Výzkumná skupina Průmyslová chemie se zaměřuje na chemické procesy transformace hmoty (chemických látek, polymerů, ale i biomasy) na látky s vyšší chemickou či energetickou hodnotou. Skupina se věnuje technologii chemické recyklace odpadních plastů a inovativním metodám zpracování odpadních surovin (biomasa, CO₂) pro další průmyslové využití.

Činnosti výzkumné skupiny lze rozdělit do pěti sekcí:

1. Termochemické zpracování odpadní biomasy: Výroba biouhlu (ang. biocharu) prostřednictvím pyrolýzy, produkce „black pelet“ procesem torrefikace, a tvorba porézních sorbentů karbonizací. Biomasa je zpracovávána jak vsádkově v laboratorním měřítku (do 100 g), tak i na kontinuální poloprovozní jednotce s kapacitou až 5 kg/h. Ve spolupráci s dalšími výzkumnými skupinami IET provádíme charakterizaci těchto produktů dle doporučení International Biochar Initiative (IBI). Součástí našeho výzkumu je rovněž analýza vznikajících plynů a pyrolýzních kapalin (pyrolýzní voda a biolej), včetně zpracování hmotnostní a energetické bilance.
2. Chemická recyklace odpadních plastů: Zpracování odpadních polymerních materiálů a jejich směsí s cílem regenerace monomerů nebo chemicky příbuzných látek vhodných pro opětovnou výrobu polymerů. Pro plastový odpad, který nelze zpracovat jednokrokovou pyrolýzou, využíváme pokročilé metody, jako je katalytická pyrolýza, katalytické krakování a reformování s CO₂. Tyto procesy umožňují transformaci odpadních plastů na syntézní plyn (H₂ a CO) s širokým průmyslovým využitím.

Součástí této sekce je také detailní analýza směsí odpadních plastů, identifikace jednotlivých polymerů a detekce nežádoucích nečistot, které komplikují proces chemické recyklace. V neposlední řadě skupina vyvíjí a testuje rafinační a purifikační metody pro čištění jak pyrolýzního oleje, tak i syntézního plynu ze zplyňování tak, aby splňoval kvalitativní požadavky petrochemického a chemického průmyslu.

3. Biochemické procesy: Základní i aplikovaný výzkum výroby bioplynu z biomasy a biologicky rozložitelných odpadů, včetně navazujících procesů, jako je úprava a čištění bioplynu. Modelujeme a hodnotíme anaerobní přeměnu biomasy na energeticky využitelný bioplyn či na materiálově i energeticky využitelný digestát. Poskytujeme základní analytický servis pro bioplynové stanice a provádíme hodnocení bioplynových technologií. Zaměřujeme se také na stanovení produkce metanu z netradičních substrátů nebo hodnocení vlivu přídavku různých aditiv (např. stopových prvků, pufrů, enzymů apod.) na průběh anaerobních či aerobních procesů. V laboratoři se také zabýváme i procesem aerobní degradace biomasy – kompostováním, a to jak na experimentální, tak na poloprovozní úrovni.
4. Procesní inženýrství: Tato sekce se věnuje širokému spektru aktivit v oblasti procesního inženýrství, zahrnujících návrh, optimalizaci a testování technologií pro chemické procesy. Pokrývá kompletní oblast procesního inženýrství – od laboratorního a poloprovozního ověřování procesů až po návrh technologických řešení pro průmyslové využití. Skupina se specializuje na membránové procesy čištění plynů, zejména separace CO₂ z bioplynu nebo procesních plynů. Další výzkumnou oblastí je průmyslová extrakce, která zahrnuje stanovení fázových rovnováh bilančními a návrhovými výpočty extrakčních kolon a experimenty na kontinuální protiproudé extrakční koloně. Skupina se rovněž věnuje procesům jako adsorpce (včetně chemisorpce) či rektifikace.
5. Analytický servis: K výzkumné skupině patří Laboratoř analýzy odpadů a paliv, která poskytuje široký analytický servis v oblasti analýzy tradičních materiálů (biomasa, plastový a komunální odpad) i tuhých alternativních paliv (TAP). Laboratoř se specializuje na rozbory tuhých a kapalných produktů z termochemických procesů, aerobní a anaerobní digesce a dalších výstupů souvisejících s výzkumnými aktivitami ostatních skupin na IET.

Výzkumné činnosti

• Termické zpracování odpadních materiálů za účelem likvidace, recyklace, ale i tvorby produktů s vyšším potenciálem – vodík, sorbenty, či jiné chemické substance.
• Výroba sorbentů z odpadních uhlíkatých materiálů pro aplikace adsorpce polutantů ze vzduchu a vody.
• Termické zpracování materiálů za přítomnosti katalyzátoru (katalytická pyrolýza).
• Hodnocení termochemických vlastností tuhých spalitelných odpadů.
• Tvorba vhodných vsázek odpadních produktů do spalovacích pecí na odpad.
• Optimalizace procesu energetického využití odpadů v poloprovozním a provozním měřítku.
• Zvýšení efektivity anaerobní produkce metanu při mokrém i suchém způsobu.
• Aplikace procesu na dosud méně využívané suroviny / bioodpady.
• Vývoj nových konstrukcí bioreaktorů, zejména mobilních jednotek.

Základní vybavení

• Zařízení pro úpravu vzorků (čelisťový drtič, kotoučový/nožový/vibrační mlýn, kryogenní vibrační kulový mlýn, IKA mlýny pro přípravu analytického vzorku, sestavy pro sítovou analýzu a tabletování vzorků, analytické a plošinové váhy, inkubátory, sušárny, autoklávy aj.).
• Poloprovozní kontinuální pyrolýzní jednotka pro termochemické zpracování biomasy (se zpracovatelskou kapacitou až 5 kg/h). Jednotka obsahuje i kondenzátor par a pračku plynů. Surovinu lze dávkovat v podobě pelet i kusového sypkého materiálu.
• Modulární malé reaktory pro termochemické zpracování pevných i kapalných odpadů. Reaktory je možné doplnit o katalytická lože a provádět tak katalytické krakování a suché reformování uhlovodíků. Reaktory jsou jak z borosilikátového, tak i křemenného skla a dovolují studovat reakce až do 1100 °C.
• Laboratoř je vybavena několika plynovými chromatografy pro analýzu plynných a kapalných látek a produktů termochemických procesů (detektory FID, TCD, ECD a FPD).
• Výzkumná skupina disponuje širokou škálou analytických přístrojů: Termogravimetrickým analyzátorem, Simultánním termickým analyzátorem, Elementárním analyzátorem CHSN, Poloautomatickým kalorimetrem, Přístrojem na stanovení celkového organického uhlíku, KF titrátorem, Iontovou chromatografií, Analyzátory vlhkosti (tzv. sušící váhy) s halogenovou lampou a gravimetrickým stanovením vlhkosti a celkového obsahu pevných látek, Sestavou pro měření vodivosti, Analyzátorem O₂, Sestavou pro měření ORP, Sondou pro měření nerozpuštěných látek aj.
• Laboratorní jednotka na membránovou separaci plynů, zejména pro separaci CO₂. Testování membránových modulů a optimalizace podmínek separace (tlak, teplota, vlhkost).
• Poloprovozní kolona na testování destilačních a stripovacích pater či sypaných a strukturovaných výplní pro ověřování hydrodynamického chování (průměr kolony 0,3 m). Součástí je i 3D tiskárna pro tisk modelových plastových pater.
• Poloprovozní kontinuální extrakční kolona s oscilujícími sítovými patry (výška kolony 3 m) pro studium průmyslové extrakce a určení počtu rovnovážných stupňů a výšky rovnovážného stupně. Součástí je i vsádková vakuová rektifikační náplňová kolona pro regeneraci rozpouštědel.
• Bioreaktory s různými pracovními objemy (např. 1 dm³, 15 dm³, 60 dm³, 250 dm³) pro modelovací a ověřovací testy výroby bioplynu v procesech mokré, suché nebo polosuché anaerobní digesce ve vsádkových, kontinuálních či polokontinuálních podmínkách.
• Set pro testy biochemického metanového potenciálu: 28 lahvových anaerobních bioreaktorů (každý o pracovním objemu 1 dm³ ve vodních lázních s objemovými byretami a přenosným analyzátorem bioplynu BIOGAS 5000). Set umožňuje provedení testu biochemického metanového potenciálu (tzv. BMP testu), měření zbytkové produkce bioplynu z digestátu či kalu a sledování kinetiky anaerobního procesu.
• Poloautomatický inkubátorový fermentační systém pro provádění vsádkových („batch“) či „fed-batch“ biochemických testů s volumetrickým měřením produkce plynu. Systém se skládá z 18ti míchaných fermentačních bioreaktorů o objemu 1 dm³.
• Přenosný infračervený a elektrochemický analyzátor bioplynu Geotechnical instruments BIOGAS 5000 pro rozsahy plynu CH₄ (0-100%); CO₂ (0-100%); O₂ (0-25%), H₂ (0-1500 ppm) a H₂S (0-3000 ppm).

 

 Poskytované služby

• Konzultační služby v rámci termochemických procesů a chemických technologií.
• Hmotnostní a energetické bilance procesů v průmyslu a optimalizace procesů v průmyslové praxi.
• Stanovení tepelně-technických parametrů nezbytných pro hodnocení palivového a energetického potenciálu různých materiálů.
• Určení chemického složení nejen paliv a odpadních materiálů (odpadní plasty, odpadní biomasa), ale i produktů spojených se zkoumanými procesy v chemickém a petrochemickém průmyslu (procesní a pyrolýzní plyny, syntézní plyn, organické kapaliny a dehty, úsady ze zařízení apod.).
• Komplexní charakterizace uhlíkatých materiálů z procesů pyrolýzy a zplyňování včetně posouzení jejich ekotoxicity (ve spolupráci s výzkumnou skupinou Úprava a analýza vod).
• Výzkum zaměřený na zvýšení efektivity anaerobní produkce metanu při mokrém i suchém způsobu zpracování a na optimalizaci hmotnostní i energetické bilance průmyslových procesů. Součástí je detailní analytický rozbor biomasy, biologicky rozložitelných odpadů a bioplynu, který umožňuje přesně charakterizovat a hodnotit účinnost jednotlivých procesů.
• Konzultace optimalizace předúpravy surovin a modelování procesních podmínek (např. zatížení, doba zdržení, intenzita míchání) pro anaerobní digesci. Hodnocení vlivu přídavku aditiv (např. stopových prvků, pufrů, enzymů nebo mikroorganismů) na průběh anaerobních či aerobních procesů.
• Hodnocení procesů aerobní degradace biomasy formou kompostování, a to jak na experimentální, tak na poloprovozní úrovni.

Členové výzkumné skupiny

Ing. Pavel Leštinský, Ph.D.
Dr.- Ing. Amer Inayat
Ing. Barbora Grycová, Ph.D.
Ing. Kateřina Klemencová, Ph.D.
Ing. Jana Vaštyl, Ph.D.
Ing. Jakub Korpas, Ph.D.
Dr. Subhasis Das
Ing. et Ing. Kateřina Chamrádová, Ph.D.
Ing. Markéta Bouchalová, Ph.D. (mateřská dovolená) 
Ing. Petra Wojnarová, Ph.D.
Ing. Jana Strakošová
Mgr. Rozálie Wdówková
Ing. Adam Kožušník
Jiří Jureček

Kontakt na vedoucího výzkumné skupiny

Ing. Pavel Leštinský, Ph.D.
e-mail:
tel.: 00420 597 32 7330
mobil: 00420 608 917 261