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Wie arbeiten und leben wir ohne fossile Brennstoffe?Mit der Energiestrategie 2050 hat sich die Schweiz zum Ziel gesetzt, den Energieverbrauch zu senken, die Energieeffizienz zu erhöhen und erneuerbare Energien zu fördern. Auch der Ausstieg aus der Kernenergie gehört zu den beschlossenen Zielen. Das Energiesystem der Zukunft muss bezahlbar, sicher und umweltfreundlich sein – und alle Bedürfnisse abdecken: Wärme, Strom und Mobilität. Die Empa forscht an neuen Materialen und Systemen, mit denen Energie bereitgestellt, umgewandelt und kurz- und langfristig gespeichert werden kann, damit sie dann bereitsteht, wann sie benötigt wird. Dazu gehören Themen wie noch effizientere Photovoltaikanlagen, Batterie- und Wärmespeicher, Technologien und intelligente Algorithmen, um den Energieverbrauch zu verringern, und Mobilitätsstrategien, mit denen der CO2-Ausstoss massiv verringert werden kann.Die beiden Demonstratoren move und ehub auf dem Empa-Gelände bieten den Empa-Forschenden und externen Partnern die Gelegenheit, zu zeigen, wie die Mobilität und die Energieversorgung im Quartier in Zukunft funktionieren könnte – ohne fossile Energie.

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Sichere BatteriespeicherElektrische Energie, die aus unregelmässigen Quellen wie Sonnenlicht oder Windgewonnen wird, benötigt Speicher, damit sie dann genutzt werden kann, wenn siegebraucht wird. Ein besonders vielversprechender Batterietyp für stationäre Speichersind Salzwasserbatterien: Sie nutzen Natriumsalz, das als Elektrolyt in Wasser gelöstist – nicht brennbare und nahezu unbegrenzt verfügbare Stoffe. Empa-Forschendearbeiten daran, die Spannung der Zelle mit speziellen, hochlöslichen Natriumsalzenso weit zu erhöhen, dass die Salzwasserbatterien bezüglich Energiedichte zuden Lithium-Ionen-Batterien aufschliessen und so eine sichere, günstige undumweltfreundliche Alternative bieten.

Saisonaler WärmespeicherDie sommerliche Wärme bis in den Winter hinein speichern:Damit liessen sich Gebäude fossilfrei heizen. Ein Empa-Forschungsprojekt konnte zeigen, dass Natronlauge einepreisgünstige und zuverlässige Methode für die saisonaleWärmespeicherung ist. Führt man verdünnter NatronlaugeEnergie in Form von Wärme zu, so verdampft dasWasser, die Natronlauge konzentriert sich und speichertauf diese Weise langfristig die ihr zugeführte Energie.Giesst man umgekehrt Wasser auf konzentrierte Natronlauge,wird die Mischung heiss, gibt also Wärme ab. Im Winterkann diese Reaktion genutzt werden, um beispielsweiseWasser für die Heizung oder die Dusche aufzuwärmen.

Effizientere Solarzellen von der RolleFlexible Dünnschicht-Solarzellen ermöglichen es, Photovoltaik auch auf gewölbtenFlächen zu integrieren – etwa auf Dächern, Elektroflugzeugen oder Drohnen. Die Empa forscht an Solarzellen auf Kupfer-Indium-Gallium-Diselenid-Basis, sogenannteCIGS-Solarzellen. Den Forschenden gelang es, ihren eigenen Effizienzweltrekord,der zurzeit bei einem Wirkungsgrad von 20,8 Prozent liegt, mehrfachzu brechen. Zudem entwickelten sie ein Rolle-zu-Rolle-Herstellungsverfahren,um die Dünnschicht-Solarmodule kostengünstig zu produzieren.

Energie im FlugDer Wind bläst in mehreren HundertMetern Höhe stärker und konstanter alsin Bodennähe. Das Empa-Spin-off TwingTecwill diese Energie «ernten». Dazu nutztes statt eines stationären Windrads einenFlugdrachen, der durch ein Seil mit derBodenstation verbunden ist. Der Dracheschraubt sich in Kreisbahnen in die Höheund zieht dabei das Seil von einer Rolle.Diese dreht sich und wirkt dabei als Stromgenerator.Dann sinkt der Drachewieder und das Seil wird aufgespult –der Zyklus kann von Neuem beginnen.

Nachhaltige MobilitätDie Energie für Fahrzeuge soll künftig nicht mehr aus fossilen, sondern auserneuerbaren Quellen stammen. Neben der eigentlichen Elektromobilität eröffnetauch die Umwandlung erneuerbarer elektrischer Energie in speicherbare undCO2-arme Energieträger wie Wasserstoff oder Methan grosse Chancen. Im move,dem Demonstrator für die Mobilität der Zukunft, zeigt die Empa gemeinsammit Partnern aus Forschung, Wirtschaft und dem öffentlichen Sektor ganzpraktisch, wie sich überschüssige erneuerbare Energie für die Mobilität nutzenlässt – in Form von Wasserstoff, Biogas und in Netzbatterien.

Energiesysteme im QuartierEinzelne Bestandteile wie Batterien,Solarzellen oder Wasserstofffahrzeugesind wichtig für die nachhaltigeEnergiezukunft – doch ein entscheidendesPuzzleteil ist, wie die rneuerbarenEnergiequellen, Speichermöglichkeitenund Verbraucher zusammenspielen. Imehub, dem Energiedemonstrator der Empa,koppeln die Forschenden Energieflüsseim Mobilitäts-, Wohn- und Arbeitsbereich,testen neue Energiekonzepte in derPraxis und loten aus, wie sich die Energieeffizienzsteigern und der CO2-Ausstossreduzieren lässt.