تانيا زيمرمان: "نحن نحاول "تجسيد" الطاقة"

مدير المختبرات الفيدرالية لعلوم وتكنولوجيا المواد على التذكرة مع EAWAG في مشروع “التعدين في الغلاف الجوي”

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
تانيا زيمرمان هي مديرة المختبرات الفيدرالية لعلوم وتكنولوجيا المواد في سويسرا (الصورة EMPA وEAWAG)

فكرة بسيطة، ولكنها صعبة للغاية من الناحية الفنية، هي أساس مبادرة بحثية جديدة لـ EMPA تسمى "التعدين في الغلاف الجوي".

فبدلاً من استخراج الكربون من النفط لاستخدامه في تصنيع البوليمرات البلاستيكية والأدوية والألياف والوقود والمنتجات المماثلة، يمكن للمرء في الواقع أن يفكر في استخدام ثاني أكسيد الكربون الموجود في الغلاف الجوي منذ فترة طويلة.

قد يكون أحد الحلول هو إيجاد نوع من "المكنسة الكهربائية للغلاف الجوي"، والتي يمكن من خلالها إزالة ثاني أكسيد الكربون الزائد من طبقة الغاز التي تغلف كوكب الأرض.

وللحد من تغير المناخ، يتعين علينا أن نعوض ليس فقط عن الانبعاثات الملوثة في المستقبل، بل وأيضاً عن الانبعاثات التاريخية، وربما من خلال إعادة تدوير الفائض من ثاني أكسيد الكربون.

الشخص المثالي لاستكشاف هذا الموضوع هو تانيا زيمرمان، مديرة المختبرات الفيدرالية لعلوم وتكنولوجيا المواد، ولها مكاتب تقع في ثون وسانت غالن ودوبندورف في سويسرا.

ولدت في هامبورغ قبل خمسة وخمسين عامًا، وتولت منصبها الجديد كرئيس تنفيذي لـ EMPA في 2022 يونيو XNUMX: خلفت جيان لوكا بونا، الذي كان على رأس هيئة الأبحاث السويسرية المهمة لمدة ثلاثة عشر عامًا تقريبًا.

حصلت تانيا زيمرمان على درجة الدكتوراه منجامعة المدينة الهانزية حصل على الدكتوراه في عام 2007 لدراساته المحددة التي وفرت الأساس للتطبيقات التقنية الجديدة للسليلوز.

بين عامي 2001 و2012، أنشأ أول منطقة بحثية حول مركبات السليلوز النانوية في كل من EMPA وفي سويسرا. وفي الفترة من 2011 إلى 2017 كانت أيضًا مسؤولة عن مختبر EMPA للمواد الخشبية التطبيقية.

منذ خريف 2017، أصبح عضوًا في إدارة المعهد ومسؤولًا عن قسم المواد الوظيفية، الذي يضم حوالي 200 موظف في ست وحدات بحثية: يتعاملون مع العديد من المواد، بدءًا من تلك المعتمدة على الخشب والسليلوز إلى الأسمنت والأسفلت، من السيراميك عالي الأداء إلى الألياف البوليمرية، وحتى مكونات تطبيقات الطاقة.

وفي الوقت نفسه، تولى القيادة المشتركة لمجال التركيز البحثي للبيئة المبنية المستدامة، حيث تلعب موضوعات مثل الاقتصاد الدائري وكفاءة الموارد والتنفيذ الفعال لاستراتيجية الطاقة السويسرية دورًا مركزيًا.

على مدى السنوات الثلاث الماضية، أنشأ أيضًا مع زملائه مجالًا لدراسة علوم المواد استنادًا إلى أجهزة الكمبيوتر والبيانات الضخمة، وبالتعاون مع إمبريال كوليدج لندن، أسس مركز الروبوتات لمواد وتكنولوجيا EMPA.

تشرح تانيا زيمرمان، رئيسة المختبرات الفيدرالية السويسرية لعلوم وتكنولوجيا المواد، لماذا تعتبر مشكلة "المياه" في المقام الأول، وما هو ضروري للتعامل معها وما يمكن إنتاجه من ثاني أكسيد الكربون، وهو دفيئة نموذجية غاز.

ثاني أكسيد الكربون مورد والجو هو… “منجم”
مارتن أكرمان: "التكيف مع المناخ؟ تحمي نفسك"

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون المستخرج من الغلاف الجوي لإنتاج البوليمرات البلاستيكية والوقود الاصطناعي ومواد البناء: إنها المادة الخام للمستقبل (الصورة: Envato)

إن إيجاد حلول لأزمة المناخ واستخدام الغلاف الجوي بمثابة "منجم" لاستخراج ثاني أكسيد الكربون وإنتاج السلع والمواد الثمينة منه: وهذا ليس بالأمر الهين. ألا تخاف من عدم القدرة على تلبية التوقعات؟

"في الواقع، هذه مشاكل ملحة. وحتى لو تمكنا من الوصول إلى "صافي الصفر" والسيطرة على تحول الطاقة، فلا يزال هناك الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، مع ما يرتبط به من عواقب سلبية، مثل ذوبان الأنهار الجليدية وزيادة الظواهر الجوية المتطرفة. ولذلك، من المهم للغاية أن نتحرك الآن ونقوم بدورنا. أشعر بدافع كبير، وخاصة بين الباحثين الشباب لدينا، للعمل على هذه المواضيع الهامة. لذا، احترام المهمة التي أوكلناها لأنفسنا، نعم بالتأكيد؛ الخوف من عدم القدرة على تقديم الحلول، لا”.

وهل يستطيع المختبر الفيدرالي لعلوم وتكنولوجيا المواد وEAWAG التعامل مع هذه المهمة الشاقة بمفردهما؟

"بكل تأكيد نعم. لا أستطيع إلا أن أتفق مع شركائي وزملائي في EAWAG. إنه لأمر رائع أن تكون قادرًا على التعاون مع المعهد الفيدرالي لعلوم وتكنولوجيا المياه بهذه الطريقة البسيطة والفعالة. إن المشكلة معقدة للغاية بحيث لا يمكننا حلها إلا معًا، أي مع جميع مؤسسات قطاع الفنون التطبيقية الفيدرالي، ولكن أيضًا خارجه، بما في ذلك على المستوى الدولي. وفي نهاية المطاف، فإن المشكلة لا تتوقف عند الحدود. نحتاج أيضًا إلى إشراك صناع القرار من الصناعة والإدارة العامة والسياسة في وقت مبكر من أجل إيجاد حلول ذات تأثير حقيقي. وكما قلت في البداية، نحن لا نفكر على نطاق صغير”.

احتجاز الكربون وتخزينه: كيف ينبغي لنا استخدام ثاني أكسيد الكربون؟
التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون: 2 استراتيجيات في الطريق إلى صافي الصفر

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
مشروع EMPA "التعدين في الغلاف الجوي"، الذي تتعاون فيه EAWAG، يذهب إلى ما هو أبعد من احتجاز الكربون وتخزينه: فهو يدور حول إنشاء اقتصاد عالمي جديد (التوضيح: EMPA وEAWAG)

ونظرًا لطبيعتها كمختبر لتكنولوجيا المواد، ما هو دور EMPA في كل هذا؟

"فيما يتعلق بالطاقة المستدامة، سيحدث مفارقة ويجب أن نشير إليها: في المستقبل، مع توسع الخلايا الكهروضوئية وغيرها من الحلول المماثلة، سيكون لدينا طاقة زائدة في الصيف، ولكن قليلة جدًا في الشتاء. وللتعويض عن هذا الوضع، نحاول "تجسيد" الطاقة، أي تحويلها إلى ناقلات طاقة كيميائية قابلة للتخزين، مثل الهيدروجين أو الميثان، باستخدام ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي!".

وهو ما يقودنا إلى استخراج الغلاف الجوي…

"بالضبط. تتمثل رؤيتنا في تحويل أنفسنا من مجتمع ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون إلى مجتمع مرتبط بثاني أكسيد الكربون من خلال تطوير المواد والتقنيات المناسبة. وهذه ضرورة، أؤكد عليها مرة أخرى، لأنه حتى بعد تحول الطاقة، سيظل يتعين علينا "تنظيف" الغلاف الجوي من تلوث ثاني أكسيد الكربون الذي تسببنا فيه في المائتي عام الماضية لتجنب المزيد من الارتفاع في مستوى الأرض. درجة حرارة".

في Blockchain ، يتم التقاط ثاني أكسيد الكربون وإعادة استخدامه
ما هي تكلفة سويسرا المحايدة لثاني أكسيد الكربون؟

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
لم تعد الإجراءات التخفيفية للغابات والمحيطات كافية للاحتفاظ بفائض ثاني أكسيد الكربون، بل من الضروري احتجازه (الصورة: Envato)

ما هو جدول أعمالك التقريبي؟

"نحن نعمل حاليًا على "الركائز" المختلفة، على أسس مفهومنا: استخراج ثاني أكسيد الكربون، وتحويله كيميائيًا، وأخيرًا، تقنيات إنتاج مواد ذات قيمة مضافة عالية منه، والتي سيتم ربط الكربون بها". إلى المدى الطويل. إن المشاريع الأولى لتقنيات الانبعاثات السلبية، مثل المواد العازلة المعتمدة على الفحم الحيوي، جارية بالفعل في EMPA (مادة كربونية يتم الحصول عليها عن طريق التحلل الحراري، وهي في نفس الوقت غير متجانسة وغنية بالأنظمة العطرية والمعدنية، المحرر.) وأنواع الأسمنت التي تمتص ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية الدمج بدلاً من إطلاقه. ومن المتوقع أن تبدأ مبادرات أخرى في العام المقبل. على سبيل المثال، أود بنفسي أن أطلق موضوع الخشب، والذي يعتمد على خلفيتي كباحث. المناقشات الأولى بين مختلف الأطراف المعنية جارية وهذا بالتأكيد مثير للغاية."

ما هي الأسئلة المحددة التي تنوي الإجابة عليها؟

"ينصب تركيز EMPA على تطوير المواد المبتكرة القائمة على الكربون والتقنيات ذات الصلة، كل ذلك من خلال مناهج الأنظمة. بادئ ذي بدء، على سبيل المثال، هناك مواد بناء جديدة ذات بصمة سلبية لثاني أكسيد الكربون، وتقنيات إنتاج مبتكرة لإنتاج الأخيرة على نطاق صناعي (ولكن أيضًا مواد خام أخرى، على سبيل المثال للصناعة الكيميائية)، وعمليات الميثان الفعالة والمحفزات اللازمة لتصنيع المواد الخام. تحويل ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين إلى ميثان، بالإضافة إلى مفاهيم جديدة "لامتصاص" ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي بأكثر الطرق كفاءة في استخدام الطاقة. ويجب علينا، وسنأخذ في الاعتبار على نحو متزايد، جميع المواد والعمليات في كامل دورة حياتها، والتي يجب أن تكون دائرية وليست خطية، حيثما أمكن ذلك...".

وقود جديد من عملية التمثيل الضوئي الاصطناعي على فقاعات الصابون
تخزين الحرارة تحت الأرض لتقليل ثاني أكسيد الكربون من المباني

كما تحتاج المبادرات البحثية الجديدة إلى التمويل. من أين تأتي الأموال؟

"سنقوم بتمويل مبادرتنا بمنحة الشركات الناشئة التي تلقيناها من مجلس المعاهد الفيدرالية للتكنولوجيا وبأموال من احتياطياتنا، بإجمالي حوالي خمسة ملايين فرنك. وبالطبع، نريد أيضًا جمع موارد إضافية من أطراف ثالثة، سواء من الهيئات العامة أو من شركائنا الصناعيين."

يتم حاليًا القيام بالكثير في هذا المجال، على سبيل المثال من خلال تحالف الطاقة الخضراء والتخزين (CGES) والمبادرات المشتركة لمجال ETH. أليسوا جميعا يفعلون نفس الشيء؟

"كل هذه المبادرات مهمة! يتعامل CGES، وهو نشاط رئيسي للمعهدين الفيدراليين للتكنولوجيا في زيوريخ ولوزان مع معهد بول شيرير وEMPA، مع تخزين الطاقة المستدامة أو تحويل، على سبيل المثال، الطاقة الشمسية إلى ناقلات طاقة كيميائية مثل الهيدروجين أو الميثان أو الميثانول. ، ما يسمى بعملية Power-to-X. يتم التركيز هنا على أنظمة MegaWatt، أي النشر على نطاق واسع أو رفع مستوى التقنيات الحالية مع الشركاء الصناعيين، مثل تلك التي تم تطويرها في النهج المتصل بمعرض التنقل الخاص بنا أو في النظام الأساسي ESI (تكامل نظام الطاقة، محرر) من PSI نفسها. وعلى الرغم من وجود بعض التداخل مع مشروع "استخراج الغلاف الجوي"، إلا أننا نفكر بالفعل فيما هو أبعد من تحول الطاقة ونهدف إلى نظام اقتصادي دائري جديد تمامًا، يعتمد على مواد سلبية الكربون.

التحول الرقمي وحياد المناخ للخروج من النفق
في الجفاف ، لم تعد ديدان الأرض تخزن الكربون

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
بين عامي 2001 و2012، بدأت تانيا زيمرمان أول مجال بحثي حول مركبات السليلوز النانوية في كل من EMPA وفي سويسرا، وامتد من عام 2011 إلى عام 2017 ليشمل المواد الخشبية التطبيقية.

لماذا من المهم بالنسبة لسويسرا أن تلعب دورا رائدا في هذا المجال؟

"لا تزال سويسرا رائدة على المستوى الدولي في مجال الابتكار، ويرجع ذلك أساسًا إلى الظروف الإطارية الجيدة. لذلك نحن في وضع مثالي لتطوير التقنيات والمفاهيم ضمن المبادرات المستمرة، ثم تطبيقها وتقديمها إلى السوق. وهذا من شأنه أن يزيد من القدرة التنافسية الدولية للصناعة السويسرية...".

مارتن آيشلر: "16,3 مليار دولار لالتقاط الكربون وتخزينه"
تقنية كمية مبتكرة تعتمد بالكامل على الكربون

EMPA وEAWAG وWSL وPSI: معاهد البحوث الأربعة في سويسرا (باللغة الإنجليزية)

تانيا زيمرمان: مقابلة مع مدير EMPA حول المشروع السويسري "التعدين في الغلاف الجوي" بالتعاون مع EAWAG
مارتن أكرمان، مدير المعهد الفيدرالي لعلوم وتكنولوجيا الأحياء المائية، وتانيا زيمرمان، مديرة المختبرات الفيدرالية لعلوم وتكنولوجيا المواد في سويسرا