-

staubteilchen hineinzuschauen, um zu

nutzen. Das Fahrzeug kann mit vielen

turen aufgebaut, um Vorgänge an Ober-

sehen, wie sie aufgebaut sind oder wie

verschiedenen Messinstrumenten

flächen von Feinstaub, Eis oder Wasser

sie unter dem Einfluss einer chemi-

ausgestattet werden. Bei Messfahrten

auf molekularer Ebene zu untersuchen.

schen Reaktion oder unter veränderten

können sie damit sowohl die räumliche

So lernen sie zu verstehen, wie sich

Umweltbedingungen ihre Struktur än-

als auch die zeitliche Verteilung von

Wassermoleküle auf der Oberfläche

dern. Diese experimentellen Anlagen

Schadstoffen in der Luft untersuchen.

Umwelt mobil

Das Smogmobil des PSI. Darin installieren lässt sich unter anderem eine Apparatur, die Luft durch die Poren eines Filters zieht. Die Ablagerungen können Forschende dann analysieren.

Der Kern der Dinge Die Schweiz wird aus der Kernenergie aussteigen − das sieht die Energiestrategie 2050 vor. Aber auch nachdem das letzte Kernkraftwerk vom Netz gegangen ist, soll das Wissen zum Umgang mit Kernenergie und allen sicherheitsrelevanten Aspekten erhalten und durch Forschung verbessert werden. Nur so lassen sich auch in Zukunft valide Fakten vorhalten, damit die Schweiz in Bezug auf die Kernenergie weiterhin national und international gute Entscheidungen treffen und als kompetenter Gesprächspartner mitreden kann. Die Forschenden im PSI-Bereich Nukleare Energie und Sicherheit (NES) arbeiten an folgenden Aufgaben: • Erwerb neuer wissenschaftlicher Erkenntnisse über nukleare Sicherheit • Weiterentwicklung modernster Simulationsmethoden für Sicherheitsbewertungen • Bewertung und/oder Aktualisierung der Kriterien für die nukleare Sicherheit, um Änderungen der Strategien für die Stromerzeugung, die techno-

kraftwerken verwendet wird? Wie ver-

grität der Hüllrohre von Kernbrennstäben

logische Entwicklung, Modernisie-

halten sich die Brennstäbe, insbeson-

beeinflusst werden könnte. Dafür nutz-

rungen und den langfristigen Betrieb

dere die Hüllrohre, die den eigentlichen

ten die Forschenden bildgebende Ver-

zu berücksichtigen

Brennstoff, das Uranoxid, einschlies-

fahren mit Neutronen. Das Neutronen-

• Entwicklung von experimentellen Ein-

sen, während des Betriebs und nach

Imaging ist ein am PSI perfektioniertes

richtungen zusammen mit modern

ihrem Einsatz? Was würde im Falle ei-

Verfahren, das eine eigene PSI-Arbeits-

sten Instrumentierungstechniken für

nes schweren Reaktorunglücks passie-

gruppe an der hiesigen Grossfor-

das Design, die Durchführung und die

ren und wie lässt sich sicherstellen,

schungsanlage SINQ, der Schweizer

Interpretation von Messungen an re-

dass radioaktive Substanzen nicht in

Spallations-Neutronenquelle, mit einem

alen physikalischen Phänomenen von

die Umwelt gelangen?

der weltweit besten Neutronenmikros-

hoher Sicherheitsrelevanz, die für die

kope regelmässig durchführt.

Verifizierung, Validierung und Quali-

Bei ihren Untersuchungen konzentrier-

Wie ein Schwamm für Wasserstoff

ten sich die Forschenden auf Wasser-

Konkrete Fragen lauten beispielsweise:

So fand beispielsweise die Gruppe Nu-

mit den Metallen bildet, was die Stabi-

Wie altert das Material, das in Kern-

klearbrennstoffe heraus, wie die Inte

lität der Rohre beeinträchtigt.

fizierung von Berechnungsmethoden erforderlich sind.

stoff, der in das Metall der Hüllrohre eindringt und dort sogenannte Hydride

saugt das Wasser auf, die Haut bleibt

den aber trotzdem untersuchen will,

trocken. Die Beschichtungen, die ur-

kann man damit erforschen, beispiels-

sprünglich zum mechanischen Schutz

weise Störfälle in komplexen Nuklear-

eingeführt wurden, stabilisieren so

anlagen. Die Forschenden am Labor für

vermutlich die Hüllrohre auf lange Sicht

Simulationen und Modellierung (LSM)

zusätzlich.

am PSI profitieren dabei von der rasanten Entwicklung der Computertechnologie.

Simulationen machen Kernanlagen sicherer

Mit Sicherheit eingeschlossen

Computersimulationen helfen ent-

Mit Rechenmodellen und Computersimulationen untersuchen Forschende die Vorgänge in Kernkraftwerken und machen die Anlagen so sicherer.

scheidend dabei, Kernkraftwerke si-

In der Schweiz schreibt das Kernener-

cher zu betreiben. Auch Aufsichtsbe-

giegesetz eine geologische Tiefenlage-

hörden überprüfen damit die Sicherheit

rung der hochaktiven sowie der

der Anlagen. Ob es um den Einbau

schwach- und mittelaktiven Abfälle aus

neuer Komponenten oder um Tests und

Kernkraftwerken und anderen Quellen

Versuche zur Wahrung der Sicherheit

vor. Forschende des PSI wirken an die-

geht, fast alles muss vorher am Com-

sem wichtigen gesellschaftlichen Un-

puter berechnet und analysiert werden.

terfangen mit, indem sie die Naturvor-

Forschende am PSI entwickeln dazu

gänge erforschen, die für die Sicherheit

Rechenmodelle und Computerpro-

eines Tiefenlagers von Bedeutung sind.

gramme, die Komponenten und Teilsysteme sowie deren Zusammenspiel im Kernreaktor immer genauer modellieren. Sie fungieren damit als unabhänDie Arbeitsgruppe untersuchte, wie

gige Forschungspartner der Schweizer

sich eine zusätzliche Schutzschicht bei

Aufsichtsbehörde, des Eidgenössi-

Hüllrohren auswirkt, die sogenannten

schen Nuklearsicherheitsinspektorats

Mit der Betreuung von Studieren-

Liner. Diese sind weltweit und insbe-

ENSI, und tragen dadurch dazu bei, die

den, Doktorierenden und jungen

sondere in der Schweiz im Einsatz. Sie

Sicherheit der schweizerischen Kern-

Wissenschaftlern und Wissenschaft-

schützen die Hüllrohre gegen mecha-

kraftwerke zu gewährleisten und fort-

lerinnen trägt das PSI zusammen mit

nische Beschädigungen. Liner haben,

während zu verbessern.

der ETH Zürich und der ETH Lau-

so fanden die Forschenden heraus,

Schon seit einigen Jahren geht der

sanne dazu bei, die Fachkompetenz

einen positiven Effekt: Hüllrohre, die

Trend hin zu sogenannten Best-Esti-

in Sachen Nuklearenergie in der

über eine solche Schutzschicht verfü-

mate-Modellen, das heisst realisti-

Schweiz langfristig zu erhalten: Im

gen, weisen darunter weniger Hydride

schen Rechenmodellen. Man versucht

standortübergreifenden Masterstu-

auf. Der Wasserstoff dringt vermehrt in

dabei, die Vorgänge in einem Reaktor

diengang Nuclear Engineering ler-

diese Beschichtung ein und wird schon

auf Grundlage physikalischer Gesetze

nen Ingenieure, wie man Kernkraft-

dort gestoppt. Der Liner wirkt wie ein

möglichst genau zu beschreiben und

werke effizient und sicher betreibt,

Schwamm für den Wasserstoff. Als

zu quantifizieren. Hypothetische Ereig-

wie man sie stilllegt und radioaktive

würde eine Person im Bademantel in

nisse, die zwar extrem unwahrschein-

Abfälle entsorgt.

den Nieselregen gehen: Das Frottee

lich sind, die man aus Sicherheitsgrün-

Eine Zukunftsfrage

Hotlabor: Wissen aus den heissen Zellen Die gesamte wissenschaftliche Exper-

nur unter strengen Sicherheitsvorkeh-

Rund 35 Mitarbeitende betreuen die

tise der Schweiz zum Materialverhalten

rungen untersucht werden. Solche Un-

sicherheitstechnische und analytische

und der Alterung von Kernkraftwerken

tersuchungen geschehen im PSI-Hot-

Infrastruktur des Hotlabors – und arbei-

ist am PSI konzentriert. Vom nuklearen

labor, einer schweizweit einzigartigen

ten zudem an weiteren Forschungsthe-

Brennstoff selbst, über die Hüllrohre von

Anlage. In den sogenannten „heissen

men, zum Beispiel für die Medizin. So

Brennstäben bis hin zu den Reaktor-

Zellen“, hinter bis zu einem Meter di-

produzieren Wissenschaftler des PSI in

druckbehältern und Kühlmittelleitungen

cken Betonwänden und Bleiglasfens-

den heissen Zellen einen Teil ihrer Ra-

– Forschende des PSI untersuchen, wie

tern, ist die Radioaktivität hermetisch

diopharmaka − radioaktive Medika-

sich die Materialien unter den harschen

eingeschlossen und abgeschirmt – das

mente gegen Krebs, die Tumore direkt

Bedingungen während des Betriebs ei-

schützt die Mitarbeitenden und vermei-

im Körper bestrahlen. Das dafür benö-

nes Kernkraftwerks verändern.

det eine Kontamination der Umwelt.

tigte radioaktive Isotop Terbium-161 soll

Mit von aussen gesteuerten Greifarmen

in Zukunft an der Spallations-Neutro-

Bestrahlte und daher radioaktive Ma-

können die Forschenden Experimente

terialien, sei es aus Kernkraftwerken

mit dem radioaktiven Material im Inne-

oder aus Forschungsanlagen, dürfen

ren der Kammern sicher durchführen. Das Hotlabor des PSI untersucht in seinen abgeschirmten Hotzellen seit vielen Jahren verbrauchte Brennstäbe aus den Schweizer Kernkraftwerken, um Schäden frühzeitig zu erkennen.

nenquelle SINQ des PSI erzeugt und

und Oxidation der Brennstabhüllen ge-

ausgesetzt, etwa Korrosion oder dem

dann in den abgeschirmten Zellen des

nauestens unter die Lupe. Im Mittel-

Eindringen von Wasserstoff. Dringt zu

Hotlabors von dem Element, aus dem

punkt steht dabei, das Design der

viel Wasserstoff ins Hüllrohr, bilden

es entsteht, abgetrennt werden.

Brennstäbe kontinuierlich zu verbes-

sich Hydride, Verbindungen von Was-

Kernaufgabe des PSI-Hotlabors sind

sern, sodass aus dem sicher einge-

serstoff und den Metallen des Hüllrohr-

ausführliche Untersuchungen an be-

schlossenen Brennstoff möglichst viel

materials, die das Hüllrohr spröder

strahlten Brennstäben, um zu verste-

Energie gewonnen werden kann. Die

machen und das Wachstum bestehen-

hen, wie sie sich während des Betriebs

Erkenntnisse helfen den Kernkraftwerk-

der Risse begünstigen. PSI-Wissen-

oder in der Phase der Zwischenlagerung

betreibern, ihre Kraftwerke effizienter

schaftler nutzen die hauseigenen

verändern. Forschende im Hotlabor

und sicherer zu machen.

Grossforschungsanlagen und die heis-

untersuchen regelmässig materialwis-

Dem Hüllrohr der Brennstäbe gilt ein

sen Zellen des Hotlabors, um besser

senschaftlich die abgebrannten Brenn-

besonderes Augenmerk. Diese erste

zu verstehen, wie der Wasserstoff auf-

stäbe aus den Schweizer Kernkraftwer-

Schutzhülle gegen das Austreten von

genommen wird, sich dann im Hüllrohr

ken mit modernen Analysemethoden.

Radioaktivität aus einem Kernreaktor

verteilt und dieses dadurch mecha-

Sie nehmen die mögliche Versprödung

ist im Betrieb sehr hohen Belastungen

nisch schwächt.

Energiesysteme: Der Blick für das Ganze

Am PSI erforschen Wissenschaftler

welche politischen Vorgaben, gesell-

derem zu einer Partnerschaft mit dem

Energiesysteme in ihrer ganzen Kom-

schaftlichen Trends oder technologi-

Weltenergierat (WEC) geführt, in des-

plexität, auf nationaler wie globaler

schen Entwicklungen das Umfeld be-

sen Rahmen Szenarioanalysen über die

Ebene. Dazu nehmen die Forschenden

stimmen könnten. Ihre Ergebnisse sind

globale Stromversorgung entstehen.

sowohl die einzelnen Bereiche −

keine in Stein gemeisselte Prognosen,

Alle drei Jahre werden die Weltenergie-

Strom- und Wärmeversorgung sowie

sondern vielmehr fundierte Antworten

szenarien in einer aktuellen Version

den Verkehr − als auch ihr Zusammen-

auf die Frage: «Was wäre, wenn?»

veröffentlicht. In drei unterschiedlichen

spiel unter die Lupe. Ausserdem prüfen

Szenarien beschreiben Forschende das

sie diese vernetzten Systeme darauf,

globale Energiesystem und liefern eine

ob sie wirtschaftlich nachhaltig sind.

Energiemix der Zukunft

Dazu entwickeln die Forschenden Sze-

Das erwiesene wirtschaftsökonomi-

2040 und darüber hinaus weiterentwi-

narien und treffen Annahmen darüber,

sche Fachwissen am PSI hat unter an-

ckeln könnte.

Vorstellung davon, wie es sich unter bestimmten Rahmenbedingungen bis

«Unfinished Symphony» nehmen Re-

Mobilität von morgen

gierungen deutlich grösseren Einfluss darauf, wie sich das Energiesystem

Benzin, Diesel, Erdgas, E-Auto, Hybrid

entwickelt, beispielsweise durch Ge-

oder Brennstoffzelle – welche Techno-

setze, langfristig stabile Rahmenbedin-

logien und Treibstoffe sind die umwelt-

gungen und Subventionen. In diesem

freundlichsten? In einer Ökobilanz im

Szenario kommen klimapolitische Ent-

Auftrag des Bundesamts für Energie

scheidungen und andere Nachhaltig-

analysierte das Labor für Energiesystem-

keitsaspekte viel stärker zum Tragen.

analysen am PSI, wie sich die verschie-

«Hard Rock» wiederum geht von einem

denen Arten von Personenwagen auf die

geringeren Wirtschaftswachstum aus

Umwelt auswirken. Dabei berücksich-

als die beiden anderen Szenarien; die

tigten die Forschenden den gesamten

einzelnen Staaten kooperieren weniger

Lebenszyklus der Fahrzeuge, also Pro-

und es gibt weniger Innovationen.

duktion, Betrieb und Entsorgung. Ihre

Das Labor für Energiesystemanalysen

Ergebnisse umfassten beispielsweise

des PSI hat über die vergangenen Jahre

Treibhausgasemissionen, Primärener-

ein computergestütztes Modell des

giebedarf sowie die Bildung von boden-

weltweiten Energiesystems aufgebaut

nahem Ozon oder von Feinstaub.

und kontinuierlich weiterentwickelt.

Ein Ergebnis: Aus Klimaschutzperspek-

Das wendet es für die Weltenergiesze-

tive sind alternative Fahrzeuge und

narien an. Dieses Modell – das Global

Treibstoffe – Batterie- und Brennstoff-

MARKAL Model, kurz GMM – bildet die

zellenfahrzeuge sowie synthetisches

heutigen Strukturen des Energiesys-

Methan – nur dann sinnvoll, wenn die

tems mit seinen Wechselwirkungen ab

Elektrizität zum Betrieb des Elektromo-

und integriert viele mögliche zukünftige

tors beziehungsweise zur Produktion

Optionen für die Energieversorgung. So

von Wasserstoff und Methan aus Koh-

berechnen die Forschenden, wie sich

lendioxid-armen Quellen stammt. Dies

Entwicklungsziele und Rahmenbedin-

gilt heute und in Zukunft. Mit Strom aus

gungen auswirken werden, etwa auf

annähernd Kohlendioxid-freier Produk-

den Energiemix, den Zugang zu Ener-

tion (Wasser-, Wind- und Kernkraft-

gie, auf die Kohlendioxid-Emissionen

werk) ermöglichen es Batteriefahr-

und das Wirtschafts- und Bevölke-

zeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge und

rungswachstum. Ein Ergebnis, das für

Antriebe auf Basis von synthetischem

alle drei Szenarien gilt: Elektrizität wird

Methan, die Treibhausgasemissionen

Die Szenarien tragen musikalische

zunehmend wichtiger. Auch erreicht

auf etwa die Hälfte gegenüber her-

Bezeichnungen, die eine gewisse

der durchschnittliche Pro-Kopf-Ener-

kömmlichen Benzin- und Dieselautos

Grundstimmung ausdrücken. «Modern

gieverbrauch in den kommenden zehn

zu reduzieren. Falls jedoch Erdgaskraft-

Jazz» geht davon aus, dass sich die

Jahren ein Maximum und sinkt danach

werke den zusätzlichen Strombedarf der

Märkte vergleichsweise frei entwickeln

wieder ab. Der Gesamtenergiever-

Elektromobilität decken, dann sinken

und sich das Verbraucherverhalten

brauch wird allerdings in keinem der

die Treibhausgasemissionen nicht. Pa-

sprunghaft und durchgreifend ändert,

drei Szenarien geringer, sondern wird

rallel zum Ausbau der Elektromobilität

also beispielsweise sehr schnell sehr

sich in zwei der drei Szenarien sogar

muss also immer auch die erneuerbare

viele Elektroautos gekauft werden. In

noch mehr als verdoppeln.

Stromproduktion ausgebaut werden.

Forschende am PSI vergleichen im Detail die Umweltauswirkungen von Personenwagen mit unterschiedlichen Antriebsarten und ermitteln deren Ökobilanz.

Das Paul Scherrer Institut aus der Vogelperspektive

Das PSI in Kürze Das Paul Scherrer Institut PSI ist ein Forschungsinstitut für Natur- und Ingenieurwissenschaften. Am PSI betreiben wir Spitzenforschung in den Bereichen Zukunftstechnologien, Energie und Klima, Health Innovation und Grundlagen der Natur. Durch Grundlagen- und angewandte Forschung arbeiten wir an nachhaltigen Lösungen für zentrale Fragen aus Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft. Das PSI entwickelt, baut und betreibt komplexe Grossforschungsanlagen. Jährlich kommen mehr als 2500 Gastwissenschaftler aus der Schweiz, aber auch aus der ganzen Welt zu uns. Genauso wie die Forscherinnen und Forscher des PSI führen sie an unseren einzigartigen Anlagen Experimente durch, die so woanders nicht möglich sind. Die Ausbildung von jungen Menschen ist ein zentrales Anliegen des PSI. Deshalb sind etwa ein Viertel unserer Mitarbeitenden Postdoktorierende, Doktorierende oder Lernende. Insgesamt beschäftigt das PSI 2200 Mitarbeitende. Damit sind wir das grösste Forschungsinstitut der Schweiz.

Impressum Konzeption/Texte/Redaktion Sebastian Jutzi, Brigitte Osterath Fotos Scanderbeg Sauer Photography, Markus Fischer, Mahir Dzambegovic Gestaltung und Layout Monika Blétry Druck Paul Scherrer Institut Zu beziehen bei Paul Scherrer Institut Events und Marketing Forschungsstrasse 111 5232 Villigen PSI, Schweiz Telefon +41 56 310 21 11 Villigen PSI, Oktober 2021

Kontakte Forschungsbereichsleiter Energie und Umwelt Prof. Dr. Thomas J. Schmidt Tel. +41 56 310 57 65 thomasjustus.schmidt@psi.ch Forschungsbereichsleiter Nukleare Energie und Sicherheit Prof. Dr. Andreas Pautz Tel. +41 56 310 34 97 andreas.pautz@psi.ch Leiterin Abteilung Kommunikation Mirjam van Daalen Tel. +41 56 310 56 74 mirjam.vandaalen@psi.ch

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Energie und Umwelt_d, 2/2024