Projekti / Programi
Separacijski in drugi procesi za nizkoogljično, bio in krožno gospodarstvo ter trajnostni razvoj
01. januar 2017
- 31. december 2021
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| 2.04.00 |
Tehnika |
Materiali |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
| 2.05 |
Tehniške in tehnološke vede |
Materiali |
alge, biomasa, (bio)oglje, polimeri, piroliza, uplinjanje, elektroporacija, bio in alternativna goriva, funkcionalni materiali, reaktorski in reakcijski sistemi, kemijsko inženirstvo, separacijski procesi, sekvestracija ogljikovega dioksida, bio in krožno gospodarstvo, trajnostni razvoj
Raziskovalci (13)
Organizacije (2)
Povzetek
Nizkoogljično, na proizvodnji in uporabi biomase zasnovano krožno gospodarstvo s trajnostnim/uravnoteženim razvojem predstavlja temeljno izhodišče oblikovanja programa. Predlagane vsebine so skladne z evropskimi in svetovnimi trendi ter omogočajo doseganje ekonomske učinkovitosti in konkurenčnosti nacionalnega gospodarstva v obeh prostorih.
Kemijsko inženirstvo in sestavine kot so separacijski procesi delujejo kot povezovalni člen med panogami pri razvoju novih produktov in njihovem prenosu v proizvodne procese na ekonomičen in trajnosten način. Gre za pod-področja kot so: separacijski procesi, procesna sistemska tehnika in varovanje okolja ter njihove povezave na področji energetike in gradbeništva. Razen sistemskega nivoja se osredotočamo tudi na posamezna specifična področja-specializacije kot so: funkcionalni materiali (i), pridelava in uporaba biomase ter biotehnologije (ii) in procesi/tehnologije napredne predelave biomase (uplinjanje, piroliza) (iii). Sistemski ali skupni nivo, ki zagotavlja celovitost programa in omogoča povezovanje z drugimi panogami/strokami, obravnavamo kot področje (iv).
Opredeljena področja predstavljajo izhodišča za raziskovanje le-teh, ki se pri prenosu v industrijo (rezultati: znanstvene objave, predavanja in predstavitve, mednarodno mreženje) pojavljajo kot novi proizvodni procesi oziroma novi proizvodi (rezultati pilotne naprave, patenti, objave, predavanja, predstavitve). Opisani rezultati predstavlja tudi najpomembnejše družbeno-ekonomske dosežke raziskovalne skupine.
Za prenos v industrijsko prakso (stopnja tehnološke pripravljenosti-TRL 3-4 in 5-6) so ključne raziskave fenomenov reakcijskih mehanizmov, kemijsko inženirske termodinamike, reakcijske kinetike, transportnih pojavov (prenos toplote in snovi), snovne in toplotne integracije procesov, modeliranja, katalize (tudi bio-katalize) ter povečevalnih metod in kriterijev, optimiranje delovanja procesnih sistemov. Omenjeno omogoča prenos raziskovalnih dosežkov iz laboratorija v gospodarstvo na nivojih produkta, procesa in opreme. Kot faza v navedenih aktivnostih je pilotna naprava (TRL 5-6), ki omogoča študij kriterijev za nelinearno povečevanje kapacitet in analizo značilnosti procesov pri tem. S pomočjo takšnega pristopa ugotavljamo prenosne funkcije in specifičnosti posameznega tehnološkega procesa. Kemijsko in procesno inženirstvo predstavlja za kemijske in večino drugih produktov (živilski produkti, polimeri, guma, barve in laki, steklo, keramika, kovine …) potrebno podlago za kvaliteten in na ekonomiki utemeljen prenos znanj iz laboratorija (TRL 3-4) na pilotno merilo (TRL 5-6) opreme ter nadalje na industrijsko merilo (TRL 7-9).
Program podpira sodelovanje z drugimi RO in podjetji ter regionalni kakor nacionalni razvoj v mrežnem sodelovanju in predvideva izobraževanje kadrov tako diplomantov kakor doktorandov.
Program je zasnovan tako, da omogoča doseganje izvirnosti in znanstvene odličnosti z mednarodnimi objavami in patentnimi prijavami.
Pomen za razvoj znanosti
Z raziskavami različnih tako reakcijskih kakor faznih (plin-trdno-tekoče) kemijsko inženirskih sistemov odkrivamo nove možnosti za izboljšanje obstoječih procesov in njihovo nadgradnjo v smislu porabe energije, selektivnosti in izkoristkov. S tem odpiramo nova raziskovalna področja (piroliza tekoče-trdno) ali prikazujemo nove razvojne možnosti za izboljševanje procesa (piroliza, ekstrakcija sladkorja). Primer ekstrakcije sladkorja iz pese kaže, kako je mogoče z uvajanjem novega pristopa elektroporacije zamenjati termični energijsko zahteven proces z drugim učinkovitejšim. Takšni prispevki k temeljnemu znanju o obravnavanih procesih z osredotočanjem na možnosti prenosa fenomenov na industrijsko merilo predstavljajo osnovno gonilo za nastajanje zamisli o novih izdelkih in tehnologijah. S tem tudi odpiramo novo raziskovalno področje za separacijske procese v biotehnologiji.
Procesi, ki jih obravnavamo, so največkrat stari in v osnovi znani, njihova uporaba v industrijskih procesih za nove namene (pretvorba biomase in odpadkov v energijo) pa pomembna. Z raziskavami dajemo originalen prispevek k razvoju znanosti za reševanje znanih problemov z novimi tehnološkimi rešitvami in tudi pristopi. Primer je koncept krožnega gospodarstva, ki uvaja novo zamisel o nujni skrbi za uporabnost vseh stranskih produktov obravnavanih reakcijskih in separacijskih sistemov. Z odpiranjem novih originalnih tehnoloških konceptov poglabljamo inženirska znanja potrebna za razvoj novih procesov in naprav, ki jih je potrebno nadalje raziskovati integrirati in razviti potrebna znanstvena ozadja za njihovo uresničitev.
Rezultati raziskave dajejo pomemben prispevek k razumevanju procesa pirolize različnih bio in alternativnih goriv kot vhodni material za pridobivanje plinskih in tekočih energentov ali novih materialov (bio-bitumen na osnovi materialov lokalnega izvora). Osnovne raziskave so usmerjene v raziskovanje fenomenov, ki omogočajo načrtovanje tehnologije pirolize in uplinjanja nove generacije ter tako omogočajo prehajanje v bolj trajnostni razvoj kot je energetika na podlagi fosilnih goriv.
V bioprocesih kot je gojenje alg želimo prispevati k razumevanju mehanizmov gojenja alg z usmerjanjem količin in sestave vsebin alg kot novega surovinskega vira na podlagi ponora-absorbcije CO2. Z raziskavami možnosti snovnega in energetskega optimiranja in integracije v širše sisteme procesov želimo prispevati k vedenjem o možnostih ekonomičnega in okoljsko učinkovitejšega (odtisi, ogljika energije, nič odpadkov) obratovanja obratov za pretvorbo bio in alternativnih goriv (napredna uporaba biomase idr.) v elektriko in toploto (kogeneracija) ter materiale (soproizvodnja). Tako bomo lažje usmerjali bodoče raziskovalno delo pri razvoju učinkovitejše procesne opreme in tehnologije, ki bo omogočala intenzivnejše večanje zamenjave fosilnih goriv z obnovljivimi in povečuje možnosti lokalne pridelave biomase.
Z raziskovanjem novih konceptov odpiramo možnosti razvoja omogočitvenih procesov in tehnologij za razvoj krožnega bio gospodarstva. Omogočajo oblikovanje novih teoretičnih izhodišč in zamisli pri bodočih strategijah proizvodnje in uporabe bio in alternativnih goriv. Raziskave funkcionalnih materialov (biooglje, adsorbenti na osnovi zeolitov idr.) prispevajo k razumevanju funkcionalnih lastnosti za uporabo v sistemih procesov rabe verig kemijskega in produktnega inženirstva in dvigujejo nivo znanj s tem pa možnosti za njihovo konkurenčno in trajnostno naravnano proizvodnjo.
Kemijsko inženirska znanost predstavlja del omogočitvenih znanj za pretvorbo naravoslovnih rezultatov (fenomenov) v procese, tehnologijo in nove produkte tako za stare kakor nove trge in potrebe na njih. Z razvojem inženirskih znanosti in njihovo integracijo – povezavo z drugimi področji usmerjamo tok znanj k produktivnim rešitvam, potrebnim za uspešen tehnološki razvoj.
Usmerjamo razvoj inženirske znanosti na nove tehnološke koncepte/zasnove, ki se potrjujejo na laboratorijskem (TRL 3-4) in
Pomen za razvoj Slovenije
Raziskovalni program prispeva k uresničevanju Raziskovalne in inovacijske strategije Slovenije 2011-2020 s ciljem dviga kakovosti življenja, učinkovitega reševanja družbenih izzivov in prispevanja k dvigu dodane vrednosti na zaposlenega z doseganjem ciljev programa:
Razvoj novih proizvodov in tehnologij
Razvoj in optimiranja tehnoloških procesov, ekološko - energetsko učinkovitost
Povečevanje dodane vrednosti proizvodov
Ustvarjanje višjega tehnološkega nivoja za zahtevnejša delovna mesta
Usposobljenost družbe za sledenje tehnološkemu razvoju
Izboljševanje metodologije prenosa iz RR sfere v gospodarstvo
Vzgoja in usposabljanje kadrovskih potencialov (vzgoja inženirjev in doktorjev inženirskih znanosti)
Razvoja novih proizvodov kot temeljnega cilja, ki omogoča znotraj podjetja razvoj inovativnosti, na trgu pa konkurenčnost ni mogoče zasnovati brez relevantnih zamisli. Izvor novih zamisli so raziskave, katerih rezultati omogočajo kreiranje novih proizvodov, tehnologij, procesov, naprav in opreme na področju funkcionalnih materialov (anorganski, organski in kompoziti), tehnologij napredne uporabe biomase (uplinjanje, piroliza idr.) ter krožnega in bio gospodarstva (akumulacija CO2, bioproizvodi, povečevanje lokalne pridelave biomase, reakcijski in reaktorski sistemi idr.).
Z uvajanjem naprednih procesnih konceptov kemijskega in produktnega inženirstva se na vseh velikostnih obsegih (skalah) procesnih enot in sistema produkt-proces-oprema odpirajo nove specializacije predvsem pri zasnovah reaktorjev in reakcijskih sistemov. To velja tako za znane procesne sisteme (npr. uplinjanje, piroliza, itd.) kakor za radikalno nove procesne zasnove (piroliza trdno-tekoče ipd.).
Z raziskavami in razvojem laboratorijskih in pilotnih naprav omogočamo raziskave procesov in metod njihovega povečevanja na industrijski nivo na specifičnih procesnih področjih, ki omogočajo njihov prehod v industrijsko fazo to je prehod na trg (TRL 7-9). S tem omogočujemo (»enable«) uresničevanje bistva družbeno-ekonomske relevantnosti kemijsko inženirskega področja za usmerjanje gospodarstva v novo trajnostno razvojno paradigmo in doseganje relevantnosti ter konkurenčnosti v mednarodnem prostoru.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2017,
2018,
2019
