SZTE Info

Kiemelt_CO2_Janaky

„Erdők” a kémények melletti cellákban: a füstben lévő szén-dioxidot hasznosítják az SZTE kutatói

Kilépnek a laboratóriumból a káros és egyre gyarapodó mennyiségű szén-dioxid hasznos anyaggá alakításán dolgozó SZTE-kutatók. Janáky Csaba és csapata ipari méretben is alkalmazható elektrokémiai „nóvumjait” a Joule és az ACS Energy Letters szaklap is tálalja. E sikerről, a laborból a gyakorlati hasznosítás felé tett mérföldnyi lépés hátteréről kérdeztük e publikációk „utolsó szerzőjét”, a kutatócsoportot vezetőjét.

Cikk nyomtatásCikk nyomtatás
Link küldésLink küldés

Mit kezdjünk az autók kipufogógázaiból, az erőművekből és a gyárkéményekből a levegőbe jutó, egyre gyarapodó mennyiségű szén-dioxiddal? Ez napjaink egyik legnagyobb kihívása.


 

Hova vezet a három út?

 

A napelemekkel vagy a szélerőművekkel termelt olcsó villamosenergia egyik fölhasználási lehetősége, hogy elektrolízissel hasznos terméket állítsanak elő szén-dioxidból. E területen ért el új eredményeket Janáky Csaba. Az Európai Kutatási Tanács (ERC) 2016. évi pályázatán is sikeres kutató 2014 óta vezeti az MTA–SZTE Lendület Fotoelektrokémiai Kutatócsoport, illetve a Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar Kémiai Intézet Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének egyetemi adjunktusa.


Janaky_laborban

 

Több út létezik a szén-dioxid hasznos anyaggá alakítására, amelyek közül a mostani technoökonómiai számolások alapján még nem lehet megjósolni, melyik lesz gazdasági szempontból a legjobb. Az egyik módszer az, amikor elektrokémiai eljárással alakítjuk át a szén-dioxidot például a vegyiparban használatos szintézisgázzá vagy éppen etilénné – kezdi a fölsorolást Janáky Csaba. A Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar kutatója ezen az úton indult el és mérföldes léptekkel haladva közeledik a célig, az ipari méretben is működő megoldásig. – A másik lehetőség az, amikor elektrokémiailag vizet bontunk, s az így nyert hidrogént reagáltatjuk szén-dioxiddal, magasabb hőmérsékleten és nyomáson, valamilyen katalizátor felületén. A harmadik út, amikor közvetlenül a szén-dioxidot reagáltatjuk vízzel, de nem elektrokémiailag, hanem heterogén katalízissel, magas hőmérsékleten és nyomáson – vázolja a kutató. – Ma még senki sem tudja, melyik út hozza el a végső megoldást. Lehetséges az is, hogy mindhárom út hoz olyan eredményt, amely a különböző természeti adottságú – például megújuló erőforrásokból sok olcsó áramot termelő, vagy éppen termálvízzel rendelkező – területen válik be.

 

Még mielőtt a levegőbe kerül, a szén-dioxid hasznos anyaggá alakítható egy olyan berendezéssel, ami a kémények mellé telepíthető. Janáky Csaba és munkatársai, együttműködve a ThelesNano Zrt-vel, a GINOP 2.2.1-15-2017-0041 pályázat finanszírozásával olyan eszközöket terveznek, kutatnak és fejlesztenek, amelyek alternatív energiaforrások igénybevételével képesek hidrogént előállítani vagy szén-dioxidot átformálni a vegyipar számára hasznos anyagokká. A 2018. novemberében közmeghallgatáson is bemutatott fejlesztés, a szén-dioxid átalakító reaktor megvalósításához vezető út része az a két közlemény, amely a 2019 júliusában Joule és az ACS Energy Letters szaklapban keltett komoly tudományos érdeklődést.

 

 

Döntő a katalizátor alakja

 

Milyen katalizátort érdemes használni a szén-dioxid átalakításához? A kérdésre több ezer közlemény kísérel meg választ adni. E sokaságon belül mérföldkőnek számít a Janáky Csaba által irányított 6 kutatónak a Joule című szaklapban megjelent friss cikke.


Janaky_lab

 

– A katalizátor morfológiájának, azaz alakjának kevesen tulajdonítanak megfelelő jelentőséget. Mi kiderítettük: a katalizátor esetében sem mindegy a küllem – mutatja a Joule friss számában megjelent cikkük illusztrációit Janáky Csaba.

 

A „nitrogénnel adalékolt szenek” katalizátor-családra fókuszáltak a szegedi kutatók. Azért éppen erre az olcsó, nagy mennyiségben és könnyen előállítható, aktív katalizátor-családra, mert ezek sok-sok szakmai közleményben szerepelnek, ám sokszor egymásnak ellentmondó megállapításokkal.

 

Két, kémiailag azonos, vagyis azonos szén-nitrogén arányú, azonos funkciós csoportokkal rendelkező, azonos elektromos tulajdonságú, azonos felületű, de más-más alakú, azaz más-más morfológiájú, vagyis porozitású, lyukacsosságú katalizátor eltérően viselkedik – tapasztaltuk kísérletezés közben. Ezért döntöttük el, hogy a „nitrogénnel adalékolt szenek” katalizátor-családból egyet kiemelünk, s annak minden tulajdonságát rögzítjük, de egyetlen tulajdonságát, a küllemét, azaz a pórusosságát megváltoztatjuk. Sokkoló eredményre jutottunk. Ha a „nitrogénnel adalékolt szén” sima és lyukacsos, azaz porózus változatát vizsgáljuk, akkor az egyiken döntően hidrogént tudunk fejleszteni, míg a másikon szén-dioxidot redukálni – összegez Janáky Csaba.

 

Milyen a „nitrogénnel adalékolt szén” katalizátor? A „szilikagömbök”, azaz a „silicia colloid” gyöngyök köré leválasztott polimert kiégetik, s a visszamaradó szén a katalizátor alapja. A „szilikagömbök” méretétől függ a pólusok mérete.

 

 

Kísérletigényes kutatás

 

E kísérlet-igényes kutatás nagyon sok szintetikus munkát igényelt – ismeri el kollégája, a Joule-beli cikk első szerzője, Hursán Dorottya teljesítményét a csapat vezetője, a szerzők sorát záró Janáky Csaba. Hozzáteszi: az új, de egyre jelentősebb energiatudományi lap, a Joule bírálati folyamata is hozzáadott a cikkükben részletezett kutatási eredményhez. A kétéves munka, a kísérletek az SZTE Természettudományi és Informatikai Karon belüli és kívüli együttműködések eredménye. A Joule címlapjára került cikk szerzői közé tartozik, az SZTE munkatársaként – az említetteken kívül – Samu A. Angelika és Janovák László; külső partnerként: Kateryna Artyushkova, Tristan Asset, Plamen Atanassov.


Janaky_ACSELj

 

A katalizátorok aktivitása általában különböző. Vagyis eltérő, hogy egy-egy katalizátoron milyen sebességgel lehet átalakítani a szén-dioxidot, illetve hogy a segítségével a vízből milyen gyorsan lehet hidrogént előállítani. A szegedi kutatók kiderítették: nem csupán a katalizátor aktivitása különbözik, hanem az is, hogy milyen e két folyamat sebességének egymáshoz viszonyított aránya. Ugyanis a sima felületű katalizátoron döntően hidrogén fejlődött, a lyukacsos felületű elektródon döntően szén-dioxid redukálódott – derült ki a szegedi kísérletek összegzésekor.

 

Miért? – kérdez vissza a kutató. – Három folyamat szerepe miatt. Az egyik: nem mindegy, mennyire nedvesíti az oldat vagy a folyadék magát az elektródot: ha sok nedvesség van, akkor sok hidrogén fejlődik, ha kevésbé nedves a közeg, akkor kevesebb. A másik megfigyelésünk: a szén-dioxid felületen való megkötődése függ attól, hogy mennyire hajlott a felület, s kimutattuk, mely pórusméret mellett kötődik a legjobban a szén-dioxid. A harmadik megállapításunk, hogy amikor fejlődnek a gázbuborékok, akkor – attól függően, hogy érdes vagy sima a katalizátor felülete – különböző méretűek a buborékok és eltérő ideig maradnak a felületen.

 

Az SZTE tudósai arra hívják föl kutatótársaik figyelmét, hogy a katalizátor morfológiája döntő a kísérleti eredmények értelmezésekor. A gyakorlati élet szempontjából fontos üzenetük, hogy a porozitás változtatásával, optimalizálásával javítható a különböző katalizátorok aktivitása, vagyis növelhető a szén-dioxid-hasznosítás teljesítménye.

 

A folytatás? – néz föl Janáky Csaba. – A „nitrogénnel adalékolt szénen” kívül valamilyen fémet is tartalmazzon a katalizátor-struktúra! Ennek kutatása az elmúlt egy-két év slágere a tudományterületünkön. Mi megpróbáljuk e fémekkel kapcsolatos eredményeket a morfológia terén szerzett tudásunkkal összehozni, hogy hozzájáruljunk az iparilag releváns katalizátorok fejlesztéséhez.

 

 

Az első sokrétegű cellák

 

A szegedi kutatók hidrogénfejlesztésre és a szén-dioxid átalakítására nemcsak katalizátorokat és katalizátor előállítási módszereket fejlesztettek, hanem elkészítették azokat a laboratóriumi szinten már kiválóan működő cellákat is, amelyek a későbbi méretnövelés alapját képezik.


Janaky_ACSEL

 

– Ez az első olyan szén-dioxid átalakító elektrokémiai cella, ahol több réteget kapcsolunk egy-egy cellába – jelenti be Janáky Csaba. – Ez ugyanúgy áttörést hozhat az ipari alkalmazás terén, mint amikor a tüzelőanyag-celláknál, vagy amikor a vízelektrolizáló celláknál elkezdték a többrétegű cellákat alkalmazni.

 

A szén-dioxid átalakításnak ez az újabb módszere nagy mérnöki és tudományos kihívást jelent(ett) a szegedi kutatók és az ipari partner ThalesNano Zrt. mérnökei számára.

 

– Bevezetjük a szén-dioxidot a katód oldalon, ahol redukáljuk a szén-dioxidot. A másik oldalon vizet vezetünk be… Itt foglalkozni kell víz-menedzsmenttel, a bemenő gázzal, a keletkező gázzal is, ugyanakkor arra is figyelni kell, hogy kellően vizes legyen a szén-dioxid... Mindezeket a paramétereket összhangba kell hozni – magyarázza Janáky Csaba. Ráadásul, ha egy elektrokémiai cella-kötegbe számos cellaegységet építünk össze, akkor az ezek közötti anyagtranszport megvalósítása nem nyilvánvaló.

 

A helytakarékos és költséghatékony megoldás elveit az ACS Energy Lettersben, e rangos tudományos lapban publikálták. A technikai és műszaki megvalósíthatóságot szabadalomban részletezték.

 

– Szén-dioxidot hasznos termékké úgy is átalakíthatunk, hogy ültetünk egy fát. Ám a szén-dioxid kibocsátás 30-35 százalékáért felelős ipari kibocsátók esetében más megoldásokra van szükség. A nagy koncentrációjú szén-dioxidforrások – például egy gyárkémény, egy hőerőmű vagy cementgyár kéményéből ömlő szén-dioxid-mennyiség átalakítására új berendezéseket kell fejleszteni– hangsúlyozza Janáky Csaba.

 

Az ACS Energy Lettersben a szegedi kutatók két termék létrehozásának elveit írják le. Az egyik a szintézisgáz, ami sok vegyipari folyamat kiindulási anyaga. A másik az etilén, ami a petrolkémia és a műanyagipar fontos alapanyaga. Újdonságuk, hogy kiléptek a laboratóriumból, a reaktor-, és berendezés fejlesztésben specialista együttműködő partnerükkel, a ThelesNano Zrt.-vel együtt értek el eredményt.

 

Az elektrokémiai átalakítás szépsége, hogy nagy mennyiségű szén-dioxidot tudunk majd kis helyen átalakítani. Amekkora méretet 2021-re, a projekt végére el szeretnénk érni, az egy konténernyi méretű lesz, de több hektárnyi erdő szén-dioxid-átalakító kapacitásának felel majd meg – magyarázza a szegedi kutató. – E folyamat energiahatékonysága jelenleg 40-50 százalék. Ipari partnereink szerint, ha e hatékonyságot 55-60 százalékra tudjuk emelni, aminek nincs elvi, vagyis kémiai akadálya, akkor két év múlva indulhat az elektrokémiai szén-dioxid-átalakítás további felskálázása, nagyüzemi szintre.

 

A módszer több előnye közül az egyik jelentős az, hogy attól függően, milyen katalizátort teszünk a cellába, különböző – a már említett szintézisgáz vagy etilén mellett – termékeket tudnak előállítani. Figyelemmel arra, hogy az értékláncába ez vagy az illik jobban.

 

– A hosszú távú cél, hogy az ipari partnerek a szempontjukból különböző típusú szén-dioxid-forrásokra leginkább alkalmas módon adaptálják a módszert, illetve a folyamat végén keletkező hasznos vegyipari alapanyagot, illetve tüzelőanyagot – árulja el Janáky Csaba. – A további méretnövelés érdekében az ipari partnerekkel közösen indítandó program előkészítése folyamatban van.

 

 

SZTEinfo – Újszászi Ilona

Fotók, montázs: Bobkó Anna

Cikk nyomtatásCikk nyomtatás
Link küldésLink küldés

esza_felso

SZTEmagazin

2019. szeptember 30.

IMG_6486

Dr. Piros Györgyit belgyógyász-kardiológust, az SZTE Szent-Györgyi Albert Klinikai Központ II. sz. Belgyógyászati Klinika és Kardiológiai Központ osztályvezető főorvosát és testvérét, Piros Ildikót, Kossuth- és Jászai Mari-díjas színésznőt páros interjúnkban a szívről kérdeztük. Arról a szívről, amit sokat emlegetünk, de alig ismerünk.

SZTEtelevízió

2019. augusztus 07.

kiemelt_Berenyi_Antal

Berényi Antal, az SZTE Általános Orvostudományi Kar Élettani Intézet adjunktusa és kutatócsoportja azonosította azt az agyterületet, amely azoknak a ritmusoknak a keletkezéséért felelős, amelyek alvás közben a rövidtávú memóriából áttöltik az emléknyomokat a hosszú távú memóriába. A felfedezés segít annak a megértésében, miként tudunk emlékezni. Azt is felderítették, hogy a különböző epilepszia-típusok hogyan alakulnak ki az agyban. A kutatócsoport munkájáról dokumentumfilmben mesél az SZTE agykutatója.

Eseménynaptár

Eseménynaptár RSS

Rendezvénynaptár *

  • október 21. 09:15 - 25. 17:00
    The BIOMAT 2019 International Symposium will be held at University of Szeged, Bolyai Institute and Hungarian Academy of Sciences, Hungary. The participation in the BIOMAT 2019 International Symposium is another great opportunity for research students and young postdocs to exchange scientific feedback with their colleagues from several countries, in the best tradition of the BIOMAT Symposium Series.
  • október 21.
    12:10 - 12:20
  • október 21.
    16:30 - 18:30
    Az SZTE JGYPK Gyógypedagógus-képző Intézete és a Mentor(h)áló az új tanévben is folytatja közkedvelt műhelysorozatát.
    A műhelyfoglalkozáson való részvétel ingyenes, de regisztrációhoz kötött!
  • október 21.
    18:00 - 19:00
    Beszélgetőtárs: Bene Zoltán író
    Mi köze van az ellopott, tömör arany Fabergé-tojásnak a Patyomkin páncéloshoz? Túlélheti-e valaki a 20. század három legnagyobb közlekedési katasztrófáját? Mi történik, ha Nikola Teslának rossz napja van? [...] És egyáltalán, miért ír egy zeneszerző képzeletbeli családregényt?
  • október 21.
    18:00 - 19:00
    Megnyitja: Tóth István ezredes, MH 5. Bocskai István Lövészdandár parancsnokhelyettes
    Tordai Kamilla az egyetemi évek után a Magyar Honvédség 5. Bocskai István Lövészdandár hódmezővásárhelyi helyőrségében kezdett el dolgozni, ahol immár két éve dokumentálja a Zrínyi Miklós Laktanya falai között a különböző harcászati foglalkozásokat, gyakorlatokat, városi rendezvényeket. Fotóválogatása a katonák mindennapjait, izgalmakkal teli életüket mutatja be.
    Megtekinthető október 31-ig, hétköznapokon 08.00-22.00, szombaton 09.00-20.00 óráig.