Ohne Materialforschung gäbe es keinen Fortschritt
An der Empa entstehen Batterien, Sensoren, Baumaterialien und Quantentechnologien von morgen. Das klare Ziel ist Materialien zu entwickeln, die Alltag, Klimaschutz und Industrie zugleich voranbringen. Für Direktorin Tanja Zimmermann steht fest, dass Nachhaltigkeit ohne neue Materialien ist nicht zu haben.
Materialforschung ist für Tanja Zimmermann das Rückgrat des technischen Fortschritts. Rund zwei Drittel aller Innovationen basieren direkt auf neuen oder verbesserten Materialien, von Batterien über medizinische Sensoren bis zu Baustoffen. Entsprechend breit ist der Ansatz der Empa, die als nationales Kompetenzzentrum Materialien für Bau, Energie und Gesundheit entwickelt. Dies von Grundlagenprojekten im Labor bis zu Machbarkeitsstudien mit Industriepartnern. Dazu gehören effizientere Energiespeicher, neue Photovoltaik-Technologien und zweidimensionale Nanomaterialien wie MXene, die künftig Elektronik und Sensorik kompakter und leistungsfähiger machen könnten.
Anwendungen für Energie, Gesundheit und Bau
Im Gesundheitsbereich arbeitet die Empa an textilen Sensoren, die Langzeit-EKGs ohne klassische Gel-Elektroden ermöglichen und so Hautreizungen vermeiden. Weitere Projekte zielen auf intelligente Materialien im Operationssaal, etwa Kleber, die undichte Stellen im Bauchraum verschliessen und dank integrierter Sensorik frühzeitig vor Lecks warnen.
Beim Bauen stehen Kreislaufwirtschaft und Ressourceneffizienz im Zentrum. Neue Betone und Verbundwerkstoffe sollen mit deutlich weniger Zement und Stahl dieselbe Tragfähigkeit erreichen und so den CO₂-Fussabdruck der Bauwerke spürbar senken. Parallel dazu entwickelt die Empa hoch temperaturbeständige Materialien für Drohnen, die direkt in Brandherde fliegen können, sowie kohlefaserverstärkte Kunststoffe, die heute zunehmend Brücken und grosse Tragwerke leichter und langlebiger machen.
CO₂ als Rohstoff
Mit der Initiative «Mining the Atmosphere» geht die Empa noch einen Schritt weiter. Ziel ist es, CO₂ nicht nur einzusparen, sondern gezielt aus der Atmosphäre zu holen und als Rohstoff zu nutzen. Forschende untersuchen, wie Kohlenstoff aus CO₂ in keramische Werkstoffe wie Siliziumkarbid oder in Baustoffe wie Beton eingebaut werden kann, sodass Gebäude selbst zu Kohlenstoffsenken werden. Langfristig sollen solche Ansätze helfen, einen Teil der historischen Emissionen zu kompensieren und den Übergang von einer CO₂-emittierenden zu einer CO₂-bindenden Gesellschaft zu schaffen. Ein «Jahrhundertprojekt», das enorme Mengen an erneuerbarer Energie und eine enge Zusammenarbeit zwischen Forschung und Industrie voraussetzt.
Hightech aus der Natur
Auch in der Holzforschung setzt Zimmermann auf Kombination aus Naturprinzipien und Hightech. Holz sieht sie als einzige grosse, heimische, nachwachsende Ressource der Schweiz, leicht, stabil und vielseitig modifizierbar. Das Spektrum reicht von feuerhemmend mineralisiertem Holz über antimikrobielle Oberflächen bis zur Nutzung fibrillierter Zellulose, deren Nanofasern transparente Gele, hochporöse Schwämme oder Barrierefilme für Lebensmittelverpackungen bilden können. Solche Zellulose-Schwämme können Öl selektiv aus Wasser aufnehmen oder CO₂ aus der Luft binden. Als Sprühbeschichtung verlängern sie die Haltbarkeit von Früchten und Gemüse, ohne Plastikfolien zu benötigen. In neueren Projekten entstehen «lebende Materialien», etwa gedruckte Strukturen aus Nanozellulose und Kieselalgen, die als biologische Sensoren Wasserqualität überwachen sollen.
Langfristige Projekte wie «CarboQuant»
Mit «CarboQuant» unterstützt die Werner Siemens-Stiftung ein weiteres Langfristprojekt an der Empa. Ein Labor, das Kohlenstoff-Nanostrukturen für Quantentechnologien untersucht. Ziel ist es, Graphen-Nanobänder und Nano-Graphene so präzise zu gestalten, dass sich ihre Quanteneffekte für elektronische Bauteile bei Raumtemperatur nutzen lassen. Etwa für Sensorik, Kommunikation oder künftige Quantencomputer. Solche Vorhaben zeigen, warum Stiftungen und öffentliche Förderer für die Empa zentral sind. Viele Materialinnovationen brauchen Jahre bis Jahrzehnte, bevor sie skaliert und wirtschaftlich nutzbar sind. Für Zimmermann bleibt dennoch klar, ohne diesen langen Atem und ohne Materialforschung gäbe es weder die Technologien, die die Energiewende möglich machen, noch viele der Lösungen, die unseren Alltag heute bereits selbstverständlicher erscheinen lassen, als sie es sind.