Projekti / Programi
Procesna sistemska tehnika in trajnostni razvoj
01. januar 2015
- 31. december 2019
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.02.00 |
Tehnika |
Kemijsko inženirstvo |
|
| 1.07.00 |
Naravoslovje |
Računalniško intenzivne metode in aplikacije |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T350 |
Tehnološke vede |
Kemijska tehnologija in inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.04 |
Tehniške in tehnološke vede |
Kemijsko inženirstvo |
procesna sistemska tehnika, trajnostni razvoj, sinteza procesov, integracija procesov, kemijska preskrbovalna veriga, energetska učinkovitost, čista energija, industrija, modeliranje, optimizacija, biokataliza, biofarmacevtski procesi, metrika trajnosti, obnovljivi viri, uporaba vode, MINLP
Raziskovalci (18)
Organizacije (1)
Povzetek
Osrednja motivacija in namen predlaganega raziskovalnega programa Procesna sistemska tehnika in trajnostni razvoj je prispevek k reševanju nekaterih najbolj perečih problemov naše družbe z uporabo procesne sistemske tehnike v povezavi z okoljem. Namen programa je ublažitev problemov industrijskih in z industrijo povezanih podjetij zaradi prevelike porabe snovi, energije in vode, ter prekomernih emisij in odtisov. Reševanje teh problemov bo potekalo s trajnostno integracijo celotne (bio)kemijske preskrbovalne verige od obnovljivih surovin, trajnostnih reakcijskih poti, čiste energije, zelenih procesov do naprednih produktov na lokalnem, regionalnem in kontinentalnem nivoju.
Vsebino programa sestavlja šest raziskovalnih sklopov, ki so usklajeni z evropskim programom za raziskave in inovacije Obzorja 2020:
1. Obnovljivi viri, čista in učinkovita energija in raba vode,
2. Sinteze novih (bio)reakcijskih poti, bio in biofarmacevtskih procesov,
3. Razvoj orodij in metrik za okoljsko ocenjevanje proizvodnih procesov,
4. Razvoj računalniško podprtih metod in orodij za sintezo trajnostnih sistemov,
5. Optimizacijska metodologija za učinkovito in konkurenčno industrijo in
6. Prenos znanja in tehnologij.
Napredne raziskave v okviru programa bodo potekale na vseh nivojih (bio)kemijske preskrbovalne verige in bodo obravnavale vire (surovine, energijo in vodo) kot vhodne tokove in zelene (tudi biofarmacevtske) produkte kot izhodne tokove, pri čemer bodo viri učinkovito predelani na nivoju reakcij, obratov in celotnih območij.
Najpomembnejši pričakovani znanstveni prispevek programa je razvoj učinkovitih metod procesne sistemske tehnike in računalniških orodij (nadaljnji razvoj edinstvenega procesnega sintetizerja MIPSYN) v kombinaciji z laboratorijskimi in pilotnimi raziskavami. Po drugi strani bo program prispeval k družbeno-ekonomskemu razvoju Slovenije in EU z različnimi industrijskimi aplikacijami na lokalnem, regionalnem in celo kontinentalnem nivoju.
Raziskovalno skupino sestavljajo visoko kvalificirani raziskovalci/inženirji s področij procesnih sistemov, reakcij, okolja in obdelave vod, ki bodo izvajali raziskave integrirano preko celotne (bio)kemijske preskrbovalne verige. Predlagani program je nadaljevanje sedanjega programa P2-0032, v katerem so raziskovalci v zadnjih petih letih objavili preko 100 izvirnih znanstvenih člankov in izvedli številne pomembne industrijske in druge aplikacije.
Predlagani sta dodatna raziskovalna sklopa, če bi bilo odobreno povečano financiranje:
7. Večkriterijska časovna in prostorska integracija virov v preskrbovalnih verigah podjetij,in
8. Sinteza energijsko učinkovitih kemijskih preskrbovalnih verig v obnovljivih mrežah ponudnikov in povpraševalcev.
Glede na zahtevne raziskovalne vsebine načrtujemo šestletno programsko obdobje.
Pomen za razvoj znanosti
Glavni prispevek predlaganega programa je integrirano načrtovanje produktov in procesov na različnih nivojih (bio)kemijske preskrbovalne verige, od kemijske pretvorbe, procesov in produktov, industrijskih lokalno integriranih celotnih območij, do regionalnih preskrbovalnih mrež, in celo netradicionalnih nivojih kot je npr. nivo mikroprocesov.
Tovrsten integriran pristop je zelo zahteven, saj združuje metode in orodja procesne sistemske tehnike s trajnostnimi principi, zato bo predstavljal novost v svetovnem merilu.
Koncept energetsko učinkovitih celotnih območij, ki je doslej obravnaval le znižanje porabe pogonskih sredstev, bomo razširili na vse vire, tj. snovi, energijo in vodo. S tem bo oblikovana nova paradigma učinkovite rabe virov v celotnih območjih na lokalnem in regionalnem nivoju.
Poseben poudarek bo namenjen napredni obdelavi vod z membranskimi reaktorji. Novost predlagane metodologije čiščenja vod bo povrnitev dragocenih snovi iz odpadnih vod, npr. kovin ali celo dušika in fosforja, ki bi sicer predstavljali resen okoljski problem.
Na področju biotransformacij na reakcijskem nivoju bo poudarek na generiranju znanstvenega in tehnološkega znanja in izkušenj, ter njihov prenos v industrijske produkte in reševanje družbenih izzivov. Načrtovanje in razvoj naprednih tehnologij in metod za hitro in učinkovito določanje encimske aktivnosti ter njeno optimizacijo bosta omogočila razvoj visoko učinkovitih biokatalizatorjev s širokim naborom substratov za industrijsko pomembne pretvorbe. Razvoj metod za formulacijo in imobilizacijo encimov prispeva k optimizaciji procesne učinkovitosti. Integrirana optimizacijska metodologija bi izboljšala ekonomsko uspešnost podjetij in konkurenčnost industrijskih sektorjev.
Pričakovana je krepitev povezovanja med raziskavami in inoviranjem, povečanje dodane vrednosti proizvodov in procesov ter znižanje okoljskih vplivov.
Pri razvoju sistemskih metod in orodij so pričakovane nove napredne optimizacijske metode in računalniška orodja za reševanje kombinatorno zelo zahtevnih in kompleksnih sinteznih problemov z velikim številom možnih alternativ. Za večkriterijsko optimiranje in sintezo tako obsežnih problemov bosta uporabljena nova koncepta ekodobička in celotnega dobička (ekonomski dobiček + ekodobiček). Poleg tega bodo uporabljene trajnostne metrike, kot npr. okoljski odtisi in celotni trajnostni indeks, ki bodo prilagojene različnim specifičnim aplikacijam z namenom upoštevanja tako razbremenilnih kot obremenilnih okoljskih vplivov. Identificirane bodo tiste trajnostne rešitve, ki vzpodbujajo izbor razbremenilnih alternativ (npr. koristno izrabo odpadkov) in imajo prednost pred alternativami, ki zgolj minimirajo obremenjevanje okolja.
Razviti bodo novi ali izboljšani globalni optimizacijski algoritmi, sintezne in fleksibilne metode in strategije na osnovi večnivojskega mešano celoštevilskega programiranja. Izvedeni (sprogramirani) bodo v računalniškem programu MIPSYN.
Pomen za razvoj Slovenije
Končni rezultati raziskav bodo optimalne procesne rešitve, ki bodo neposredno prenosljive v podjetja za dvig trajnostne učinkovitosti in konkurenčnosti. Razvite bodo nove tehnologije za trajnostno učinkovito proizvodnjo, kot npr. nove bioreakcijske poti in encimsko katalizirane reakcije za proizvodnjo farmacevtskih produktov, prehranskih aditivov in biogoriv, obtakanje in povrnitev kovin iz odpadnih vod ipd. Načrtovano računalniško okolje bo vsebovalo optimizacijske modele, s katerimi bi slovenska (in tudi tuja) podjetja procesnih industrij dobila dostop do najnaprednejših optimizacijskih pristopov ter primere dobrih praks za prenos teh znanj v svoje proizvodne procese. S povezavo novih tehnologij in optimizacije bo možen hitrejši prehod od laboratorijskih raziskav do proizvodnje in tržišča, ter učinkovitejša proizvodnja in večja konkurenčnost.
Ciljne gospodarske panoge so podjetja kemijske, farmacevtske in kozmetične industrije, obrati za proizvodnjo hrane, pijač in papirja, energetski obrati (npr. bioplinarne), obrati kovinsko-predelovalne industrije, obrati za čiščenje odpadnih vod, centri za ravnanje z odpadki. S slednjim prispevamo tudi k razvoju družbene infrastrukture.
Člani programske skupine prispevajo k promociji Slovenije z objavami dosežkov v vrhunskih svetovnih revijah in na konferencah ter sodelovanjem v mednarodnih projektih in združenjih. Prav tako so člani programske skupine tesno vpeti v pedagoški proces; dosežke svojih raziskav prenašajo v študijske programe, izdelujejo edinstvena učna gradiva v slovenskem jeziku in s tem prispevajo k razvoju slovenskega strokovnega izrazoslovja na področju kemijske procesne tehnike. Razvoj informacijsko-komunikacijskih tehnologij ter učinkovita raba e-medijev sta del vseživljenjskega izobraževanja, ki omogočata prihranek sredstev za nakup študijskih gradiv, stroškov bivanja, potnih stroškov ipd.
Z organizacijo domačih konferenc in sodelovanjem z industrijo prispevajo k razširjanju znanja v slovenskem prostoru ter razvoju stroke in inženirske prakse na področju kemijske procesne tehnike.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2015,
vmesno poročilo,
zaključno poročilo
