Novica

V okviru evropskega programa za raziskave in inovacije Obzorje Evropa 2021-2027 je Kemijski inštitut pridobil financiranje za 11 projektov in več kot 4 milijone EUR

Kemijski inštitut s svojo znanstveno odličnostjo žanje uspehe tudi pri pridobivanju evropskih projektov. V okviru aktualnega dolgoročnega proračuna Evropske unije za raziskave in inovacije Obzorje Evropa 2021-2027 smo od poletja 2021 uspeli pridobiti financiranje za kar 11 projektov v skupni vrednosti preko 4.200.000 EUR za Kemijski inštitutu. Pri še enem projektu za ustanovitev novega Centra odličnosti pa smo, v okviru najprestižnejše sheme Obzorja Evropa - Teaming for Excellence, uspešno prešli skozi prvo fazo ocenjevanja.

Pridobljeni projekti segajo predvsem na področja kemijskega inženirstva, raziskav materialov, teoretične kemije ter ved o življenju. V okviru teh se bodo raziskovalke in raziskovalci ukvarjali denimo z razvojem tehnologij za zmanjševanje CO2, zasnovo trajnostnih proizvodnih sistemov za nove biološke materiale, načrtovanjem varnejših litijevih kovinskih baterij, okolju prijaznih načinov za shranjevanje obnovljivih virov energije ter tehnologij za celične in genske terapije.

Posamezne projekte podrobneje predstavljamo v nadaljevanju.

Projekti na področju kemijskega inženirstva

e-CODUCT

Hitro odzivna Tehnologija električno ogrevanega katalitičnega reaktorja za zmanjševanje CO2

(izr. prof. dr. Blaž Likozar)

Projekt e-CODUCT je namenjen elektrificiranju komponent kislega plina za hkratno kemično pretvorbo (CO2 in H2S) v platformo molekula CO in tržno žveplo z uporabo tehnologije elektro-termičnih reaktorjev s fluidizirano plastjo (ETFB). Ustrezni postopek bo vseboval dva koraka: prvi za redukcijo CO2 in H2S v COS in drugi korak za razgradnjo COS v molekulo platforme CO in žveplo razreda Claus. Za prikaz njegovega valorizacijskega potenciala se bo CO s tretjo reakcijo pretvoril v zeleni metanol kot končni produkt. Konzorcij e-CODUCT je sestavljen iz devetih subjektov, vključno z industrijskimi in akademskimi partnerji, ki zajemajo celotno vrednostno verigo od dobaviteljev materialov in inženirjev do strokovnjakov za modeliranje in ponudnikov tehnologije. e-CODUCT bo optimiziral in povečal reaktorske materiale in katalizatorje na TRL6 na 16 t/leto proizvodnje CO, hkrati pa zmanjšal velikost reaktorja za 50 %, med drugim z odstranitvijo grelnih enot. Tehno-ekonomska in okolijska ocena zmogljivosti reaktorja bo pokazala -40 % CAPEX in OPEX ter -50 % emisij toplogrednih plinov.

Optimizacija obratovalnih pogojev in izkoristka reakcije bo podprta s temeljnim (mikro)kinetičnim modeliranjem ter načrtovanjem industrijskih procesov ob upoštevanju variabilnosti sestave surovin in obnovljivih virov energije. Integrirana konceptualna zasnova bo pospešila prihodnje povečanje in komercializacijo demonstratorja reaktorja na TRL9 s končno zmogljivostjo 34 kt CO2, pretvorjenega na leto. e-CODUCT bo zagotovil prvi hitro-odzivni električno ogrevani katalitični reaktor, ki bo lahko nadomestil običajno Clausovo enoto za rekuperacijo žvepla in hkratno elektroredukcija CO2, kar omogoča -50 % povpraševanje po energiji za obdelavo kislega plina v več kot 130 rafinerijah v Evropi do leta 2035. Postopek bi lahko nato razširili na druge aplikacije, kot so FCC, parno razbijanje (»cracking«) in dehidrogenacija ter več lokacij, kot so digestoriji bioplina in plinske naprave, ki predstavljajo 18.000 lokacij v Evropi.

GREEN-LOOP

Trajnostni proizvodni sistemi za nove biološke materiale

(izr. prof. dr. Blaž Likozar)

GREEN-LOOP obravnava nove rešitve na osnovi bioloških materialov in se loteva problema z vidika krožnega poslovnega razmišljanja, ki bo omogočil premagovanje ovir za nova proizvodna orodja, izboljšave energetske učinkovitosti in trajnostne vrednostne verige. Glavni cilj GREENLOOP-a je načrtovati in optimizirati tri inovativne materiale in komponente na biološki osnovi za industrijske sektorje kot so gradbeništvo, embalaža, hrana, pijača, naprave in orodja:

1) večnamenske gumijaste plošče s požarno odpornostjo in vibracijskimi aplikacijami;

2) zapirala za steklenice iz bioplastike za olje in sadni sok;

3) ležaji iz lesnih kompozitov za stroje za brizganje plastike.

Vrednostna veriga vsakega izdelka je optimizirana od vira surovin do konca življenjske dobe izdelkov, kar zagotavlja krožno gospodarstvo. Vse proizvodne linije so naknadno opremljene, da se prilagodijo novim izboljšanim biološkim mešanicam z uporabo umetne inteligence. Izboljšanje ultrazvoka je vključeno v proizvodnjo lignina in proizvodnjo gume, mikrovalovne pečice pa izboljšajo predgretje bioplastike pri brizganju in utrjevanje lesnih kompozitov. Celoten proces spremljamo in predstavljamo na virtualni platformi, ki vključuje vrednotenje KPI, optimizacijo poslovanja v realnem času, usposabljanje in družbeno angažiranost.

HySTrAm

Skladiščenje in transport vodika z uporabo amonijaka

(izr. prof. dr. Blaž Likozar)

Vodik je pomemben dejavnik v prizadevanju EU za drastično zmanjšanje emisij toplogrednih plinov in omejitev uporabe fosilnih goriv. Skladiščenje in transport vodika pa se sooča s pomembnimi izzivi, ki ovirajo njegovo široko uporabo kot alternativno gorivo brez emisij. Za shranjevanje vodika kot plina so običajno potrebni visokotlačni rezervoarji (do 700 barov tlaka v rezervoarju); shranjevanje vodika kot tekočine zahteva kriogene temperature, ker je vrelišče vodika pri tlaku ene atmosfere -253C. Zato se za več aplikacij amonijak dvigne kot precej izrazit vektor, če ga je mogoče učinkovito proizvesti. Proizvodnja je tradicionalno vezana na omejitve termodinamike, ki zahtevajo visoke sintezne tlake, pa tudi temperature. Tako se NH3 proizvaja centralizirano/veliko.

HySTrAm gradi na razvoju fizičnih materialov za shranjevanje H2, ki omogoča kratkoročno shranjevanje (dinamika obnovljivih virov pufra), kot tudi tri strukturne temelje fleksibilnega nizkotlačnega NH3: katalizatorjev z zmanjšano vsebnostjo Ru, visokotemperaturnih sorbentov NH3 in indukcijsko ogrevane podpore (optimalno ) odzivnost. Projekt bo pokazal kompakten kontejnerski sistem sinteze amonijaka, ki temelji na dveh glavnih zaporednih fazah:

1) Posoda za kratkoročno shranjevanje vodika, ki bo služila kot pufer za shranjevanje in transport vodika, proizvedenega z elektrolizo. Znotraj vodikove posode bo nov ultraporozen material identificiran in optimiziran s tehnologijo strojnega učenja.

2) Reaktor za sintezo amonijaka, ki temelji na izboljšanem Haber-Boschevem procesu, kjer bo shranjeni vodik reagiral z dušikom in tvoril amoniak z uporabo novih katalizatorjev in sorbentov, razvitih v HySTrAm.

"Obzorje Evropa nam ne omogoča zgolj sodelovanja z odličnimi mednarodnimi partnerji, temveč raziskave, razvoj in inovacije na različnih ravneh tehnološke zrelosti postopkov ali proizvodov, kar dopolnjuje naša domača sredstva, ki jih zagotavlja agencija, pa tudi ministrstva. Posledično se lahko samozavestno postavimo ob bok našim evropskim partnerjem pri izzivih, ki se nas kot človeštvo dotikajo še širše: dostop do energije, zniževanje neželenih izpustov ogljikovega dioksida, razvoj zdravilnih učinkovin v službi zdrave družbe ipd. Na Odseku nam tovrstni mednarodni projekti ne omogočajo le vzgoje izvrstnih raziskovalcev, utirajo nam tudi pot do podjetij, ki večkrat, po izkazani odličnosti sodelovanja, kasneje z nami neposredno sodelujejo. Hkrati pa so velikokrat izid teh projektov tudi izumi, ki so ustrezno zaščiteni", ob pridobitvi novih projektov pravi izr. prof. dr. Blaž Likozar.

ESTELLA

Zasnova termoset polimera na biološki osnovi z zmožnostjo recikliranja z dinamičnimi vezmi za proizvodnjo biokompozitov

(dr. Uroš Novak)

ESTELLA je ambiciozna pobuda, ki predlaga inovativno rešitev za izboljšanje recikliranja materialov, ki jih ni mogoče reciklirati: termoreaktivnih kompozitov. V ta namen bo ESTELLA delala na oblikovanju novih epoksidnih smol na biološki osnovi z lastnimi zmožnostmi recikliranja zahvaljujoč uvedbi kovalentne prilagodljive mreže (CAN) v originalni epoksidni strukturi. CAN bo termoreaktivni epoksidni smoli zagotovila sposobnost, da se odzove na določen dražljaj, ki spremeni stanje njegove mikrostrukture in s tem možnost ponovne obdelave/ponovne polimerizacije (vrnitev originalnih monomerov in vlaken). Podobna strategija bo uporabljena za obstoječe epoksidne formulacije na osnovi fosilov. Na ta način je mogoče termoset ponovno obdelati ali ponovno polimerizirati v nove izdelke, vlakna pa je mogoče tudi predelati. Poleg tega bodo vlakna obnovljivega izvora uporabljena kot ojačitev za proizvodnjo termoreaktivnih kompozitov. Raziskave ESTELLA bodo obravnavale tehnike recikliranja katere koli narave (kemične, biološke in mehanske), da bi zagotovile, da je mogoče materiale, ki so bili razviti med projektom, uspešno ločiti na sestavne dele na varen in stroškovno učinkovit način, s čimer se poveča prihodek od dejavnosti recikliranja. Validacija razvitih materialov, ki jih je mogoče reciklirati, se bo izvajala ekonomsko in okoljsko učinkovite proizvodne procese (izven avtoklava). Tako bodo zasnovani in razviti novi biokompoziti na podlagi predpostavk o izboljšanju recikliranja, hkrati pa bodo izpolnjevali zahteve različnih sektorjev, kot so gradbeništvo in prosti čas/mobilnost. Prav tako bo opravljeno obsežno delo za spodbujanje industrijske uporabe razvitih tehnologij in materialov, ob upoštevanju varnostnih, tehno-ekonomskih, regulativnih vidikov in vidikov intelektualne lastnine.

RURALITIES

Podnebno pametni centri za usposabljanje, ki krepijo ekosistem in temeljijo na strokovnem podeželskem znanju

(dr. Uroš Novak)

Projekt zagotavlja strokovni in učni okvir krepitve ekosistema in podnebnih ukrepov, organiziran v HUB-ih (RURALITIES) in obsega vrsto inovativnih metodologij, podprtih s celovito mrežo »living labs«, ter digitalno platformo temelječo na blockchainu, ki združuje internet in brezžične tehnologije za pomoč pri vključevanju, povezovanju in opolnomočenju deležnikov. To se bo izvajalo z večtočkovnim pristopom, na primer z več deležniki, z multidisciplinami pristopi, med sektorji in na več različnih ravneh. RURALITIES temelji na zaposlovanju, pripravi, usposabljanju in treniranju več kot 1.000 moderatorjev za različne naloge (npr. trenerji, moderatorji, vzorniki, koordinatorji središč itd.), ki igrajo pomembno vlogo pri ustvarjanju matrike ter platforme, na kateri se gradi in razvija učni okvir.

V okviru projekta je že identificiranih 6 podeželskih socio-ekoloških centrov (SIMSES) - 2 v Italiji, 1 v Združenem kraljestvu, 1 v Sloveniji, 1 v Španiji in 1 v Romuniji. RURALITIES bo koordiniralo identificirana dejanja lokalnih, regionalnih oblasti v podporo inovacijam na podeželju v regijah in gospodarskih sektorjih, kjer podeželski inovatorji še niso vključeni v ustrezno mrežo. RURALITIES bo koordiniralo identificirana omrežja SIMSES, ki spodbujajo inovativne rešitve na podeželju, hkrati pa vzpostavlja inovativne „Podeželske Hub-e“ temelječe na strokovnem znanju in usposabljanju o podeželskih inovacijah, prikazana na sliki 2 (spodaj). To bo narejeno z usklajevalnim delovanjem z organi upravljanja in regionalnimi organi, ki lahko vplivajo na instrumente regionalne in nacionalne politike v Italiji, Združenem kraljestvu, Sloveniji, Španiji in v Romuniji.

Projekti na področju raziskav materialov

PSIONIC

Visokonapetostni eno-ionski polimerni elektrolit pri sobni temperaturi za varnejše polprevodniške litijeve kovinske baterije

(prof. dr. Robert Dominko)

Med večjimi izzivi uporabe baterijskih vozil so poleg prenizke energijske gostote tudi varnost delovanja baterijskih celic in paketov, ter njihova cena. Polimerni elektroliti v trdnem stanju in litijeva kovinska anoda naslavljajo te izzive z zamenjavo vnetljivih in nestabilnih tekočih elektrolitov, kar vpliva na izboljšano varnost med delovanjem, ter omogoča stroškovno učinkovito proizvodnjo in recikliranje.

Projekt PSIONIC pospešuje tehnološki razvoj baterij s trdnim elektrolitom na osnovi amorfnega zamreženega polietilen oksida (PEO), laminiranega na tanko litijevo folijo na anodi v kombinaciji z visokonapetostnim katodnim materialom prevlečenim z ionsko prevodnim polimerom. To bo omogočilo zamenjavo lahko vnetljivega tekočega elektrolita s polimernim elektrolitom in s tem enakomerno odtapljanje in odlaganje litija na litijevi anodi (brez tvorbe dendritov). Tehnologija za proizvodnjo je na voljo pri Blue Solutions in temelji na trajnostnem pristopu s pomočjo ekstruzije brez dodatne uporabe topil. Baterijske celice razvite v sklopu PSIONIC projekta bodo dosegale stopnjo varnosti na nivoju 2, kar pomeni da celice ob temperaturni obremenitvi ne gorijo, ne izteka nobena tekočina in tudi ni razvijanja plinov. Planirane raziskave in inovacijski pristop v PSIONIC projektu bodo izboljšanje varnosti, zanesljivosti, uporabnosti in nižje cene, omogočile bodo tudi bolj trajnostni pristop in s tem širšo uporabnost baterijskih vozil, kar bo eden izmed ključnih korakov do podnebne nevtralnosti.

"Projekt PSIONIC temelji na konceptu, ki izhaja iz znanja in idej na Kemijskem inštitutu in Politehniki Torino, ter ga koordinira industrijski partner Blue Solutions (član skupine Bollore). Projekt je usmerjen v razvoj akumulatorjev z višjo energijsko gostoto na osnovi polimernih elektrolitov. Vloga Kemijskega inštituta je ključna v večih fazah izvajanja projekta, kar potrjujejo tudi pridobljena sredstva na projektnem razpisu. Obenem je to tudi priznanje za pretekle rezultate, saj nastopamo kot vodilna raziskovalna inštitucija v konzorciju raziskovalnih laboratorijev iz Nemčije, Francije, Švedske, Italije in Slovenije, ter skupaj z pomembnimi indstrijskimi partnerji kot so BASF, Renault, Armor, Accurec, Specific Polymers in že prej omenjeni Blue Solutions", pridobitev projekta komentira prof. dr. Robert Dominko.

REVEAL

Revolucionarni cikel shranjevanja energije z aluminijem brez ogljika

(doc. dr. Ivan Jerman)

Eden od glavnih ključev za podnebno nevtralno Evropo so tehnologije za shranjevanje obnovljivih virov energije skozi daljše časovno obdobje po privlačni ceni in s sprejemljivim vplivom na okolje. Obnovljivi viri električne energije in toplote se lahko danes proizvajajo poceni in rešitve za kratkoročno shranjevanje za izravnavo neskladij med proizvodnjo in povpraševanjem so na voljo po nizki ceni. Vendar pa so tehnologije za shranjevanje obnovljivih virov energije za daljše časovno obdobje mesecev ali letnih časov redke in drage in zato še ne široko uporabljene. Zato projekt REVEAL razvija edinstveno rešitev tega izziva, z uporabo pretvorbe aluminijevega oksida v aluminijevo kovino (Power-to-Al) na okolju prijazen način za shranjevanje obnovljive energije in proizvodnjo "obnovljivega goriva" v obliki aluminija. Ta revolucionarna tehnična rešitev bo omogočila shranjevanje velikih količin energije z neprimerljivo gostoto shranjevanja energije nad 15 MWh/m3 po privlačno nizki ceni, brez izgub in z nižjimi vplivi na okolje kot vse današnje rešitve.

Na primer: stroški za pretvorbo električne energije v obliko, ki bi bila lahko sezonskega shranjena bodo manjši kot 7 ct/kWh, lahko prenosljiv energetski vektor pa se lahko uporablja za proizvodnjo toplote in električne energije ali vodika kjer koli in kadar koli je potrebno, v razširljivih enotah od nekaj kW do MW. Tako bo ta prebojna rešitev za shranjevanje z visoko gostoto omogočila fleksibilno pokrivanje potreb po energiji tudi v majhnih enotah in situacijah izven omrežja ter – predvsem – v letnih časih, ko je povpraševanje veliko višje, kot bi jo lahko pokrila lokalna proizvodnja iz obnovljivih virov. Zato bo z nastajajočo tehnologijo brezogljične redukcije aluminijevega oksida v aluminij v kombinaciji s sproščanjem energije iz vektorja za shranjevanje aluminija, ta projekt zagotovil enega od manjkajočih kosov sestavljanke za podnebno nevtralno Evropo.

Projekt na področju teoretične kemije

PARC

Partnerstvo za ocenjevanje tveganja iz kemikalij

(doc. dr. Marjan Vračko)

Splošni cilj projekta PARC je utrditi in okrepiti zmogljivosti EU za raziskave in inovacije za kemični RA za zaščito zdravja ljudi in okolja. S tem so povezani trije specifični cilji (SO), okoli katerih je strukturiranih 9 delovnih sklopov PARC in za katere je razvitih 13 realnih, merljivih, dosegljivih in preverljivih operativnih ciljev.

Projekti na področju ved o življenju

R-NMR

Oddaljeni NMR (R-NMR): Premik infrastrukture NMR na zmogljivosti oddaljenega dostopa

(prof. dr. Janez Plavec)

Spektroskopija jedrske magnetne resonance (NMR) je ena glavnih analitskih metod, ki se uporabljajo v vseh kemijskih, fizikalnih, bioloških in medicinskih znanostih. Vodilna vloga NMR izhaja iz njegove analitične moči v smislu molekularne ločljivosti, kvantifikacije, obnovljivosti in širokega obsega uporabe. Zahteva sofisticirano in drago opremo, ki jo upravljajo znanstveniki z različnimi izkušnjami, od raziskovalcev, usmerjenih v storitve, do visoko usposobljenih strokovnjakov. Skupna kapitalska naložba v evropske objekte NMR, ki delujejo na lokalni, nacionalni in evropski ravni, presega 500 milijonov evrov. Skupnost NMR vzdržuje odlično mreženje med lokacijami in služi širši skupnosti znotraj osrednjih točk evropskih raziskovalnih interesov.

Z aplikacijo Remote-NMR (R-NMR) želimo vzpostaviti oddaljeni dostop za vse uporabnike NMR po vsej Evropi. Medtem ko so rutinske aplikacije NMR rutinske na vsaki univerzi in v industriji, se bolj specializirane aplikacije izvajajo v namenskih raziskovalnih infrastrukturah, ki ponujajo dostop in pomoč lokalnim in zunanjim uporabnikom. Med pandemijo je infrastruktura NMR upočasnila svoje delovanje v različnih stopnjah, zlasti dostop oddaljenih uporabnikov se je znatno zmanjšal, kar je povečalo potrebo po vzpostavitvi standardiziranih postopkov za oddaljeni dostop za izboljšanje njihove odpornosti na škodljive zunanje dejavnike. V tem predlogu bo vzpostavljena vključujoča mreža NMR-infrastruktur po vsej Evropi, ki bo preverjala, ali in kako je mogoče omogočiti oddaljeni dostop glede na potrebe skupnosti, ter izvajala GDPR v objektih in vzorčne postopke pošiljanja. Vzpostavljene bodo rutine za daljinsko uporabo NMR, vključno z razširjanjem raziskovalnih in učnih protokolov, arhiviranjem podatkov in pošiljanjem vzorcev. Ocenil se bo celoten CO2 odtis delovanja konzorcija ter njegovo zmanjšanje zaradi zmanjšanja potovanj.

4.UNCAN.eu

Koordinacija in podpora za pripravo UNCAN.eu platformeza razumevanje raka

(prof. dr. Roman Jerala)

Enoletni usklajevalni in podporni ukrep »4.UNCAN.eu« bo ustvaril strateško agendo za začetek UNCAN.eu, evropske pobuda za razumevanje raka, ki jo je predlagal odbor EU misije in evropski načrt za premagovanje raka. Ta raziskovalna agenda bo zgrajena s končnim ciljem doseči nov preboj na področju preprečevanja in zdravljenja raka, ki bo prispeval k reševanju življenja evropskih državljanov in pomoč pri zagotavljanju optimalne kakovosti življenja preživelim. Da bi dosegli novo raven razumevanja, bo UNCAN.eu izkoristil nedavni napredek pri ustvarjanju raziskovalnih podatkov in znanosti o podatkih. Zanesljivi, visokokakovostni podatki o raziskavah raka ustvarjeni z analizo eksperimentalnega modela in zbrani pri  spremljanju bolnikov z rakom, bo deljena in integrirana v velikem obsegu znotraj zveznega podatkovnega vozlišča za raziskave raka, v okviru splošne uredbe o varstvu podatkov.

Te informacije bodo ustrezni akterji v Evropi in zunaj nje lahko uporabljali za obravnavo nujnih in bistvenih znanstvenih in medicinskih izzivov pri preprečevanju raka, zgodnji diagnozi, zdravljenju in preživetju pri moških in ženskah različnih starosti. Ti izzivi, opredeljeni v tesnem sodelovanju z evropskimi pacienti in državljani, bodo naslovljeni skozi konkurenčne, ambiciozne ter inovativne, čezmejne in transdisciplinarne raziskovalne programe. Naslavljalo se  bo tudi izziv integracije neenakosti v raziskavah raka v regijah in državah članicah, da bi povečali raziskovalni potencial manj razvitih regije v Evropi. Deležniki  bodo zavezani načelom odprte znanosti, vključno s FAIR vodilnimi načeli za zbiranje znanstvenih podatkov, upravljanje in skrbništvom. Novo razumevanje, pridobljeno iz zbiranja in analize tega bogastva podatkov bo sekundarno vplivala tudi na raziskave drugih bolezni.

Dr. Barbara Tišler, ki na Kemijskem inštitutu vodi Projektno pisarno, ob uspehih v okviru evropskega programa za raziskave in inovacije Obzorje Evropa 2021-2027, pojasnjuje: "Kemijski inštitut ima delujočo Projektno pisarno od leta 2016 dalje. Projektna pisarna je osredotočena na podporo prijavam in nudi informacije o razpisih, partnerjih ter zahtevanih besedilih prijavnice. Že v obdobju 2014-2020 je Kemijski inštitut pridobil preko 20 mio EUR iz Okvirnega evropskega programa za raziskave in inovacije Obzorje 2020. Skupni evropski raziskovalni program je opredeljen v Lizbonski pogodbi, financira pa se neposredno iz proračuna Evropske unije".

Kontakt za več informacij: barbara.tisler[at]ki.si