1. FKKT
  2. J2-60044 Računalniško podprto okolje za sistematično sintezo, načrtovanje in vključevanje pretočne kemije in mikroprocesov v trajnostne proizvodne sisteme, ciljano na Moč-do-X

J2-60044 Računalniško podprto okolje za sistematično sintezo, načrtovanje in vključevanje pretočne kemije in mikroprocesov v trajnostne proizvodne sisteme, ciljano na Moč-do-X

       

 

Oznaka in naziv projekta: J2-60044 Računalniško podprto okolje za sistematično sintezo, načrtovanje in vključevanje pretočne kemije in mikroprocesov v trajnostne proizvodne sisteme, ciljano na Moč-do-X (Computer-aided framework for the systematic synthesis, design, and integration of flow chemistry and microprocesses into sustainable production systems targeting Power-to-X)

Vrsta projekta: Temeljni raziskovalni projekt - manjši (Small Basic Research Project) -100.000 EUR letno

Cenovna kategorija: B

Trajanje projekta: 1. 2. 2025 - 31. 1. 2028

 

Projektna skupina

Gre za skupen ARIS-GAČR projekt (Joint project)

Vodja projekta: prof. dr. Zdravko Kravanja

PI pri partnerski državi: Prof. Dr-Habil Petar Sabev Varbanov; Zaprošena sredstva s strani partnerske agencije v EUR za celotno obdobje izvajanja projekta: 300.000

 

Sodelujoče organizacije:

  • Univerza v Mariboru, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo (Prijavitelj)
  • Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo
  • Znanstveno-raziskovalno središče Bistra Ptuj

Sodelujoča raziskovalna skupina iz Evropske unije oz. tujine:

  • Brno University of Technology, Faculty of Mechanical Engineering, Czech Republic

 

Ključne besede: mikroprocesna tehnologija, sinteza mikroprocesov, načrtovanje mikroprocesov, integracija mikroprocesov, Moč doX, računalniška orodja, modeliranje procesov, računalniško podprta optimizacija procesov, računalniško podprto načrtovanje procesov.

 

Povzetek vsebine raziskovalnega projekta:

Pretočna kemija in mikroprocesne tehnologije (PKMT) so ena od rešitev pristopa intenzifikacije procesov. PKMT velja za prelomno tehnologijo za doseganje ciljev zelene kemije in krožnega gospodarstva, in sicer: učinkovita uporaba naravnih obnovljivih virov ter zmanjšanje odpadkov in uporabe strupenih ali nevarnih topil in reagentov pri proizvodnji kemikalij. Poleg tega PKMT predstavlja neizkoriščeno priložnost v prehodu EU k ogljično nevtralni družbi s pretvorbo odvečne elektrike iz obnovljivih virov prek aplikacij Moči-do-X (PtX). Nedavni patenti kažejo, da PKMT napreduje v smeri industrijske uporabe. Po drugi strani pa nedavni dosežki pri razvoju in uporabi konceptov, metod in računalniških orodij procesne sistemske tehnike (PST) jasno kažejo na velik potencial za ohranjanje vrednosti in rast kemijske ter procesnih industrij.

Glavni cilj predlaganega projekta je torej usmerjen v povezovanje intenzifikacije procesov s koncepti pretočne kemije in mikroprocesnih tehnologij na eni strani in z naprednimi zmogljivostmi sistematičnih metod in orodij PST na drugi strani z namenom razvoja in inovacij novih mikroprocesnih sistemov ter izboljšanja obstoječih. Ta ambiciozni projektni cilj bo dosežen z več specifičnimi cilji: i) razvoj novih in modifikacija obstoječih sistematičnih metod PST, kot so super strukturna sinteza procesov, integracija toplote in energije, zmanjševanje emisij, na sintezi temelječ pristop za krožno gospodarstvo in regenerativni razvoj itd. za PKMT; ii) modeliranje in simulacija pojavov PKMT na več velikostnih skalah od mikro do mezo in makro; iii) napovedovanje reakcijske in separacijske kinetike z razvojem modelov reakcijske hitrosti z uporabo računalniške kemije tudi za neznane kemijske komponente in neznane reakcijske poti in podobno tudi z razvojem modelov separacijske hitrosti, ki vključujejo tudi poskuse in strojno učenje; iv) razvoj nadomestnih modelov PKMT, ki so dovolj poenostavljeni za uporabo pri enačbno orientirani sintezi in integraciji na osnovi matematičnega programiranja; v) razvoj naprednih in novih algoritmov, metod in strategij reševanja, ki bi omogočili reševanje zelo kompleksnih diskretno-kontinuirnih optimizacijskih problemov na področju sinteze in optimizacije PKMT; vi) razvoj sintetizatorja (optimizacijskega okolja) za mikroreaktorska omrežja in mikroprocese z uporabo naprednih zmogljivosti procesnega sintetizatorja MIPSYN-Global; vii) razvoj računalniško podprtega okvira za sintezo, načrtovanje in integracijo PKMT; viii) uporaba in validacija razvitega računalniško podprtega okvira na nizu (Moč-do-X) primerov sinteze PKMT z računalniško vodenimi laboratorijskimi poskusi na modularnem mikroprocesnem sistemu, za raziskavo učinkov konfiguracij reaktorjev in pogojev delovanja.

Pričakujemo, da bo projekt prinesel številne specifične inovacije: i) razvoj konceptualnega okvira in ii) razvoj novih ali prilagoditev obstoječih pristopov PST za sistematično sintezo, načrtovanje in integracijo pretočne kemije in mikroprocesnih tehnologij (PKMT) v trajnostne proizvodne sisteme; iii) uporaba analize časovnih skal za PKMT kot novega orodja za inženirsko analizo in pristop k načrtovanju: iv) razvoj makro, mezo (Lattice Boltzmann) in mikro modelov za simulacijo prostorsko-časovne porazdelitve; v) razvoj edinstvenega računalniškega paketa za sintezo in optimizacijo mikroreaktorskih omrežij in mikroprocesov, ki temelji na mešanem celoštevilskem programiranju z uporabo tehnik globalne optimizacije v okviru procesnega sintetizatorja MIPSYN-Global; vi) razvoj računalniške laboratorijske eksperimentalne platforme z naprednimi mikroprocesnimi moduli, povezanimi z upravljalnikom simulacij in procesnim sintetizatorjem MIPSYN-GlobaI in vii) raziskovanje potenciala PKMT za izboljšanje učinkovitosti aplikacij Moči-do-X.

 

Program dela oziroma cilji na raziskovalnem projektu:

WP1 – Razvoj konceptualnega okvira za sistematično sintezo mikroprocesov, večrazsežno modeliranje pojavov PKMT in računsko napovedovanje reakcijske kinetike

WP2 – Formulacije, algoritmi in strategije reševanja za sočasno globalno ali skoraj globalno optimizacijo topologije in obratovalnih parametrov

WP3– Koncepti in metode za učinkovito rabo energije v sistemih pretočne kemije in mikroprocesnih tehnologij

WP4– Prilagoditev toplotne integracije mikroprocesnim sistemom

WP5 – Računalniško podprto orodje za sintezo, načrtovanje in integracijo PKMT

WP6 – Računalniško vodeni laboratorijski poskusi z mikroprocesnim sistemom in validacija modelov

 

Reference:

[1] Hren, D. T., Nemet, A., Urbancl, D. (2025b). From waste to hydrogen: Utilizing waste as feedstock or catalysts for hydrogen generation. Clean Technologies, 7(3), 76. https://doi.org/10.3390/cleantechnol7030076 COBISS ID 249324035

[2]  Hren, D. T., Kravanja, Z, Nemet, A. (2025). Applications of microreactors and microprocess technology to power-to-x processes : opportunities and challenges. V: 20th Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems : Dubrovnik, 5-10 October, 2025 : book of abstracts. Zagreb: Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, 2025. Digital proceedings, 20. ISSN 2706-3690 COBISS ID 258757891

[3] Kapustenko, P., Kravanja, Z., Plazl, I., Varbanov, P. S., Bertok, B., Arsenyeva, O., Nemet, A., Tovazhnyanskyy, L., & Pan, T. (2026). Thermal-hydraulic performance of heat exchanger mini- and micro-channels with single-phase flows. A comprehensive review and a comparative study. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 230, 116722. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.116722 COBISS ID 264784131

[4] Potočnik, H., Šmigoc, Y., Plazl, I., Plazl, P. Ž., & Ambrožič, R. (2025). Model-based design of a microfluidic pervaporation device for intensified VOC separation. Separation and Purification Technology, 378, 134795. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2025.134795 COBISS ID 246512131

[5] Furlan, V., Novak, M., Štampar, M., Štern, A., Žegura, B., & Bren, U. (2025). Insights into Chemopreventive Effects of Rosmarinic Acid Against Aflatoxin B1-Induced Genotoxic Effects. Foods, 14(12), 2111. https://doi.org/10.3390/foods14122111 COBIS ID 241332995

[6] Lakner, M., & Plazl, I. (2026). Addressing Sensitivity and Non-Uniqueness in the determination of enzyme kinetic parameters. Chemical and Biochemical Engineering Quarterly, 4. https://doi.org/10.15255/cabeq.2025.2459 COBISS ID 268739843

[7] Kapustenko P., Kravanja Z., Plazl I., Varbanov P.S., Arsenyeva O., Nemet A., Tovazhnyanskyy L., 2025, Selection of Heat Transfer Enhancement Technique for Compact Mini and Micro Heat Exchangers Design, Chemical Engineering Transactions, 120, 475-480. https://doi.org/10.3303/CET25120080

[8] Vohl, S., Nemet, A., & Stergar, J. (2025). Modular Flow Synthesis of Citric Acid-Coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles: Preliminary results. Micromachines, 16(11), 1228. https://doi.org/10.3390/mi16111228 COBISS ID 255572227

[9] Petrovič, A., Predikaka, T. C., Hribernik, S., & Nemet, A. (2025). Investigation of the Influencing Parameters of the H2O2-Assisted Photochemical Treatment of Waste Liquid from the Hydrothermal Carbonization Process in a Microreactor Flow System. Processes, 13(9), 2934. https://doi.org/10.3390/pr13092934 COBISS ID 250184195

[10] Apostolova, D. Y., Bardarov, I., Tjell, A. Ø., Gričar, E., Starin, M., Martins, P. F. B. D., Nosan, M., Mayr, T., Strmčnik, D., Plazl, I., & Genorio, B. (2025). A parallel-plate electrochemical microreactor for the continuous production of hydrogen peroxide. Chemical Engineering Journal, 525, 170301. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.170301 COBISS ID 256282115