Projekti / Programi
Kemijsko reakcijsko inženirstvo
01. januar 2020
- 31. december 2027
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
kemijsko procesno inženirstvo; več-ravensko napovedno modeliranje; kemijska reakcijska kinetika, upori transportnih pojavov, heterogeni katalitski materiali
Podatki za zadnjih 5 let (citati za zadnjih 10 let) na dan
18. april 2024;
A3 za obdobje
2018-2022
| Baza |
Povezani zapisi |
Citati |
Čisti citati |
Povprečje čistih citatov |
| WoS |
620 |
18.200 |
16.484 |
26,59 |
| Scopus |
637 |
19.848 |
18.049 |
28,33 |
Raziskovalci (43)
Organizacije (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Razisk. organizacija |
Kraj |
Matična številka |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
0104 |
Kemijski inštitut |
Ljubljana |
5051592000 |
20.942 |
Povzetek
Odkar je bil skovan izraz Kemijsko inženirstvo, se je slednji dotikal tako raznolikih vidikov gospodarskega življenja, kot so npr. potrošniške dobrine ali proizvodnja jedrske energije. Običajno kemijsko inženirstvo, kot ga poznamo, je razvilo orodja, ki jih bodo vsi povezani inženirji takoj prepoznali kot energijske in snovne bilančne enačbe, korelacije prenosnih pojavov, kinetika reakcijskih hitrosti itd. Rojstvo naftne industrije pa je pomenilo preboj najbolj prelomnih odkritij.
Kemijsko reakcijsko inženirstvo igra sorazmerno osrednjo vlogo, saj lahko skozi raziskave reakcij, kinetike in reaktorjev vplivamo na obseg potrebnih pripravljalnih ali zaključnih enot, npr. destilacij, luženja, absorpcij itd. Program Javne agencije za raziskovalno dejavnost Republike Slovenije (ARRS) omogoča sredstva za nadaljevanje razvoja kemijskega reakcijskega inženirstva, ki se nepretrgoma sooča z izzivi, ki zrcalijo tiste, s katerimi se srečuje človeštvo: podnebje, energija, zdravje, materiali in transport.
Nadalje, Kataliza je ena izmed najbolj splošno razširjenih, izrazito presečnih in ključnih ved v obstoječi kemijski industriji, prav tako pa je pogosto neločljivo povezana s kemijskim reakcijskim inženirstvom, od načrtovanja katalitskih snovi do reaktorjev. Za razliko od preteklosti je dandanes potrebno napredne katalitske snovi načrtovati skupaj z reaktorji, pa tudi postopki, kar že samo po sebi predstavlja izziv zaradi različnih časovnih/prostorskih ravni, ki jih srečujemo (od atomov do kemijskih obratov).
Program ARRS Kemijsko Reakcijsko Inženirstvo je- pa tudi bo naslavljal ključne izzive kemijskega reakcijskega inženirstva, ki so razpoznani kot življenjskega pomena v 21. stoletju:
1. Pretvorba ogljikovega dioksida: glavni tehnološki izziv je povezan z obstojnostjo CO2, ki zahteva nove reaktorske sestave, da bi presegli ravnotežja, ali neobičajne postopke vzbujanja/pretvorbe, npr. foto-kataliza.
2. Pretvorba zemeljskega plina: preden bomo vstopili v prihodnjo nizko-ogljično družbo, bodo surovine zemeljskega plina igrale zelo pomembno vlogo, zamenjujoč nafto, postopki pretvorbe, ki niso osnovani na reformiranju, pa prednjačijo v razvoju.
3. Spojine iz biomase: razvoj možnosti delov biomase na osnovi celuloze, hemi-celuloze in lignina za proizvodnjo bio-osnovanih furanov, aromatov in drugih uporabnih snovi (neposredno zamenljivih ali celo izboljšanih).
4. Načrtovanje elektro-katalitskih reakcij: elektrifikacija običajnih kemijskih postopkov postaja opazna, od začetnih gorivnih celic do dejanskih porajajočih se elektro-pretvorb.
5. Farmacevtsko procesno inženirstvo: prehod od kemijske priprave aktivnih farmacevtskih učinkovin (API) do bio-učinkovin na osnovi proizvodnje preko celičnega metabolizma.
V podporo bomo uporabljali več-ravenski popis postopkov. Slednji povezuje načrtovanje, napoved in izboljševanje slednjih s katalizo, prehajajoč od ab initio kinetike, katalitske pretvorbe na srednji velikostni ravni (»mesoscale«) in prenosnih pojavov na nivoju reaktorjev.
Pomen za razvoj znanosti
Pomen programa Kemijsko reakcijsko inženirstvo za nadaljnji razvoj znanosti gre iskati v poglabljanju temeljnega razumevanja ključnih pretvorb, ki so pomembne za pridobivanje ali pretvarjanje potrebne energije, proizvodnjo vsakdanjih dobrin ali spreminjanju bivanjskega okolja, ki nas pomembno zaznamuje, recimo podnebje. Inženirstvo teh reakcij oziroma pretvorb nam omogoča soočanje z izzivi prihodnosti. Načrtovanje, napovedovanje in izboljševanje reakcijskih mehanizmov je vse lažje s povečevanjem računalniških zmogljivosti, in situ meritvami in izdelavo reaktorskih enot »po meri«, pa vendar so tudi izzivi 21. stoletja veliko težji, kjer že delček odstotka izkoristka ali dobitka lahko odloča o končni gospodarnosti proizvodnje.
Razvoj temeljne znanosti pa gre z roko v roki tudi z uporabno, kjer se razvite prvine prenašajo v vsakodnevno gospodarsko resničnost, ki se odraža v povezavah Programa z največjimi svetovnimi kemijskimi proizvodnimi podjetji, npr. BASF, DowDuPont, Mitsubishi Chemical itd.
1. Pretvorba ogljikovega dioksida: CO2 predstavlja najpomembnejši toplogredni plin, ki ga proizvaja človek, in hkrati enega največjih rezervoarjev ogljika na Zemlji. V sklopu programa razvijamo načine za aktivacijo in pretvorbo CO2 v metanol in druge dragocene kemikalije, s čimer rešujemo problem globalnega segrevanja. Eksperimentalno delo, ki vključuje sintezo katalizatorjev, razvoj pilotskih reaktorjev in analitiko, nadgrajujemo z modeliranjem, kjer smo v vrhu večnivojskega modeliranja. Razvoj in uporaba metod za večnivojsko modeliranje, ki smo jih pripravili za mehanistični opis hidrogenacije CO2 v metanol, so uporabne za vse vrste kemijskih reakcij in inženirskih postopkov. S to metodologijo bo mogoče opisati postopek na vseh nivojih, od elektronskih efektov na atomskem nivoju, prek modeliranja kinetike na srednjem nivoju do obnašanja v reaktorjih. To nam omogoča optimizacijo različnih procesov, ne da bi morali vsakokrat izvajati obsežne, potratne in okoljsko problematične eksperimente.
2. Pretvorba zemeljskega plina: Preden bomo vstopili v nizkoogljično družbo, bodo surovine zemeljskega plina igrale zelo pomembno vlogo. Trg pretvorbe metana je s svojimi 800 milijardami m3/leto ogromen, hkrati pa tudi rastoč, medtem ko se bo tudi delež zemeljskega plina v energetski mešanici po pričakovanjih do 2035 povečal na 31 %. Svetovno povpraševanje po zemeljskem plinu naj bi se po pričakovanjih povečevalo s hitrostjo 1,6 %/leto v obdobju 2015–2035, najhitreje od vseh prvenstvenih fosilnih surovin. V smislu razvoja opreme, so glavne smernice, kot jih je očrtala Evropska komisija, izboljševanje postopkov (kot npr. s predlaganim združevanjem reakcij in ločevanja produkta) ter nižanje energetskih vnosov. Aktivacija in selektivna pretvorba metana velja za sveti gral. Neposredna polimerizacija metana v višje ogljikovodike brez vmesne pretvorbe v sintezni plin bi odpravila omenjene omejitve pri uporabi metana, vse raziskave v tej smeri pa so izjemnega pomena za razvoj znanosti.
3. Spojine iz biomase: Biomasa predstavlja trajnostni vir ogljika, ki je nezadostno izkoriščen. Medtem ko energija pridobljena iz obnovljivih virov postopno nadomešča energijo iz fosilnih goriv, to ne velja za materiale in izdelke na osnovi ogljika. Bio-osnovane spojine lahko razdelimo na enega izmed treh načinov:(1) Neposredni nadomestki (drop-in), ki so kemično enake spojinam iz nafte z že dobro uveljavljenim trgom; (2) Funkcionalni nadomestki so kemijsko različni vendar imajo podobne funkcije/lastnosti; medtem ko (3) novi proizvodi niso niti po strukturi niti v funkciji podobni obstoječemu proizvodu iz nafte. Razvili bomo nove tehnologije frakcioniranja lignocelulozne in morske biomase za izolacijo bio-osnovanih makromolekul (celuloza, hemiceluloza, lignin, hitin, ekstraktivi). Z nadaljnjo depolimerizacijo in selektivnimi katalitskimi reakcijami (hidrogenacija, oksidacija, karboksilacija, dekarboksilacija, idr.) jih bomo pretvorili v spojine in produkte z visoko dodano vred
Pomen za razvoj Slovenije
Pomen programa agencije Kemijsko reakcijsko inženirstvo za prihodnji družbenoekonomski, kulturni in splošni razvoj Slovenije je razviden preko sodelovanja z večino izobraževalnih ustanov, veliko gospodarskimi združbami, pa tudi drugimi raziskovalnimi zavodi, raznolikimi nevladnimi skupinami in občinami; Kemijsko reakcijsko inženirstvo tako upravičuje javna pridobljena sredstva s povezovanjem z raznoterimi družbenimi pod-sestavi.
Preko predavanj, habilitacij, mentorstev, praks in drugih projektnih sodelovanj člani programa sodelujejo z Univerzo v Ljubljani, Univerzo v Mariboru, Univerzo v Novi Gorici, Univerzo v Novem mestu in Mednarodno podiplomsko šolo Jožefa Stefana. Člani pogosto sodelujejo z osnovnošolci in dijaki.
Preko pogodb () €400.000), storitev, patentov, obojestranske izmenjave raziskovalcev in drugih projektnih sodelovanj člani programa sodelujejo z največjimi (Petrol, Krka, Revoz, Lek, Gorenje, Impol, Geoplin, Hella, Talum, Zlatarna Celje itd.) pa tudi mikro, malimi ter srednjimi domačimi podjetji.
1. Pretvorba ogljikovega dioksida: Ker je ogljikov dioksid tudi v širši družbi in med laiki poznan kot velik okoljski problem, ki se odraža kot povečano segrevanje podnebja, je delo na tej tematiki izjemnega pomembna tudi za družbenoekonomski in kulturni razvoj Slovenije. Dejavnosti programske skupine so usmerjene tudi v popularizacijo te tematike med osnovnošolci, dijaki, študenti in laično javnostjo. Raziskave in razvoj postopkov za pretvorbo ogljikovega dioksida so pomembni tudi za industrijo, ki bo imela možnost aktivne izrabe ogljikovega dioksida, kar je ceneje in okoljsko sprejemljivejše od kupovanja kuponov za izpuste ogljikovega dioksida. V preteklosti je skupina svoje delo predstavila v različnih televizijskih in radijskih oddajah (Ugriznimo znanost, Frekvenca X) ter v več tiskanih medijih (Finance, Delo itd.). Skupina sodeluje tudi pri organizaciji zelo priljubljenega tekmovanja iz naravoslovja za dijake 1. in 2. letnikov, ki se ga vsako leto udeleži približno 1000 tekmovalcev.
2. Pretvorba zemeljskega plina: Zemeljski plin se na odročnih nahajališčih sežiga, saj ga je cenovno neugodno izkoriščati, pri čemer se v ozračje spušča toplogredni plin CO2. V okviru večmiljonskega projekta ADREM (Obzorje 2020) metan na lokaciji pretvarjamo v tekoče, več vredne produkte, pri čemer varujemo okolje pred škodljivimi vplivi globalnega segrevanja ter hkrati osveščamo družbo, usposabljamo strokovnjake na tem področju ter promoviramo Slovenijo kot zeleno deželo, ki je okoljevarstveno zavedna. V sodelovanju z vodilnimi evropskimi industrijami: Johnson Matthey PLC (Velika Britanija), Technip Benelux (Nizozemska), Sairem SAS (Francija) dostavljamo nove rešitve za energetsko učinkovito valorizacijo variabilnih surovin za metan za C2+ ogljikovodike za predelovalno industrijo, v oblikovanem konzorciju za valorizacijo metana.
3. Spojine iz biomase: Razvoj procesov za pridobivanje kemikalij ter goriv iz biomase je izjemnega pomena za družebnoekonomski razvoj Slovenije, saj bo zmanjšal odvisnost od uvoza naftnih derivatov (tako kemikalij kot goriv) in izboljšal gospodarski položaj kmetijskih gospodarstev vključenih v primarno pridelavo kmetijskih in gozdno-lesnih sortimentov, kot tudi položaj kemijske, papirniške, kozmetične ter prehrambne industrije.
Razvoj trajnostnih procesov za pretvorbo obnovljive biomase v kemikalije in izdelke z višjo dodano vrednostjo poteka v sodelovanju s slovensko industrijo, zlasti s podjetji Helios Domžale, Tanin Sevnica, Melamin Kočevje, Gozdno Gospodarstvo Postojna, privatnim Inštituom za celulozo in papir, Medex, Arspharmae in drugimi.
4. Načrtovanje elektro-katalitskih reakcij: Prehod na čisto energijo, ki ne temelji na fosilnih gorivih, je eden glavnih izzivov celotnega sveta in s tem tudi Slovenije. V prihodnosti bo primerov elektrifikacije industrijskih procesov in družbe na splošno vse več in večina bo temeljila na elektrokemijskih in elektrokatalitičnih reakcijah. Zato je izrednega pomen
