Wenn Gustav Nyström einen Baum sieht, sieht er mehr als ein biologisches Wunderwerk. «Ein Baum ist ein gross­arti­­ges Beispiel dafür, wie in der Natur beziehungsweise in der Evolution Funk­tiona­lität, Struktur und Schönheit miteinander verschmelzen», sagt der neue Leiter der Empa-Forschungsabteilung «Cellulose & Wood Materials». Stamm, Blätter und Wurzeln sind für ihn aber auch eine Quelle für neuartige Materialien, die eine enorme Fülle von Anwendungen ermöglichen. Und gerade weil Wälder ein Drittel der Schweizer Landesfläche bedecken und eine nachhaltige und gut nutzbare Ressource sind, ist Holz für Nyström so faszinierend.

In Zeiten des Klimawandels ist der Forscher überzeugt, dass man auf CO₂-neutrale Rohstoffe setzen sollte. Und damit liegt er im Trend der aktuellen Kreativen, die Wolkenkratzer und sogar Velos aus Holz designen. Nyström will gleichfalls das Potenzial, das Holz als Rohstoff bietet, maximieren, indem er Holz mit völlig neuen Eigenschaften versieht. Wird Holz beispielsweise elektrisch leitfähig, magnetisch oder mit Hilfe von Mikroorganismen strukturell verändert, können innovative Kompositmaterialien für neue Anwendungen entstehen.

Zwar baut Nyström ebenfalls auf die spezifischen mechanischen und molekularen Eigenschaften des Rohstoffs. Seine Ideen dringen jedoch um einiges weiter in die Tiefe der Materie als bis anhin. Denn die Komponenten, aus denen Holz zusammengesetzt ist, lassen sich im Nanobereich zu neuen Materialien zusammenfügen, die im Ergebnis kaum mehr Ähnlichkeit mit dem altbekannten Werkstoff haben. So arbeitet sein Team etwa mit zähflüssiger Nanozellulose. Als Hydrogel lässt sich Nanozellulose mittels 3-D-Plotter beispielsweise zu Sensoren ausdrucken, die in Sportkleidung oder in der Robotik eingesetzt werden können.

«Als Forscher will ich die Zusammenhänge derartiger neuer High-Performance-Materialien verstehen. Aber ich will mit meiner Arbeit vor allem zu einer besseren Zukunft beitragen», sagt Nyström. Eines seiner neuen Projekte ist eine Batterie … aus Papier. «Bestimmte Strukturen im Holz lassen sich zur Energiespeicherung nutzen», erklärt er. Der gebürtige Schwede hat sich bereits während seiner Dissertation in Uppsala mit energiespeichernden Nanofibrillen aus natürlich vorkommender Zellulose beschäftigt. Nun will er ein Projekt zu Batterien aus Papier an der Empa starten.

Gustav Nyström: Nach dem Physikstudium am KTH Royal Institute of Technology in Stockholm und an der Technischen Universität Darmstadt erwarb der gebürtige Schwede 2012 den Doktortitel an der Universität Uppsala in Schweden in organischer Elektronik und papierbasierter Energiespeicherung. Vor seiner Tätigkeit an der Empa war Nyström im Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie an der ETH Zürich als leitender Wissenschaftler und Dozent tätig. Seit März 2018 arbeitet der 38-Jährige an der Empa und leitet die Abteilung für Cellulose & Wood Materials.

Nyström fokussiert sich auf dringliche Probleme unserer Zeit wie eben Energiespeicherung und sucht Lösungen auf der Basis neuer Materialien. Dazu gehören die Batterien aus nachhaltigen Rohstoffen, die sich in der Umwelt von allein abbauen, aber auch Getränkeflaschen aus Holzbestandteilen – Stichwort Plastikmüll. Hierzu entwickelt sein Team Polymere auf Holzbasis und Zellulosepartikel in Kombination mit Proteinen, die umweltbelastende Alltagsgegenstände wie Plastikflaschen oder transparente Verpackungsfolien ersetzen sollen, ohne als Müllinsel die Ozeane zu verschmutzen. Limonade in Zelluloseflaschen und Folien aus umweltfreundlichen Polymeren sind für Nyström keine Utopie, sondern eine notwendige Selbstverständlichkeit.

Essenziell für das Gelingen ist die Vielfalt in seinem Team, davon ist Nyström überzeugt. So legt er Wert darauf, dass möglichst viele verschiedene Disziplinen vertreten sind. Es mag ungewöhnlich klingen, dass er als Physiker in seinem jetzigen Forschungsbereich aufgeht. Doch umgeben von Chemikern, Holzwissenschaftlern und Biophysikern bleibe das Denken eben immer beweglich und vor allem kritisch. Und nur in diesem Schmelztiegel der Disziplinen könne Kreativität entstehen. Das gelte ebenfalls für die Herkunft der Forschenden.

«Ich schätze die Internationalität in unserem Team. Die Forschenden bringen interessante Erfahrungen mit, und wir profitieren davon, dass an anderen Universitäten andere Inhalte in anderem Stil vermittelt werden», sagt Nyström. Er selbst hat in Schweden und Deutschland studiert. Sein Kindheitstraum sei dies aber nicht gewesen. «Ich bin auf dem Land aufgewachsen. Als Kind wollte ich Fischer werden. Unter ‹Professor› konnte ich mir nichts vorstellen.» Heute bezeichnet er sich selbst als kreativ, fokussiert und vor allem gut organisiert. «Ich habe drei kleine Kinder. Damit ich meine Zeit zwischen Arbeit und Familie gut balancieren kann, muss ich praktische und stimmige Lösungen finden, um dem Wirbel des Alltags zu trotzen.»

Der Erfolg eines Teams fusse zudem auf der Offenheit, mit der kommuniziert werde. «Kreativität entsteht nur dann, wenn Gedanken und Informationen geteilt und kritisch hinterfragt werden.» Wenn aber niemand das Risiko eingehen wolle, seine Ideen zu teilen, entstünden keine neuen Projekte.

Letztlich sollen in Nyströms Labor auf der Basis von Holz und Zellulose neue Kompositmaterialien entstehen, deren Entwicklung in allen Bereichen des Forschungsfeldes verwurzelt ist. Proteine aus Holzschädlingen, Nanozellulose aus Algen oder feuerfestes Holz – gerade im Zusammenspiel der Forschungsansätze sieht Nyström das grosse Potenzial. «Exzellente Forschung kann zwar bedeuten, dass man ein Puzzleteilchen für ein hochkomplexes Problem findet», sagt er. «Ich finde es aber eleganter, einfachere Lösungen zu finden, die potenziell mehr Menschen helfen können. Statt das allerschwierigste Puzzle der Welt zu lösen, geht es manchmal vielleicht darum, erst einmal ein einfacheres Puzzle zu erfinden.» Und gerade darum schätzt es Nyström, an der Empa Grundlagenforschung mit industrieller Anwendung zu verknüpfen. «International steht die Schweiz in der Forschung zu Zellulose und Holz mit Schwergewichten wie Kanada oder den USA in Konkurrenz. Und doch halten wir ausgezeichnet mit.»