M-Era.net projekta akronīms: INNOHYPPY
Izpildīšanas periods: 1.06.2023. – 31.05.2026.
Projekta vadītājs – Dr. Šarūnas Varnagiris, Lietuvas enerģijas institūts, Lietuva
Sadarbības partneri:
- Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts
- Jožefa Stefana institūts (Slovēnija)
Atbildīgais no LU CFI – Dr. Līga Grīnberga
Kopīgais budžets: 543 888 eiro
LU CFI daļa: 183 888 eiro
Projekta mērķis:
Fe/Ti piemaisījumu ietekmes fundamentālie un pielietojuma pētījumi jauna katalizatora izveidei tīra ūdeņraža iegūšanai pirolīzes ceļā, veicot katalizatora materiāla reģenerācijas eksperimentus, lai pagarinātu tā kalpošanas laiku, un izmantojot procesa atlikumus pesticīdu detektora izgatavošanā.
Attēls: INNOHYPPY shēma
Projekta kopsavilkums:
Tīras enerģijas risinājumiem un ūdeņradim ir izšķiroša nozīme Eiropas zaļajā kursā, plānā REPowerEU, ilgtspējīgas attīstības mērķos enerģētikā un citās iniciatīvās, lai cīnītos pret nelabvēlīgajām klimata pārmaiņām. Ambiciozo ES mērķu sasniegšanai ir svarīga ne tikai valdību un valstu kopēja sadarbība, bet arī vienots zinātnieku darbs progresīvu materiālu izstrādei tīras enerģijas ražošanai, uzkrāšanai un izmantošanai, nodrošinot atbilstību aprites ekonomikai stratēģijai un siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšanai.
Projekta galvenās aktivitātes ietver lielas virsmas laukuma gamma alumīnija oksīda struktūras sintēzi dzels/niķeļa katalizatora uzklāšanai, izmantojot Lietuvas enerģētikas institūta Eiropā patentēto inovatīvo alumīnija-ūdens reakcijas metodi (EP3768640B1), kurai seko pārklājuma ar plaši izkliedētu niķeļa nanoklasteru uznešana uz iegūtās struktūras, izmantojot magnetronu uzputināšanas tehnoloģiju. Projekta laikā tiks izveidota optimāla metāna pirolīzes reaktora konstrukcija. Tiks veikta pirolīzes procesā dezaktivētā katalizatora reģenerācija ar plazmas apstrādi, un izpētītas pirolīzes reakcijas blakusprodukta – oglekļa – īpašības, lai to varētu izmantot kā elektrodu materiālu pesticīdu noteikšanai. Projekta aktivitāšu beigu tehnoloģiju gatavības līmenis ir plānots TRL 4.
INNOHYPPY rezultāti dos ieguldījumu Eiropas Komisijas vērienīgo klimata pārmaiņu novēršanas mērķu sasniegšanā un oglekļa pēdas samazināšanā, tostarp aktivitātēs, kas saistītas ar enerģijas pārveidi, augstākas efektivitātes procesu izstrādi ar uzlabotu vispārējo veiktspēju, izvairīšanos no kritisko izejvielu izmantošanas, tehnoloģijas atkritumu izmantošanu un visa procesa ilgtspējības nodrošināšanu.
Sagaidāmie rezultāti:
- Izveidota jauna katalizatora struktūra, kas uzlabo metāna pirolīzes procesu.
- Laboratorijā apstiprināta pirolīzes procesa tehnoloģija, noskaidrojot piemērotākos parametrus reaktora izveidei.
- Plazmas apstrādes metode, dezaktivētā katalizatora reģenerācijai.
- Tehnoloģija pesticīdu noteikšanai, par darba elektrodu izmantojot pirolīzes procesa blakusproduktu - oglekli.
LU CFI uzdevumi:
- Sintezētā katalizatora pirms un pēcapstrādes, kā arī iegūtā oglekļa analīze.
- Sistēmas izveide pirolīzes procesam un gāzu analīzei.
- Pirolīzes eksperimenti un radušos gāzu sastāva analīze.
- Pirolīzes reaktora un kopējās sistēmas modeļa izveide.
- Komunikācija un informācijas izplatīšana.
Projekta izpilde
Periods 01.06.2023.-31.12.2023.
Sasniegts 1. jūdžakmens
Metāna sadalīšanas eksperimentālais prototips un gāzes līnijas dizains
Eksperimentālais prototips ir paredzēts metāna katalītiskai sadalīšanai ūdeņradī un ogleklī paaugstinātā temperatūrā un kontrolētā reaktora vidē. Gāzes vada konfigurācija ļauj sistemātiski paņemt paraugus un droši uzglabāt saražoto ūdeņradi, veicinot padziļinātu katalizatora un temperatūras ietekmes izpēti uz reakcijām un fizikālajiem procesiem reaktorā.
 |
Reaktora dizains:
Testa reaktors sastāv no kvarca caurules (diametrs 60 mm, garums 1000 mm, sildīšanas garums 440 mm), kurā var nodrošināt bez-gaisa vidi un paaugstinātu temperatūru, nodrošinot metāna sadalīšanos katalizatora klātbūtnē. Reaktora ir aprīkots ar precīziem temperatūras kontrolieriem, lai nodrošinātu stabilu un atkārtojamu eksperimentālo vidi.
Temperatūras kontrole:
Kombinējot sildelementus un K tipa termopārus, reaktorā tiek nodrošināta un kontrolēta optimāla temperatūra metāna sadalīšanai. Sildelementu darba temperatūra var sasniegt 1200 ℃ ar precizitāti +/- 1 ℃, sasniedzot sildīšanas ātrumu 10 ℃/min.
Katalizatorā ievade:
Fe/Ni katalizators, kas nogulsnēts uz gamma alumīnija oksīda pamatnes, tiek ievadīts reaktorā kvarca tīģelī, nodrošinot uzlabotu metāna sadalīšanās procesu zemākās temperatūrās nekā parastos apstākļos.
Gāzes līnijas dizains:
Pirms eksperimenta sākšanas sistēma tiek atsūknēta, lai izvadītu sistēmā esošo gaisu. Pēc tam metāns tiek ievadīts reaktorā un pakļauts kontrolētai karsēšanai, eksperimentāli nosakot optimālo temperatūru, kas ir būtiska efektīvai metāna sadalīšanai ūdeņradī un ogleklī. Pēc sadalīšanās radušās gāzes plūst caur integrēto gāzes vadu, kas sadalās divos ceļos. Viens ceļš novirza gāzes uz paraugu maisu reakcijas produktus turpmākai analīzei, bet otrs ceļš radušos ūdeņradi/gāzes novirza uz gāzes tvertni turpmākai izmantošanai.