Témák és projektek Eszközök in English
Kezdőlap
Magunkról
Videók
Beszámolók
Publikációs adatok
Évkönyvek
Gazdasági adatok
Igazgató
Osztályok
Titkárság
Általános információk
Telefonkönyv
Elérhetőség
Hírek
Események
Sajtóvisszhang
Díjak
Személyes lapok
Honlaptérkép
XPS multiquant
Intranet
NYÁRI KUTATÓTÁBOR 2011
Nyári Kutatótábor 2010
Nyári Kutatótábor 2009
 
 
 
 
 

SZAKÉRTELEMTÁR - MEGÚJULÓ ÉS TISZTA ENERGIA OSZTÁLY

Hidrogén Energia Csoport

A csoport érdeklődésének középpontjában olyan heterogén katalizátorok kifejlesztése áll, amelyek alkalmazási területe kapcsolódik a hidrogéntechnológiákhoz. Katalizátorokat tervezünk a fotokatalitikus vízbontás, a fotokatalitikus metanol reformálás valamint a bioetanol reformálása révén történő hidrogén-előállításhoz. Ezen túlmenően elektrokatalizátorokat fejlesztünk tüzelőanyag-cellákhoz, amelyek hatékonyan alakítják át a hidrogén kémiai energiáját elektromos energiává.

A katalizátorok tervezése saját fejlesztésű optimalizáló algoritmus – a holografikus kutatási stratégia – segítségével történik. Emellett, rutinszerűen alkalmazzuk a genetikus algoritmust és a faktoriális kísérlettervezést. A kísérleti adatok feldolgozását és elemzését mesterséges neurális hálózatokkal, főkomponens elemzéssel és részleges hibanégyzetek módszerével végezzük.

A „valós” katalizátorok összetételét és szerkezetét leginkább megközelítő modellrendszerek spektroszkópiai vizsgálatának eredményeit visszacsatoljuk a katalizátortervezés folyamatába. A katalitikus komponensek között fellépő szinergiák eredetét „ in situ” optikai és elektron-spektroszkópiai módszerekkel derítjük fel.

A katalizátorok előállítása és katalitikus tulajdonságainak vizsgálata nagy-áteresztőképességű kísérleti eszközökkel történik.

Fotokatalitikus vízbontás és metanol reformálás

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Tálas Emília, Tompos András

A fotokatalizátorok kifejlesztése olyan új típusú félvezetők előállítását célozza meg, amelyek tiltott sáv szélessége lehetővé teszi a látható fénnyel történő gerjesztést. A fotokatalitikus vízbontásban további alapvető feladat, hogy hatékonyabbá tegyük a töltéshordozók szétválását, azaz gátoljuk az elektron-lyuk rekombinációt. A fotokatalitikus aktivitást nemcsak a félvezetők összetétele, hanem szerkezetük, morfológiájuk is jelentősen befolyásolja. Munkánk során új típusú, Sn-TiO 2 alapú nano-strukturált anyagok kifejlesztésére összpontosítunk. A kutatások költségeit részben az K77720-as OTKA projekt fedezi.

Etanol gőzreformálása

Kapcsolattartó vezetőkutató: Tompos András

A hidrogén előállítása biológiai eredetű, azaz biomasszából származó, oxigén tartalmú vegyületek, elsősorban bio-etanol reformálásával történik. Meg kell jegyeznünk, hogy a biomassza eredetű oxigenátok reformálásakor a keletkező CO 2 felhasználódik a biomassza forrás növekedésére, így a szén közel zárt körben marad. Az etanol reformálására Ni, Co és Ce tartalmú, többkomponensű heterogén katalizátorokat alkalmazunk. Két alapvető fejlesztési irányt követünk, amelyek célja (i) metánban gazdag hidrogén előállítása olvadék karbonátos tüzelőanyag-cellákhoz (MCFC) és (ii) tiszta hidrogén előállítása polimer elektrolit membrán tüzelőanyag-cellákhoz (PEMFC). A kutatások költségeit részben az K77720-as OTKA projekt fedezi.

Szénmonoxid preferenciális oxidációja és katalitikus CO oxidáció szenzorokban történő alkalmazáshoz

Kapcsolattartó vezetőkutató: Szabó Ervin, Hegedűs Mihály, Tompos András

A polimer elektrolit tüzelőanyag-cellák (PEMFC) rendszerint igen érzékenyek a hidrogénben található CO nyomokra. Az elektrokatalizátorok CO-tűrőképességének megnövelése mellett, fontos, hogy a hidrogén üzemanyag CO tartalmát csökkentsük a CO szelektív/preferenciális oxidációja révén (PROX). A PROX reakciót MgO, Al 2 O 3 , valamint MgAl 2 O 4 hordozós többkomponensű Au-fém rendszereken tanulmányozzuk.

A CO-szenzorok sok esetben alapulnak a CO oxidációjában aktív katalizátorokon. A katalizátorokkal szemben támasztott fő követelmény, hogy alkalmasak legyenek levegőben nyomnyi mennyiségű CO (? 100 ppm) oxidálására. A szenzorok fejlesztésében együttműködünk az MFA-val és a japán Tateyama Kagaku Csoporttal.

Elektrokatalizátorok polimer elektrolit membrán tüzelőanyag-cellákhoz (PEMFC)

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Borbáth Irina, Hakkel Orsolya, Szabó Ervin, Tompos András

Nagy Pt tartalmuk miatt, az elektrokatalizátorok ára a PEMFC-k előállítási költségének jelentős részét képezi. A tüzelőanyag-cellák elterjedéséhez kulcsfontosságú a Pt tartalom csökkentésével párhuzamosan a fém diszperzitásának növelése. A Pt tartalom csökkentése érdekében Pt-alapú ötvözeteket fejlesztünk, emellett vizsgáljuk az aktív szén hordozó vezetőképes vegyes oxidokkal történő módosításának hatását is. További kutatási területet jelent az új típusú, olcsóbb, nemesfémmentes elektrokatalizátorok tervezése.

A Pt tartalom csökkentése mellett célunk az anód elektrokatalizátorok CO-tűrőképességének javítása is. Általánosan elfogadott nézet, hogy a Pt 3 Sn ötvözet fázis igen aktív a CO és az alkoholok elektrooxidációjában. Csoportunk több évtizednyi kutatási tapasztalattal rendelkezik különböző, hordozós kétfémes E x -M y (E= Sn, Ge; M= Pt, Pd, Rh, Ru) katalizátorok előállításában. Az általunk kifejlesztett Irányított Felületi Reakciók (Controlled Surface Reactions – CSR) módszere még magas E/M arány esetében is kizárólagosan fém-fém (E-M) kölcsönhatást eredményez. A CSR segítségével sikerült tiszta Pt 3 Sn fázist kialakítanunk a szénhordozón. Továbbá a szénhordozó vezetőképes Ti x W y O 2 vegyes oxiddal történő módosításával nemcsak az elektrokatalizátorok CO-tűrőképességet tudtuk megnövelni, hanem a hidrogén elektrooxidációjában is nagy aktivitást értünk el. Ezen fejlesztéseken az Izotópkutató Intézettel, a Kontakt Elektro Kft.-vel, a tajvani Industrial Technology Research Institute-tal valamint a spanyolországi Instituto de Catálisis y Petroleoquímica (CSIC) intézettel dolgozunk együtt.

Modell katalizátorok tanulmányozása

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Pászti Zoltán, Hakkel Orsolya

A modellrendszerek vizsgálata segíti a katalizátorok működésének megértését és hozzájárul a katalizátortervezés tudományos megalapozottságához. E tevékenység során célunk, hogy katalitikus alapreakciók vizsgálatával feltárjuk a felületi összetétel, elektronszerkezet és morfológia hatásait, kiválasszuk a legvalószínűbb reakció utakat és azonosítsuk a meghatározó köztitermékeket. Modellkatalizátoraink összetett fém/oxid nanoszerkezetek, amelyeket ellenőrzött körülmények között alakítunk ki és felület-spektroszkópiai technikákkal (elektron-spektroszkópia, összegfrekvencia-keltési spektroszkópia) jellemzünk jól definiált „ in situ” viszonyok között. A jelenleg folyó projektjeinkben az etanol reformálás és a szén-monoxid oxidáció elemi lépéseit kutatjuk megfelelően kiválasztott modell katalizátorok segítségével. A kutatások költségeit részben az K100793-as OTKA projekt fedezi.

 

Hőbomlási Folyamatok Csoport

Biomassza anyagok vizsgálata és biomassza hasznosítási módszerek fejlesztése

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Pekkerné Jakab Emma, Várhegyi Gábor

Elsősorban növényi eredetű biomassza anyagok hő hatására bekövetkező változásait vizsgáljuk. Elemezzük a felszabaduló bomlásterméket, a folyamatok időbeli lefutását különböző hőmérséklet - időfüggvények esetén, valamint a szilárd biomassza anyagok elgázosításának lefolyását. Munkánk eredményeként:

  • Részletes információ nyerhető a különböző növényi nyersanyagok égetése, elgázosítása, elszenesítése ill. pirolízise során lejátszódó folyamatokról;
  • A felhasználás szempontjából hasznos módon jellemezhető az egyes nyersanyagok hasonlósága ill. különbözősége;
  • Összetett biomassza hasznosítási technológiák esetén megismerhetők a szilárd közti termékek, melléktermékek és végtermékek tulajdonságai, ily módon következtetések vonhatók le a technológia egészének működéséről, valamint a technológiai paraméterek hatásáról.
  • A fentieken kívül
  • Jellemezni tudjuk a biomassza-pirolízissel nyerhető folyékony üzemanyagok javítására használt katalizátorok hatékonyságát;
  • Adatokat tudunk meghatározni faszenek szállíthatóságával, tárolhatóságával, és öngyulladásával kapcsolatban.

Biomassza anyagok, szenek, valamint egyéb szilárd tüzelőanyagok égési folyamatainak vizsgálata

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Várhegyi Gábor, Pekkerné Jakab Emma

Az égés három alapfolyamatából kettőt, a termikus kigázosítást (pirolízist), valamint az elszenesedett maradékok (char) kiégését kontrollált körülmények között vizsgáljuk. Ezáltal alapadatokat és ismereteket szolgáltatunk tüzeléstechnikai problémák megoldásához.

Polimerek hőbomlása, valamint műanyaghulladékok hasznosítása

Kapcsolattartó vezetőkutatók: Blazsó Marianne, Pekkerné Jakab Emma, Novákné Czégény Zsuzsanna

Több évtizedes kutatómunkánk során számos ismeretet szereztünk a műanyagok termikus és katalitikus kémiai átalakításáról, valamint a műanyaghulladékok környezetszennyezési veszélyeiről. 1998 és 2005 között az Európai Unió két K+F projektjében vettünk részt, belga, cseh, francia, német és olasz partnerekkel együttműködve. Munkánkkal hozzájárultunk egy elektronikai műanyaghulladékok halogénmentesítésére szolgáló kísérleti üzemi berendezés konstrukciójához és működési paramétereinek optimalizálásához.

Ipari együttműködésekhez, valamint K+F projektekhez az alábbi területeken tudunk hozzájárulni:

  • A hasznosítandó műanyaghulladékok részletes vizsgálata, polimerek összetételének, kémiai és termikus viselkedésének megállapítása;
  • Az adott műanyaghulladék típushoz alkalmazható, már létező kémiai hasznosítási technológiák felkutatása és fejlesztési irányainak meghatározása;
  • Laboratóriumi kísérletek elvégzése a kiválasztott technológiát modellező laboratóriumi berendezésben;
  • Részvétel a kísérleti üzemi, majd az üzemi berendezés működési paramétereinek optimálásában a nyersanyagok és termékek minősítése és kémiai analízise révén;
  • Szükség szerinti részvétel az üzemi berendezés technológiájának módosításában.

Hőbomlási és égési folyamatok kinetikai modellezése a kinetikai kontroll tartományában.

Kapcsolattartó vezetőkutató: Várhegyi Gábor

Bonyolult szerkezetű, összetett szerves anyagokat (például biomassza energiahordozókat) vizsgálunk. A kísérleti körülményeket úgy határozzuk meg, hogy a transzport folyamatok hatása elhanyagolható legyen a reakciók időbeli lefutására. Különböző hőmérséklet – idő programok mellett végzünk méréseket inert atmoszférában, vagy különböző oxigénkoncentrációk esetén. A teljes méréssorozatot együtt értékeljük ki a legkisebb négyzetek módszerével. Olyan modelleket használunk, amelyek tükrözik a minták és a reakciók bonyolultságát.

A munkánkhoz az alábbi módszerek illetve eszközök állnak rendelkezésünkre:

  • Termomérleg - tömegspektrometria (TG-MS). A minták tömegének változását követjük igen nagy érzékenységgel, miközben a mintát különbözőhőmérséklet-programoknak vetjük alá. Emellett a képződő illóanyagok mennyiségének és minőségének változását követjük tömegspektrometria segítségével.
  • Pirolízis - gázkromatográfia - tömegspektrometria (Py-GC-MS). Gyors felfűtés után 10-30 s izoterm pirolízist alkalmazunk. A képződő illókat gázkormatográf segítségével szétválasztjuk, és tömegspektrométer segítségével elemezzük.
  • Az égési/hőbomlási folyamatok reakció kinetikai modellezése. Különböző hőprogramok mellett nagyszámú TG-MS ill. TGA kísérletet végzünk. Égési vizsgálatokban különböző oxigénkoncentrációkkal végzünk kísérleteket. A kísérleti körülményeket úgy választjuk meg, hogy ne a transzport folyamatok, hanem a kémiai reakciók határozzák meg a mérési eredményeket. A fenti módon végzett méréssorozatok eredményeit összetett reakció kinetikai modellek alkalmazásával, a (nem-lineáris) legkisebb négyzetek módszere alapján értékeljük ki. Munkánkat évtizedek alatt kifejlesztett, a nemzetközi szakirodalomban kiemelkedőnek számító szoftvercsomagok segítik.