A világ vezető energiatudományi szaklapjában publikált a szegedi kutató, Janáky Csaba és csapata

– Globális környezeti probléma a növekvő szén-dioxid kibocsátás. A szén-dioxid megkötéséhez és hasznos energiahordozó anyaggá alakításához már több fejlesztéssel is hozzájárult az SZTE Janáky Csaba által vezetett kutatócsoportja. Most az energiatudomány legrangosabb folyóirata, a Nature Energy bírálói a szegedi egyetemi kutatócsoport legújabb eredményeit a szakma szempontjából olyan erejűnek tartották, hogy a szerkesztők beemelték a 46,5 impakt faktorú szaklap 2021. április 19-én megjelent számába?

– Ez a publikáció a szén-dioxid elektrokémiai átalakításához kapcsolódó munkánk legújabb állomása és egyben talán az eddigi legnagyobb eredményünk. A közvetlen előzményt a rekord nagy áramerősséggel kapcsolatos témakörünk jelenti, de annál alapvetőbb, mert szélesebb kutatói közösséget érintő megállapításokra jutottunk. Azt mutatjuk meg ebben a közleményben, hogy min múlik, hogy egy elektrolizáló jól működik vagy rosszul. Hogyan lehet egy ilyen berendezésnek a hosszú távon stabil működését biztosítani?

– A Szegedi Tudományegyetem kutatói „és ipari partnereik egy saját fejlesztésű, energiahatékony, kizárólag vizet és szén-dioxidot felhasználó elektrolizáló technológiát dolgoztak ki, amellyel a világon elsőként sikerült átlépniük az 1 amper/négyzetcentiméter áramsűrűségi álomhatárt a szén-monoxid előállítása során” – adtuk hírül 2020. szeptemberének végén. Eddigi közleményeikben megmutatták, hogy egy szén-dioxidot elektrolizáló berendezés miként és miért működik folyamatos áramlású üzemmódban. A Nature Energy lapban általánosabb, a szakmai közleményt foglalkoztató problémákra válaszolnak. Milyen nyitott kérdéseket vettek sorra?

– Alapvetően két típusú elektrolizáló cella létezik. Mindegyik ilyen berendezésben két elektród – egy anód és egy katód – található. Ám az egyik típusú cellában a két elektród között szabadon folyik az elektrolit oldat, a másikban viszont membrán választja el az anódteret a katódtértől. Hagyományosan az elektrokémia úgy indult a múlt század közepén, úgy lett ipari technológia, hogy a két elektródot nem választotta el membrán. De az utóbbi évtizedekben az új technológiák – legyen szó hidrogén előállításról, vagy tüzelőanyagcellákról – a membrános elválasztást alkalmazó elektrolizáló cellákhoz kötődtek. A széndioxid-átalakításról született sokezer közleményben mindkét cellatípus megjelenik. Azonban az elmúlt 3–4 évben a több száz kutatócsoportból álló tudományos közösség azt tapasztalja, hogy nagyobb teljesítményparamétereket lehetett elérni a membrán nélküli celláknál. Ennek alapvető okát még senki nem tudta megmagyarázni.

– Miért gond a magyarázat hiánya?

– Azért, mert az elektrolizáló cella méretnövelésére a membrános típus nyújt jobb lehetőségeket. Ugyanakkor a két különböző típusú cella teljesítménybeli különbségének az alapvető kémiai okát nem értettük. Ezt tekintettük vizsgálatunk kiindulópontjának. Az is motivált minket, hogy az elmúlt egy-két évben többen leírták, és mi is megfigyeltük, hogy ha hosszú távon működtetünk ilyen elektrolizáló berendezéseket, akkor nagyon hamar csökken a teljesítményük, csökken a mérhető áramerősség. Ugyanis szilárd csapadék képződik a cellában.

A hat fős szegedi team négy tagja (balról jobbra): Janáky Csaba, Endrődi Balázs, Kecsenovity Egon, Samu Angelika.

– Mi a megoldás?

– Rájöttünk, hogy a két probléma nem független egymástól.

– Ezért találta közlésre érdemesnek a Nature Energy a csak SZTE-s szerzők – Janáky Csaba, Endrődi Balázs, Samu Angelika, Kecsenovity Egon, Halmágyi Tibor, Sebők Dániel – alkotta csapat – cikkét?

– Azért, mert egy olyan problémát értettünk meg, amely a kutatókat és az ipart egyaránt foglalkoztatja. Ezen túl megmagyaráztuk az elemi okokat, valamint megoldást is kínáltunk.

– Kérem, ismertesse a megfigyeléstől a megoldásig vezető lépéseket!

– A membránt tartalmazó elektrolizáló cellában az anód oldalon lúgos oldatot keringtetünk. Anionok mozoghatnak a membránon keresztül az egyikről a másik oldalra. Eddig senki sem feltételezte, hogy az anód oldalon levő oldat – például nátrium-, kálium-hidroxid – kationja bármilyen szerepet játszik, mert elvileg a kationok nem haladnak keresztül a membránon. Ám azt tapasztaltuk, hogy a membránon mindig megy át valamennyi kation. Ennek egyik következménye a szilárd anyag, azaz a csapadék képződése. Ugyanakkor az átmenő kationok segítik is a cella működését, vagyis a jelenség másik következménye, hogy növekszik az elektrolizáló berendezés teljesítménye.

– Már „csak” az volt a feladatuk, hogy a hátrányokat és előnyöket egyensúlyba hozzák?

– Az egyik lehetőség, hogy próbáljuk meg szabályozni, optimalizálni a folyamatokat. Nekünk egy másik ötletünk támadt: ne lúgot, hanem vizet forgassunk az anód oldalon. Ebben az esetben a csapadékképződés megszűnt, ugyanakkor a teljesítmény lecsökkent. Aztán munkánk azzal folytatódott, hogy arra kerestünk választ: miként tudnánk annyi kationt bevinni, amennyi épp szükséges. Ennek érdekében kialakítottunk egy eljárást, amellyel működés közben injekciózhatunk kationt tartalmazó oldatot magára a katód részre. Az erre kidolgozott módszert 2020 nyarán szabadalmaztattuk, majd az ezt leíró kéziratot elküldtük a Nature Energy szerkesztőségének.

– Az alapkutatás lezárását követő alkalmazásra, a gyakorlati hasznosításra is kész a terv?

– Rendkívül szerteágazó a gyakorlati haszna ennek a kutatási eredményünknek. A közvetlen haszon az a módszertanunk, amivel hosszabb távon lehet működtetni elektrolizáló készülékeket. Ez a hiányzó láncszem a kutatócsoportunknak a hatásfokot és az energiahatékonyságot leíró publikációs sorozatában. Eredményünk az egész kutatói közösség számára meghatározó, hiszen a szén-dioxid elektrolizáló cellák stabil működésének a megértéséhez járultunk hozzá.

– A cella fölépítését már szabadalmi oltalommal védik, és a Nature Energy folyóiratban megjelent közleményt újabb nemzetközi szabadalmi bejelentés előzte meg. Most ahhoz adnak kulcsot, hogy a több rétegű elektrolizáló cellát miként lehet stabilan működtetni?

– Igen. Ráadásul egy skálázható megoldást kínálunk. Megmutatjuk, hogy a feltárt működési módszer méretnövelése is lehetséges.

– Cikkük érdekessége az is, hogy a szerzők közül mind a hat személy a Szegedi Tudományegyetemhez kötődő kutató. Ennek mi a jelentősége?

– Hiszek az együttműködésben, külföldi és ipari partnerekkel egyaránt. Ez a cikk azonban azt mutatja meg, hogy az elmúlt évek fejlesztéseinek köszönhetően az ötlettől a megvalósításig, minden részletben kidolgozható egy felfedezés az SZTE munkatársaival, az itteni laboratóriumokban, vagyis a szegedi egyetemi tudásbázisra alapozva.

– A Nature Energy folyóiratban megjelenő cikkek hatásossága hogyan jellemezhető?

– Ezt nehéz előre megjósolni, mert a hatástényező, vagyis az impakt faktor alapvetően a folyóiratot és nem a közleményt méri. Az elmúlt fél évben mind a hatan jelentős munkát fektettünk a cikk bírálói által kért különböző mérések ellenőrzésébe, e cikk hátterének az aprólékos kidolgozásába. Ennek köszönhetően azt gondolom, hogy nagy horderejű a közleményünk, amit – remélem – a tudományos közvélemény is olyan lelkesen fogad majd, mint mi.

– Mi lesz a következő lépés?

– Szeretnénk az elektrolizáló berendezések működését az ipari alkalmazásokhoz és a valódi élet paramétereihez igazítani. Ennek fogjuk megvizsgálni a tudományos, kémiai hátterét, azt, hogy az ipari működtetési viszonyok hogyan hatnak a vizsgált rendszerre. Mindemellett megpróbáljuk a közleményben bemutatott módszert kiterjeszteni más típusú elektrolizáló cellákra is.

– Ez a cikk és a hozzá tartozó keletkezéstörténet is igazolja a laudációt. „A globális környezeti problémák megoldására irányuló kutatások területén elért, nemzetközi szinten is kiemelkedő eredményei, valamint oktatói és kutatásfejlesztési tevékenysége elismeréseként a Magyar Érdemrend középkeresztje polgári tagozat kitüntetésben részesült Janáky Csaba vegyész, a Szegedi Tudományegyetem Természettudományi és Informatikai Kar Kémiai Intézete Fizikai Kémiai és Anyagtudományi Tanszékének egyetemi docense”. A 2021. március 15. alkalmából bejelentett kitüntetés mit jelent az ön számára?

– Természetesen örültem az elismerésnek. Ugyanakkor itt is szeretném hangsúlyozni, bár az elismerés egyéni, a mögötte lévő teljesítmény egy csapaté. Eddig jellemzően a tudományos-szakmai közösségtől kaptunk elismeréseket, ez a mostani viszont sokkal szélesebb körben ismert. Olyanok is gratuláltak, akik nem föltétlenül követik a tevékenységünket. Így ez az állami elismerés még inkább fölhívta a figyelmet az eredményeinkre.

SZTEinfo – Újszászi Ilona

Fotók: Samu Angelika, Serfőző Andrea

Az ERC és az MTA Lendület programja által támogatott, Junior Prima-díjas, korábban SZTE Sófi-ösztöndíjas Janáky Csaba eddigi eredményeiről és kutatási témaköreiről az SZTE Hírportálján korábban írtunk:

Az SZTE kutatói is segítik a hidrogén felhasználását a zöld gazdaságban

Új eredmények - A napenergia kiaknázását elősegítő SZTE-kutatások Janáky Csaba irányításával

Újabb támogatást nyert Janáky Csaba az Európai Kutatási Tanácstól

„Találjuk fel a jövőt!” – Gábor Dénes-díjat kapott az SZTE kutatója, dr. Janáky Csaba

Az „R&D 100 Díj” nyertesei között az SZTE és partnercége

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

Szén-dioxid reaktort fejleszt a Szegedi Tudományegyetem és a ThalesNano Zrt.

Úttörő módszerek és eredmények az MTA-SZTE Lendület Fotoelektrokémiai Kutatócsoportban

Janáky Csaba, az SZTE vegyésze az Európai Unió legjobb kutatói között

Nagy kockázat nagy haszon - a Nobel-díjas Oláh György koncepciójához is kapcsolódnak Janáky Csaba kutatásai

MTA Lendület kutatócsoportok a Szegedi Tudományegyetemen

Szabadegyetem - Szeged XVI. szemeszter: Tüzelőanyagok előállítása napenergia segítségével

Junior Prima díjat vett át Janáky Csaba, az SZTE kutatója