Abkehr von der Kernenergie, Ausbau von Solar- und Windkraft, Energiegewinnung aus Biomasse, Senkung des Energieverbrauchs. Bis 2050 soll die Schweiz klimaneutral werden. Ein ehrgeiziges Ziel, welches durch die zunehmend herausfordernde geopolitische Lage dringlicher denn je geworden ist. Wie lässt sich in den nächsten Jahren eine nachhaltige und widerstandsfähige Energieversorgung für die Schweiz aufbauen? Wie können erneuerbare Energien optimal genutzt werden? Welche neuen Technologien sind besonders vielversprechend? Am PSI suchen Forschende nach Antworten auf diese entscheidenden Fragen.
Kehrichtverbrennung: Der Reinheit letzter Schluss?
Haushaltskehricht landete früher ausnahmslos unbehandelt in Deponien, die Auswirkungen dieser Praxis sind bekannt: der Standort dieser Abfall-Endlager wurde nicht selten zur ökologischen Todeszone. Mit der städtischen Kehrichtverbrennung kam eine gewisse Entschärfung dieser Problematik: Die von Deponien beanspruchten Flächen sind in den letzten Jahrzehnten trotz der insgesamt zunehmenden Abfallmengen nur dank Recycling und Abfallverbrennung in Schranken gehalten worden. Doch ein Allheilmittel ist die Abfallverbrennung noch lange nicht. Einige für die menschliche Gesundheit und die Umwelt schädliche Verbrennungsprodukte können nicht vollständig verbrannt werden und finden immer noch den Weg über die Kehrichtverbrennungsanlagen in die Endstation Deponie.
Experimente in Millionstelsekunden
Myonen à instabile Elementarteilchen à bieten Forschenden wichtige Einblicke in den Aufbau der Materie. Sie liefern Informationen über Vorgänge in modernen Materialien, über die Eigenschaften von Elementarteilchen und über die Grundstrukturen der physikalischen Welt. Viele Myonenexperimente sind nur am Paul Scherrer Institut möglich, weil hier besonders intensive Myonenstrahlen zur Verfügung stehen.
Die Luft in der Pariser Megacity: besser als ihr Ruf
Megacities werden in der Öffentlichkeit oft als grosse Luftverschmutzer à auch ihres Umlands- wahrgenommen. Jüngste Studien aber stellen den Millionenstädten kein so schlechtes Umweltzeugnis aus. Ein internationales Forscherteam mit Beteiligung des Paul Scherrer Instituts PSI bestätigt nun anhand von Aerosolmessungen in Paris, dass sogenannte postindustrielle Metropolen die Luftqualität ihrer nahen Umgebung weit weniger beeinflussen als man denken mag.
Der Experimentideen-Sammler
Interview mit Bruce PattersonDer Röntgenlaser SwissFEL soll Forschenden die Möglichkeit bieten, neuartige Experimente durchzuführen und so wichtige Einsichten für ihre Fachgebiete zu gewinnen. Doch wie weiss man, welche Forschenden von der Anlage profitieren können, welche Fragestellungen man da untersuchen kann und wie die Anlage ausgestattet sein muss, damit man sie am besten nutzen kann? Dazu ein Interview mit dem Experimentideen-Sammler Bruce Patterson. Das Interview stammt aus der neuesten Ausgabe des PSI-Magazins Fenster zur Forschung.
Winzige Magnete als Modellsystem
Wissenschaftler untersuchen an Nano-Stäbchen, wie sich Materie ordnetUm die magnetischen Wechselwirkungen zwischen Atomen sichtbar zu machen, haben Forschende am PSI ein Modellsystem entwickelt. Es ist so gross, dass es sich bequem unter einem Röntgenmikroskop beobachten lässt und imitiert doch die kleinsten Bewegungen in der Natur. Das Modell: Ringe aus jeweils sechs nanometergrossen magnetischen Stäbchen. Bei Raumtemperatur schwanken die Magnetisierungsrichtungen der einzelnen kleinen Stäbchen ständig und auf natürliche Weise. Die magnetischen Wechselwirkungen zwischen den Stäbchen konnten die Wissenschaftler deshalb in Echtzeit beobachten.
Tiny Magnets as a Model System
Scientists use nano-rods to investigate how matter assembles
In the microscopic world, everything is in motion: atoms and molecules vibrate, proteins fold, even glass is a slow flowing liquid. And during each movement there are interactions between the smallest elements - for example, the atoms - and their neighbours. To make these movements visible, scientists at the Paul Scherrer Institute PSI have developed a special model system.
Atomic motions untangled
The pursuit of capturing motion in a movie bears an obvious fascination irrespective of the time scales involved. In the atomic and molecular world where the masses are so light and the distances small the relevant time scale shifts to the ubpicosecond range and the motions become frantic especially for larger molecular systems
Atomic motions untangled
The pursuit of capturing motion in a movie bears an obvious fascination irrespective of the time scales involved. In the atomic and molecular world where the masses are so light and the distances small the relevant time scale shifts to the subpicosecond range and the motions become frantic especially for larger molecular systems.
Alternativ-Routen für Velofahrer und Fussgänger
Durch die Bauarbeiten für den SwissFEL kommt es im Würenlinger Wald zu Sperrungen und Umleitungen. Alternativ-Routen für Velofahrer und Fussgänger werden angeboten.
Effect of surface charge density on the affinity of oxide nanoparticles for the vapor–water interface
Using in-situ X-ray photoelectron spectroscopy at the vapor-water interface, the affinity of nanometer-sized silica colloids to adsorb at the interface is shown to depend on colloid surface charge density. In aqueous suspensions at pH 10 corrected Debye-Hückel theory for surface complexation calculations predict that smaller silica colloids have increased negative surface charge density that originates from enhanced screening of deprotonated silanol groups by counterions in the condensed ion layer.
Ein hauchdünner Speicher aus Kohlenstoff
Für die Entdeckung und Charakterisierung des Wundermaterials Graphen à eine genau 1 Atom dünne Schicht aus Kohlenstoff à erhielten zwei russischstämmige Physiker im Jahr 2010 den Nobelpreis und viel Medienrummel. Seit der ersten Isolierung von Graphen stürzten sich deshalb weltweit Wissenschaftler auf die Suche nach Anwendungen. Forscher am Paul Scherrer Institut PSI haben nun die Grundlagen für einen Graphen-basierten Superkondensator erarbeitet. Mit dessen Hilfe liesse sich etwa die Lebensdauer von Batterien in Hybridautos deutlich verlängern.
Baustart im Würenlinger Wald
Im Würenlinger Wald haben die Bauarbeiten für den SwissFEL begonnen. In den kommenden eineinhalb Jahren wird das Gebäude für die neue Grossananlage des Paul Scherrer Instituts PSI errichtet.
Forschen am SwissFEL: Blick in magnetische Materialien
Materialien mit besonderen magnetischen Eigenschaften spielen für moderne Technologien eine wichtige Rolle à etwa in Festplatten, auf denen Informationen im Computer gespeichert werden. Forschungen am SwissFEL werden helfen, neue magnetische Materialien zu entwickeln und schnelle Veränderungen in solchen Materialien live zu beobachten. So könnte man sehen, was genau in einer Festplatte geschieht, wenn man den Speicherinhalt ändert.
Germanium – zum Leuchten gezogen
Forscher des PSI und der ETH Zürich haben mit Kollegen vom Politecnico di Milano in der aktuellen Ausgabe der wissenschaftlichen Fachzeitschrift "Nature Photonics" eine Methode erarbeitet, einen Laser zu entwickeln, der schon bald in den neuesten Computern eingesetzt werden könnte. Damit könnte die Geschwindigkeit, mit der einzelne Prozessorkerne im Chip miteinander kommunizieren, drastisch erhöht werden. So würde die Leistung der Rechner weiter steigen.
Radiation grafted membranes developed at PSI outlast state-of-the art commercial membranes in the fuel cell
Components for the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) are required to show high performance and durability under application relevant conditions. Furthermore, for commercial viability the materials and processes for component fabrication need to be of los cost. The polymer electrolyte membrane developed at PSI on the basis of the radiation grafting technique has the potential of being produced in cost-effective manner. In recent years, we have collaborated with the Belenos Clean Power to further develop the membrane to commercial competitiveness.
On Proton Conductivity in Porous and Dense Yttria Stabilized Zirconia at Low Temperature
The electrical conductivity of dense and nanoporous zirconia-based thin films is compared to results obtained on bulk yttria stabilized zirconia (YSZ) ceramics. Different thin film preparation methods are used in order to vary grain size, grain shape, and porosity of the thin films. In porous films, a rather high conductivity is found at room temperature which decreases with increasing temperature to 120 °C. This conductivity is attributed to proton conduction along physisorbed water (Grotthuss mechanism) at the inner surfaces.
Memory-Effekt nun auch bei Lithiumionen-Batterien nachgewiesen
Lithiumionen-Batterien dienen als leistungsstarke Energiespeicher in vielen kommerziellen Elektronikgeräten. Sie können viel Energie auf kleinem Raum und bei relativ geringem Gewicht fassen, so viel steht fest. Zudem eilt ihnen der gute Ruf voraus, keinen Memory-Effekt aufzuweisen. Darunter verstehen Fachleute eine Abweichung der Arbeitsspannung der Batterie, die bei unvollständigem Laden bzw. Entladen auftritt und dazu führen kann, dass die gespeicherte Energie nur teilweise nutzbar und der Ladezustand der Batterie nicht zuverlässig abzuschätzen ist. Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI haben nun, zusammen mit Kollegen des Toyota-Forschungslabors in Japan, bei einem weit verbreiteten Typ der Lithiumionen-Batterie doch einen Memory-Effekt entdeckt. Besonders hohe Relevanz besitzt der Fund im Hinblick auf den bevorstehenden Einzug der Lithiumionen-Batterien in den Elektromobilitätsmarkt. Die Arbeit erschien heute in der Fachzeitschrift Nature Materials
Der goldene Weg, schädliche Abgase im Auspuff zu ersticken
Abgase aus der Dieselverbrennung werden mit Hilfe einer wässrigen Lösung aus Harnstoff von schädlichen Stickstoffoxiden befreit. Das ist der Stand der Technik. Der Harnstoff zerfällt dabei zu Ammoniak und dieser wiederum reduziert die Stickoxide zu harmlosem Stickstoff. Die Harnstofflösung kann jedoch unerwünschte feste Rückstände bilden und zudem bei strenger Kälte gefrieren. Nun haben Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI einen Katalysator entwickelt, mit dem bessere Reduktionsmittel als Harnstoff für die Stickoxidverminderung genutzt werden können.
Röntgen-Laser: Auf dem Weg zur Strukturbestimmung von Nanoteilchen
An Freie-Elektronen-Röntgen-Lasern wie dem zukünftigen SwissFEL des Paul Scherrer Instituts PSI sollen unter anderem die Strukturen von komplexen Nanoteilchen bis hin zu Biomolekülen untersucht werden. Dabei ist nicht nur die eigentliche Messung eine Herausforderung, sondern auch die Rekonstruktion der Struktur aus den Messdaten. Forscher des PSI haben nun einen optimierten mathematischen Weg aufgezeigt, wie man aus so gewonnen Messdaten eine deutlich bessere Auflösung bei der Bestimmung der Struktur eines einzelnen Teilchens erhält. Das Verfahren wurde an der Synchrotron Lichtquelle Schweiz des PSI erfolgreich getestet.
Motorenöl hinter Metall beobachten
Am liebsten würden sie durch das Metallgehäuse der Kupplung hindurchsehen, die Entwickler der Firma LuK (D). Sie möchten beobachten, wie sich das Öl verteilt, das die Kupplung schmiert und kühlt. Eine transparente Scheibe ist aber rasch verschmutzt und Röntgenstrahlen zeigen nur das Metall. Die Ingenieure wandten sich deshalb an die Wissenschaftler des Paul Scherrer Instituts, die mit Neutronen das Metall durchleuchteten und das Schmieröl sichtbar machten. Vom Resultat waren alle überrascht: Nur drei von acht Lamellen waren ausreichend geschmiert.
Applications of laser printing for organic electronics
The development of organic electronic requires a non contact digital printing process. The European funded e-LIFT project investigated the possibility of using the Laser Induced Forward Transfer (LIFT) technique to address this field of applications. This process has been optimized for the deposition of functional organic and inorganic materials in liquid and solid phase, and a set of polymer dynamic release layer (DRL) has been developed to allow a safe transfer of a large range of thin films.
Electric-Field-Induced Polar Order and Localization of the Confined Electrons in LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures
With ellipsometry, x-ray diffraction, and resistance measurements we investigated the electric-field effect on the confined electrons at the LaAlO3/SrTiO3 interface. We obtained evidence that the localization of the electrons at negative gate voltage is induced, or at least enhanced, by a polar phase transition in SrTiO3 which strongly reduces the lattice polarizability and the subsequent screening. In particular, we show that the charge localization and the polar order of SrTiO3 both develop below ∼50 K and exhibit similar, unipolar hysteresis loops as a function of the gate voltage.
Soft x-ray photoelectron spectroscopy on buried complex oxide interfaces: a new method to diagnose authentic protected electronic structures
Exotic phenomena at interfaces of complex oxides are highly promising for future solid-state electronics applications. A prominent example is the interface of two wide band gap insulators formed by growing a LaAlO3 layer on TiO2-terminated SrTiO3 substrate. When the LaAlO3 thickness exceeds 3 unit cells this system undergoes a sharp insulator-to-metal transition with a two-dimensional electron gas (2DEG) appearing at the interface.
Von Methan zu Methanol- oder wie man die Fackeln der Verschwendung löscht
In aus dem Weltraum aufgenommenen Nachtfotos sind die grossen Metropolen der Erde an der Flut ihrer öffentlichen Beleuchtung leicht zu erkennen. Wohl nur das geübte Auge kann da jedoch nebst New York oder Tokyo auch den Standort mancher Erdölförderbrunnen ausmachen. Das Licht stammt in diesem Fall primär aus der Verbrennung von Methan. Diese Verschwendung eines energiereichen Gases hat gravierende ökonomische und ökologische Folgen. PSI-Forschende sind auf der Suche nach einer Lösung: die Umwandlung von Methan zum flüssigen Energieträger Methanol
Szenarien für den Umbau des Schweizer Stromsystems
Mit ihrem eigens für den Schweizer Stromsektor angepassten Modell STEM-E haben Forscher des Paul Scherrer Instituts PSI verschiedene Szenarien der zukünftigen Schweizer Stromversorgung analysiert. Sie kommen zu dem Schluss, dass jede Alternative zur heutigen Stromversorgung mit zusätzlichen Systemkosten, mit Risiken und Chancen verbunden sein wird. Auch Nachaltigkeitsziele wie der Klimaschutz und die Unabhängigkeit vom Ausland bei der Stromversorgung der Schweiz könnten Abstriche erleiden. Zudem deutet die Analyse der PSI-Wissenschaftler darauf hin, dass die Stromerzeugungskosten bis 2050 wahrscheinlich um mindestens 50 Prozent steigen werden.
Magnetic Cluster Excitations
Magnetic clusters, i.e., assemblies of a finite number (between two or three and several hundred) of interacting spin centers which are magnetically decoupled from their environment, can be found in many materials ranging from inorganic compounds and magnetic molecules to artificial metal structures formed on surfaces and metalloproteins.
Vorteile des SwissFEL: warum Laser?
Der SwissFEL wird sehr kurze und sehr intensive Blitze aus Röntgenlicht mit Lasereigenschaften erzeugen. Die Lasereigenschaft macht das Licht besonders intensiv und ermöglicht es, den genauen Aufbau von Molekülen zu gewinnen, von denen man mit normalem Licht höchstens ein verschwommenes Bild bekäme.
Eine neue Generation von Lithium-Batterien rückt der industriellen Umsetzung näher
Lithiumionen-Batterien stellen heute eine der besten Technologien für elektrochemische Energiespeicherung dar. Sie weisen eine hohe Energiedichte bzw. spezifische Energie auf und eine genügend lange Lebensdauer für den Einsatz in Mikroelektronikgeräten und Autos. Der kommerzielle Aufstieg der Li-Ionen-Batterien in den letzten zwei Jahrzehnten ist eindrücklich. Doch Verbesserungen sind immer noch möglich, und daran arbeiten auch Forscher am Paul Scherrer Institut PSI. Gleichwohl ist das Potenzial der Li-Ionen-Batterie chemisch begrenzt: Eine noch höhere Energiedichte, kritisch vor allem für die Elektromobilität , wird nur durch den Einsatz anderer, neuer Batterietypen erreichbar sein.
Freie Bahn für den SwissFEL
Mit der Vorlage aller erforderlichen Bewilligungen fällt der Startschuss für den Bau des SwissFEL, der neuen Grossanlage des Paul Scherrer Instituts PSI.
Die grossen Unbekannten bei Eis und Schnee
Bei etwas so scheinbar Alltäglichem wie Eis und Schnee gibt es noch eine lange Liste unerforschter Phänomene. Thorsten Bartels-Rausch sucht Antworten auf die grossen offenen Fragen auf molekularer Ebene und hat soeben in der Fachzeitschrift Nature diese Fragen kommentiert.