| Felsőoktatási Intézmény | Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar |
|---|---|
| Projektgazda Neve | Pannon Egyetem Mérnöki Informatikai Kar, Műszaki Kémiai Kutatóin |
| Projektgazda Címe | 8200 Veszprém, Egyetem u. 10. |
| Projektgazda Weboldala | www.uni-pannon.hu |
| Kapcsolattartó Neve | Dr. Gyenis János |
| Kapcsolattartó Telefonszáma | +36 88 623506 |
| Kapcsolattartó Mobilszáma | +36 30 9370284 |
| Kapcsolattartó Email Címe | gyenis@mukki.richem.hu |
| Tudományágak |
|---|
| Kémiai tudományok |
| Vegyészmérnöki tudományok |
| Anyagtudományok és technológiák |
| Iparágak |
|---|
| Gyógyszerkészítmény gyártása |
| Egyéb vegyi termék gyártása |
| Egyéb beton-, gipsz-, cementtermék gyártása |
A Műszaki Kémiai Kutatóintézet küldetése a vegyészmérnöki és a biomérnöki tudományterületeket is integráló műszaki kémia hatékony művelése a hazai, valamint a nemzetközi tudomány és technológia fejlődése érdekében. Az itt folyó kutatások a kémiai, biokémiai, biomolekuláris és fizikai (így a hő- és anyagátadási, hőtechnikai, mikromechanikai, nanorészek, nanostruktúrák, stb.) átalakítási műveletek, folyamatok felderítésére, a feltárt összefüggések és törvényszerűségek felhasználására, az alkalmazható műveleti egységek, eljárások és berendezések jellemzőinek és viselkedésének megismerésére, megtervezésére, létrehozására, működésük befolyásolására, hatékonyságuk javítására irányulnak. A küldetés fontos alkotóeleme továbbá a kutatás-fejlesztés és megvalósítás során létrehozott és összegyűjtött ismeretek átadása a fiatalabb generációk és szakemberek számára az egyetemi oktatás, szakirányú továbbképzés és doktori képzés keretében, egyben vonzóvá téve és átörökítve kutatói-fejlesztői gondolkodásmódot és elhivatottságot.
A projektvezető, Dr. Gyenis János professor emeritus mellett az MTA TTK AKI-val közösen működtetett Funkcionális Nanorészecskék Kutatólaboratórium tudományos munkatársai, elsősorban dr. Feczkó Tivadar PhD, dr. Tóth Judit, Fodorné Kardos Andrea, valamint Németh Bence fiatal munkatársunk vettek részt a projekt létrehozásában. A kutatólaboratórium többi tagjával és az itt dolgozó PhD hallgatókkal együtt évek óta innovatív, tudomány- és iparorientált, nemzetközi színvonalú kutatás-fejlesztési projektekben veszünk részt, elsősorban a funkcionális szilárd részecskerendszerek előállítása és formálása, nano- és mikrorészecskék előállítása és alkalmazása, így például gyógyszerhatóanyagok és egyéb funkcionális anyagok mikro- és nanokapszulázása területén.
Dr. Gyenis János több mint négy évtizedes kutatási tapasztalatai mellett tíz éves ipari múlttal is rendelkezik vegyipari rendszerek műszaki fejlesztése területén. Művelettani, eljárás- és berendezéstechnikai kutatásait az ipari kristályosítás, a gáz-szilárd kétfázisú áramlás, homogenizálási műveletek, részecske- és portechnológia, részecskehalmazok áramlása, statikus keverők, műszaki kémiai folyamatok modellezése és szimulációja, és legújabban biológiailag aktív- illetve fázisváltó hőtároló anyagok mikro- és nanokapszulázása területén folytatta, ill. folytatja. Munkáiból eddig több mint 200 publikációja jelent meg, közülük 60 feletti cikk referált SCI folyóiratban. 25 találmányi bejelentés vagy szabadalom társfeltalálója. Munkáira eddig 350 független hivatkozást kapott. Több nemzetközi konferenciát szervezett, számos konferencia tudományos testületének, és nemzetközi folyóiratok szerkesztőbizottságának volt tagja.
A folyamatban lévő 2011-2015 - EU FP7 Marie Curie Initial Trainig Network program (PowTech: Integrating research training in particle & powder technology) keretében a következő európai kutatóhelyekkel folytatunk együttműködés szilárd részecskék kutatása és technológiái területén:
- The Swedish Institute for Food and Biotechnology SIK (Svédország)
- Delft University of Technology (Hollandia)
- Chalmers Technical University (Svédország)
- ETH Swiss Federal Institute of Technology Zürich (Svájc)
- Ecole Nationale Nantes Atlantique Vétérinaire ONIRIS (Franciaország)
- AgroParisTech AgroParisTech (Franciaország)
- University of Greenwich Greenwich (Egyesült Királyság)
- ARMINES (Franciaország)
- ENSTIMAC (Franciaország)
- University College Cork (Írország)
- Institute of Surface Chemistry YKI (Svédország)
- DSM Food Specialties (Hollandia)
- Astra Zeneca AB (Svédország)
- UCB Pharma (Belgium)
- GEA Process Engineering A/S (Dánia)
- Capsulae (Franciaország)
- Santa Maria AB (Svédország)
- GlaxoSmithKline (Egyesült Királyság)
- Nestle Research Center (Svájc)
- Tetra Pak Processing systems (Svédország)
Szoros együttműködésünk van a Magyar Tudományos Akadémia Természettudományi Kutatóközpont Anyag- és Környezetkémiai Intézetével, mely keretében a Funkcionális Nanorészecskék Kutatólaboratóriumot közösen működtetjük.
Együttműködésünk van a Cseh Tudományos Akadémia Polimer-kémiai Kutatóintézetével és a Brno-i Műszaki Egyetemmel mágneses nanorészecskék előállítása és mikrokapszulázása területén.
Ipari együttműködéseink közül kiemelkedő az Alpha-Vet Állatgyógyászati Kft-vel folytatott kutató-fejlesztő munkánk az állatgyógyászatban alkalmazott, takarmányba keverhető premixek granulált formátumainak kifejlesztése területén.
2005-2007 – „Nanoszerkezetű kompozit gyógyszerformák kifejlesztése fehérjék terápiás hatékonyságának növelésére” c. GVOP projekt
(GVOP-3.1.1.-2004-05-3.1.1/3.0 NANO-PRO-KOMP). A projekt keretében természetes alfa-interferon nano- és mikrokapszulázását végeztük szabályozott gyógyszerhatóanyag leadású készítmények kifejlesztése érdekében, együttműködésben a Szegedi Tudományegyetemmel, és további vállalati, akadémiai és felsőoktatási kutatási szervezetekkel.
2011-2015 - EU FP7 Marie Curie Initial Trainig Network program: „PowTech: Integrating research training in particle & powder technology” című projektben (contract no. 264722) mágneses nanorészecskéket tartalmazó gyógyszerhordozó polimer (PLGA) nanorészecske formákat fejlesztünk természetes alfa-interferon szabályozott és célzott hatóanyag leadású készítmények kifejlesztésére. Ennek keretében egy bangladesi PhD hallgató képzését és kutatómunkáját irányítjuk. A közös nemzetközi projekt keretében 13 csatlakozott európai egyetemmel és vállalati kutatóhellyel, valamint 7 további társult európai vállalati kutatóhellyel működünk együtt.
2012-2015 – TÁMOP program: „Energia ellátó és hasznosító rendszerek korszerűsítésének és hatékonyabb üzemeltetésének tervezése és optimalizálása, megújuló energiaforrások és infokommunikációs technológiák felhasználásával” című átfogó kutatási projekt (TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0072) keretében megújuló termikus energia hasznosítására alkalmas új mikrokapszulázott hőtároló anyagi rendszerek kifejlesztését végezzük, nemzetközi együttműködésben a Cseh Tudományos Akadémia Polimer-kémiai Kutató Intézetével.
A kutatás a Pannon Egyetem Műszaki Informatikai Kar Műszaki Kémiai Kutatóintézetében, a Funkcionális Nanorészecskék Kutatólaboratóriumban folyik, az „Energia ellátó és hasznosító rendszerek korszerűsítésének és hatékonyabb üzemeltetésének tervezése és optimalizálása megújuló energiaforrások és infokommunikációs technológiák felhasználásával” című átfogó kutatási projekt (TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0072) keretében, annak egyik nagy jelentőségű alprojektjeként.
A megújuló energiaforrások közül a megújuló hőenergia, mint például a napsugárzásból származó hőenergia hazánkban is viszonylag nagy mennyiségben áll rendelkezésre. Ehhez járul az ipari tevékenység során sok esetben jelentkező hulladék hő, valamint a háztartásokban jelentkező nem hasznosított hőveszteség. Ezek hasznosítása vagy visszanyerése különböző nehézségek miatt ma még nem kellő mértékű. Ennek egyik oka az, hogy ezek a potenciális energiaforrások általában nem a megfelelő időpontban és formában állnak rendelkezésre. Ezért az általában csak bizonyos időszakokban jelentkező, és fel nem használt hőenergiát gazdaságos módon, ésszerű időtartamig, és viszonylag egyszerűen visszanyerhető formában tárolni kell.
A feladat megoldására eddig többféle hőtároló anyagot vizsgáltak meg és próbálták ki, azok hőtartalom változásainak kihasználásával. Azok az anyagok, melyek az energiatárolás kívánt hőmérsékleti tartományában halmazállapotukat is megváltoztatják, nagymennyiségű látens hőt képesek tárolni, a hőmérsékletváltozáshoz kapcsolódó érzékelhető hőtartalom változáshoz viszonyítva. Az ilyen típusú fázisváltó hőtároló anyagok alkalmazásához azonban számos műszaki problémát kell megoldani, melyek többek között a tömbfázisú anyagok általában kis fajlagos felületéből és a többnyire nem elegendően nagy hővezetési tényezőjükből adódnak.
Ezekre a problémákra megfelelő technológiai válasz lehet az ilyen anyagok kisméretű kapszulákba történő bezárása (mikrokapszulázása), melyek biztosítják a hőtároló rendszer jó technológiai kezelhetőségét. Az így biztosított nagy fajlagos hőátadó felület és a kis méret miatt viszonylag nem nagy hővezetési tényező és kis hőmérsékletkülönbség esetén is jó hőátadás érhető el a kapszulák és technológiai környezetük között. A kapszulák kis mérete a fázisszegregáció elkerülését lehetővé teszi a hőtároló anyagban, ami gyors és egyenletes fázisváltást eredményez a hőfelvétel és hőleadás ciklusaiban egyaránt. Megfelelő műszaki megoldások révén olyan kapszulák állíthatók elő, melyek fala biztosítja, hogy a bezárt fázisváltó anyag ne kerüljön a környezetbe, elkerülve az esetleges anyagveszteséget, vagy korróziós és egyéb problémákat.
A fázisváltó hőtároló anyagok mikrokapszulázása hazánkban teljesen új kutatási terület, de a Pannon Egyetem MIK Funkcionális Nanorészecskék Kutatólaboratóriuma ennek sikeres megvalósítására kellő szakmai megalapozottsággal rendelkezik.
A projektben folyó munka célja olyan nagyhatékonyságú, mikrokapszulázott hőtároló anyagi rendszerek létrehozása, melyek a tömbfázisban használt hőtároló anyagokhoz képest rosszabb körülmények között is előnyös módon tudják a megújuló természeti forrásokból származó hőt, valamint az ipari termelés során, vagy a háztartásokban keletkező hulladék hőenergiát tárolni. Ezzel együtt a projekt célja olyan tudományosan megalapozott, megbízható módszerek és műszaki eljárások kidolgozása, melyek alkalmasak ilyen tulajdonságú hőtároló anyagi rendszerek előállítására és tesztelésére.
Az előállítandó mikrokapszulázott hőtároló anyagok jól alkalmazhatók a mezőgazdasági termékek előállítása során is, és azok energiaigényes feldolgozási technológiáiban (napenergia hasznosítás, melegházak, technológiai épületek kondicionálása, meleg víz előállítás, terményszárítás). Előnyösen használhatók az energetikai és egyéb iparágakban (hővisszanyerés, hulladékhő hasznosítás, használati meleg víz előállítás, kondicionálás), a háztartásokban (napenergia hasznosítás, kondicionálás), és különleges termékek előállítására és feladatok megvalósítására (hőtároló ruházatok, különleges textíliák, űrtechnikai eszközök kondicionálása)
A mikrokapszulázott fázisváltó hőtároló anyagok előállítására irányuló kutatási feladat végrehajtása több szakterület együttműködését igénylő összetett kutatómunkát igényel. Ehhez a különböző működési hőmérséklet tartományoknak megfelelő, kémiai minőségükben sokféle fázisváltó hőtároló anyag (szerves és szervetlen vegyületek) kis gömb alakú részecskéinek felületén olyan speciális bevonó réteget kell létrehozni, ami kompatibilis mind a hőtároló anyaggal, mind azzal a közeggel (a hőt közvetítő gáz, folyadék, szilárd közeg), amiben a hőtároló anyagokat alkalmazni kívánjuk.
A bevonó réteg a hőellenállás csökkentése érdekében nem lehet túl vastag, ugyanakkor azonban folytonosnak, a jelen lévő anyagokat át nem eresztőnek, kémiailag és mechanikailag ellenállónak, kellő szilárdságúnak, stabilnak kell lennie. A halmazállapot-változással (fázisváltással) együtt járó térfogatváltozás miatt a bevonatnak rugalmasnak és hőállónak kell lennie, mert a technológiai rendszerben hosszú ideig kell működnie. A részecskéknek folyadék vagy gáz halmazállapotú hőközvetítő közegekben változó hőmérsékleti körülmények között is jól szuszpendálhatónak, könnyen mozgathatónak kell lennie, a kapszulák nem lehetnek sérülékenyek, és nem csomósodhatnak össze. Épületszerkezeti elemekben több évtizeden keresztül változatlanul kell maradniuk. A kapszulák falának ki kell bírniuk a külső körülmények változásából adódó külső nyomást, és a bezárt hőtároló anyag halmazállapot-változásából adódó belső nyomást.
Működési tartományukat tekintve a különböző felhasználási céloknak megfelelő többféle anyagi rendszer kifejlesztését céloztuk meg, a 15-20 Co körüli, szobahőmérséklethez közel álló tartománytól kezdve az ipari, agráripari, és kommunális alkalmazásokhoz szükséges maximum 120 Co hőmérsékletekig.
A számításba jövő fázisváltó anyagok elsősorban különböző szervetlen sók, sóhidrátok, valamint szerves anyagok (elsősorban nagy szénatom számú paraffinok), és azok elegyei. Ezek viszonylag nagy fázisátalakulási hő felvételére és leadására képesek, elég nagy mennyiségben állnak rendelkezésre, viszonylag olcsón beszerezhetők, és az esetleges kedvezőtlen tulajdonságaik a mikrokapszulázás alkalmazásával kompenzálhatók.
Az előállítandó mikrokapszulák külső burkát képező bevonatok (természetes vagy mesterséges polimerek és azok származékai) tulajdonságai, valamint a kapszulákkal szemben támasztott technológiai követelmények figyelembevételével többféle módszer, eljárás és berendezés felhasználását, kipróbálását és kifejlesztését végezzük, illetve tervezzük. A kutatás során vizsgált módszerek: folyadékfázisú bevonás (komplex koacerváció, fázis-szeparációs polimerizáció, különböző emulziós módszerek, vibrációs csepegtetési módszerek), porlasztásos szemcseképzési- illetve elpárologtatási technikák, valamint gördülőréteges és fluidizációs bevonási módszerek.
A mikrokapszulázott fázisváltó hőtároló anyagok kifejlesztésére irányuló kutatás-fejlesztés során várhatóan legalább 2 új technológiai módszer, műszaki eljárás jöhet létre. A munka során legalább 4 új mikrokapszulázott hőtároló anyagi rendszer mintáit kívánjuk előállítani. A munkák eredményeiből 7 konferencia előadást tervezünk megtartani, és nemzetközi tudományos folyóiratban a munkákról várhatóan 5 cikk jelenik meg. Tervezzük egy új szabadalmi bejelentés megtételét.
Terveink szerint a fázisváltó hőtároló anyagok kapszulázására irányuló kutatásaink jelentősen hozzá fognak járulni az ezeknél az anyagoknál jelenleg még szinte minden esetben előforduló alkalmazástechnikai problémák megoldásához, a technológiai megbízhatóságuk javításához, és ennek révén az alkalmazásuk elterjedéséhez. A fázisváltó anyagok nem kapszulázott formában történő felhasználásának az egyik legnagyobb problémája a hőcsere gazdaságos és biztonságos megvalósítását megnehezítő fázisszegregáció, a kis fajlagos hőátadási felületből és a fázisváltó anyag nagy hőellenállásából következő lassú hőátadás. A mikrokapszulázással megoldhatók ezek a problémák. A kapszulázás emellett olyan védőréteget is eredményez az általában nem környezetbarát anyagokon, ami megakadályozza ezek kikerülését a környezetbe. Ezzel megoldódnak az anyagok esetleges korrozív jellegéből adódó problémák is.
A tervezett munka eredményei így várhatóan számottevően járulnak hozzá a megújuló energiaforrások felhasználásának elterjedéséhez. Csupán a háztartási célú alkalmazásokat tekintve, a mikrokapszulázott fázisváltó anyagok lehetővé teszik a napsugárzásból származó energia felhasználásának jelentős növelését és gazdaságosabbá tételét, elősegítve ezzel a fosszilis energiahordozók fogyasztásának mérséklését.
A kutatás eddigi, viszonylag rövid időszaka alatt már olyan eredmények körvonalazódnak, melyek újdonságtartalma lehetővé teszi egy új szabadalmi bejelentés megtételét
A néhány hónapja indult kutatási projekt, és annak összesen két év négy hónapos teljes időtartama nem teszi lehetővé, hogy a létrejövő termékekre és műszaki eljárásokra, sőt legalább egy üzemesíthető teljes technológiára hasznosítási tervvel és üzleti modellel rendelkezzünk. Egy ilyen terv kidolgozását ezen a területen legalább még további 3-5 éves intenzív kutatás-fejlesztési tevékenység eredménye alapozhatja meg.
A hasznosítási terv kidolgozásához szükség van a laboratóriumi léptékben kidolgozott módszerek léptéknövelésére. Ez azt jelenti, hogy további költséges, munkaerő- és eszközigényes léptéknövelési munkákat kell lefolytatnunk a prototípus termékek félüzemi léptékű mennyiségekben történő előállítására, és a termékek laboratóriumi és félüzemi léptékben történő tesztelésére. Megalapozott gazdaságossági számítások és műszaki tervezési adatok csak egy ilyen második fázis után lesznek elérhetőek.
A mikrokapszulázott fázisváltó anyagok ipari és mezőgazdasági alkalmazása lehetővé teszi a megújuló hőenergia gazdaságos, bizonyos ideig történő felhasználását olyan időszakokban is, amikor azok pillanatnyilag nem állnak rendelkezésre. Ezért a kutatás-fejlesztés eredményei lehetővé teszik a fosszilis energiahordozók kiváltását sok területen, ami nemcsak gazdasági kérdés, hanem hozzájárul a szűkebb és tágabb környezetünk megőrzéséhez is.
Ennek a lehetőségnek az egyedi családi házak energiaszükségletének fedezésében is nagy jelentősége van, mert például a csak bizonyos napszakokban rendelkezésre álló napsugárzás energiáját az éjszakai órákban, sőt esetleg több napon keresztül fel lehet használni fűtésre, vagy a háztartások egyéb energiaszükségletének fedezésére.
A fázisváltó anyagok családi házakban történő alkalmazásának temperáló hatása is van, csökkenti a csúcsenergia fogyasztási időszakokban (nyári légkondicionáló fogyasztási és téli fűtési csúcsok) az elektromos energiahálózat terhelését, és a téli gázfogyasztást is csökkenti. Ugyanakkor lehetőséget ad a csúcsidőszakokon kívüli energiavételezésre és tárolásra, így jelentősen javíthatja a nagy erőművek és energiahálózatok túlzott leterhelését, azt egyenletesebbé téve javítja azok hatásfokát.
Nemzetközi tapasztalatok szerint hasonló hatás mutatkozik bizonyos ipari tevékenységek, mezőgazdasági szárítóüzemek, növényházak, állatházak, pl. baromfitelepek energiafogyasztása csökkentésében is. Ezek a hőtároló anyagok jól alkalmazhatók a csúcsidőszakokon kívül rendelkezésre álló elektromos energia hőenergia formájában történő tárolására is bizonyos lokális felhasználóknál, ami jelentősen hozzájárul a nagy energiarendszerek veszteségeinek elkerüléséhez, hatásfokának javításához.
