Hatékony, környezetbarát és intelligens katalizátor

A karbonsemleges vegyipar felé tesz fontos lépést a Miskolci Egyetem és a BorsodChem kutatás-fejlesztési projektje.

A teljes cikk eredetileg az UNI in&out 2025 Innováció kiadványában jelent meg.

A vegyipari technológiai folyamatok hatékonyságát növelő, a környezetvédelmi előírásokhoz igazodó intelligens hidrogénező katalizátorrendszer fejlesztésében működik együtt a Miskolci Egyetem és a BorsodChem Zrt. az „ARIZO” kutatás-fejlesztési projektben. A gyártási folyamat keretei között nagy szabadsági fokot nyújtó technológia kidolgozását a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatja.

Az intelligens hidrogénező katalizátorok összetétele és tulajdonságai rugalmasan igazíthatók a piaci igényekhez, így kiemelkedő szerepet töltenek be a költséghatékony, környezetbarát és fenntartható vegyipari technológiák között. A katalizátortervezés és -előállítás során kiemelt hangsúlyt kap a gyártási technológiák egyszerűsítése és a gyártási veszteségek minimalizálása. A katalizátorok élettartamának növelése és újrahasználhatóságuk javítása megfelel a fenntarthatósági és a gazdasági szempontoknak is.

A kutatás-fejlesztési tevékenység a Miskolci Egyetem és a Wanhua BorsodChem szoros együttműködésében valósul meg. A közös munka fókuszában az aromás izocianát alapanyagok gyártása áll, amelyek kiemelkedő ipari jelentőségűek, mivel nagy volumenben állítják elő őket a vegyiparban. Ezek az anyagok számos ipari termék – például poliuretán habok, ragasztók, festékek és bevonatok – alapvető kiinduló vegyületei, így az előállításuk optimalizálása nemcsak gazdasági, hanem stratégiai szempontból is fontos.

A közös projekt egyik különlegessége, hogy a katalizátorfejlesztés teljes folyamata létrejön: a tervezéstől és számítógépes modellezéstől kezdve a laboratóriumi kísérleteken és anyagvizsgálatokon át egészen az üzemi mérethez történő optimalizálásig. Ez a teljes körű megközelítés lehetővé teszi, hogy a fejlesztés során minden egyes lépésnél figyelembe vegyék a technológiai, a gazdasági és a környezetvédelmi szempontokat is.

A munka során folyamatosan állítanak elő különböző katalizátorokat, amelyek laboratóriumi körülmények között részletes tesztelésen esnek át. Ezek az anyagok vagy összetételükben, vagy gyártási technológiájukban térnek el egymástól, ami lehetővé teszi a széles körű összehasonlításukat. Ennek köszönhetően az ipari partner a piaci igényeknek megfelelően választhatja ki az optimális katalizátort – akár gazdasági, akár hatékonysági kívánalmak szerint.

A katalitikus teszteket különböző hőmérsékleti és nyomásviszonyok között végzik, mivel a katalizátor aktivitása és szelektivitása jelentősen függ a reakciókörülményektől. Különösen fontos szempont az olyan katalizátorok azonosítása, amelyek alacsonyabb hőmérsékleten és nyomáson is magas hatékonysággal működnek. Az ilyen katalizátorok alkalmazásával a gyártási folyamat energiaigénye jelentősen csökkenthető, ami közvetlen költségmegtakarítást és kisebb környezeti terhelést eredményez.

Az anyagvizsgálati módszerek kulcsfontosságú szerepet játszanak a fejlesztésben. A katalizátorok morfológiájának, kristályszerkezetének, fémtartalmának és fajlagos felületének elemzése lehetővé teszi, hogy feltárják az ok-okozati összefüggéseket a szerkezeti jellemzők és a katalitikus teljesítmény között. Ez a tudás meghatározza a jövőbeni fejlesztési irányokat is, hiszen segít megérteni, mely paraméterek befolyásolják leginkább a reakció hatékonyságát és szelektivitását.

Az optimális katalizátor kiválasztása komplex feladat, mivel számos technológiai és gazdasági tényezőt kell figyelembe venni. Ennek támogatására alkották meg a Miskolci Egyetem és a Wanhua BorsodChem kutatóinak közös fejlesztésében a MIRA21 modellt. Ez egy olyan katalizátor-adatbázist működtet, amelyben a legfontosabb paraméterek alapján rangsorolják az ipari gyakorlatban és a tudományos publikációkban ismertetett katalizátorokat. A MIRA21 modell és az adatbázis nyilvánosan elérhető, így bármely kutató feltöltheti saját fejlesztésű katalizátorát, és azonnal összevetheti mások eredményeivel.

Az iparban jelenleg széles körben használt katalizátorok jellemzően palládium- és platinatartalmú, szénalapú hordozón (például korom vagy aktívszén) készülnek. Ezek hatékonynak bizonyulnak, ugyanakkor a visszanyerésük komoly kihívást jelent, mivel apró részecskeméretük miatt csak költséges szűrési, vagy időigényes ülepítési eljárásokkal választhatók el. A Miskolci Egyetem közreműködésével megvalósuló projekt egyik jelentős eredménye, hogy több, mágneses térrel egyszerűen elválasztható katalizátort fejlesztenek ki. Ezek nemcsak hatékony és szelektív termék-előállítást biztosítanak, hanem a gyors és energiatakarékos szeparáció lehetőségét is megteremtik.

Különösen ígéretesek a vasoxid alapú, valamint a szén–vas-oxid kombinációjú katalizátorok. A különféle ferritek — például nikkelvas-oxid vagy kobalt-vas-oxid — önmagukban is katalitikus aktivitást mutatnak, miközben biztosítják a mágnesezhetőséget is. Ez a kettős tulajdonság jelentősen leegyszerűsíti a katalizátorok újrahasznosítását és csökkenti a működési költségeket.

A projekt során kidolgozott folyamategyszerűsítéssel és optimalizálással a kívánt termékeket nemcsak költséghatékonyabban állítják elő, hanem jelentősen csökkentik a szén-dioxid-kibocsátást és a vízfelhasználást is. Ez a fejlesztés így egyszerre szolgálja a gazdasági versenyképességet és a környezetvédelmi célokat, egyben fontos lépést jelent a karbonsemleges vegyipar felé.

Még több értékes tartalom vár!

Az UNI in&out 2025 Innováció kiadványban olyan témákban mélyedhetsz el, amik valóban számítanak – oktatásról, jövőről, karrierről. Digitális és print formátumban is elérhető a shop.uniside.hu oldalon!