KOŠICE. Projekty realizované na Fakulte materiálov, metalurgie a recyklácie (FMMR) Technickej univerzity v Košiciach v sebe spájajú vedomosti, skúsenosti, zručnosti vedcov s využitím moderného prístrojového vybavenia.
Oblasti, ktorým sa na fakulte odborníci venujú, sú rôznorodé, no reagujú najmä na aktuálne témy súvisiace so životným prostredím a jeho obnovou.
Medzi nich patrí napríklad výskum v oblasti životnosti a stability elektrických akumulátorov, syntézy kovových a nekovových nanočastíc či vývoj recyklačných technológií. Požiadavky, ktoré prichádzajú z energetického priemyslu, sú totiž výzvou pre technické vysoké školy a výskumné organizácie.
FMMR tvoria tri odborné ústavy – Ústav materiálov a inžinierstva kvality, Ústav metalurgie a Ústav recyklačných technológií. Postupne si predstavíme projekty, ktorým sa venuje každé z týchto kvalitatívne vysoko odborných pracovísk.
Prezentácia splyňovača na biomasy pre študentov. (zdroj: FOTO: FMMR TUKE)
Projekt Digitálne dvojča
Odborníci Ústavu metalurgie (UMET) pracujú na viacerých projektoch, medzi ne patrí i Digitálne dvojča, čo je virtuálna kópia reálneho technologického zariadenia, výrobného procesu, vo väčšom reálnej priemyselnej prevádzky.
UMET ním reaguje na súčasné potreby priemyselnej praxe. Digitálne dvojčatá navrhuje pre priemyselných partnerov. Prínosom je šetrenie nákladov, optimalizácia reálnych zariadení a zlepšenie efektívnosti, prípadne produktivity zariadení.
Digitálne dvojča sa dokáže vysporiadať s nežiaducimi udalosťami vo výrobe či logistike. Dokáže poukázať na to, čo chybu spôsobilo, odporučí ako ju riešiť, ako jej do budúcna predchádzať a podobne.
Prínosom je šetrenie nákladov, optimalizácia reálnych zariadení a zlepšenie efektívnosti, prípadne produktivity zariadení.
Nepochybné pozitívum prinášajú Digitálne dvojčatá študentom, ktorí sa aktívne zapájajú do ich návrhu, čím získavajú skúsenosti potrebné pre uplatnenie na trhu práce. Program nie je časovo ohraničený.
UMET investoval v posledných rokoch nemalé finančné prostriedky do hardvérového vybavenia, aby bolo možne digitálne dvojčatá modelovať.
Laboratórium simulácie procesov prúdenia. (zdroj: FOTO: FMMR TUKE)
Komplexné spracovanie nerastných surovín
V roku 2017 reagovali tímy UMETu na výzvu agentúry APVV a získali podporu národného projektu, ktorý ponúkol výskumným tímom UMETu príležitosť: podieľať sa na riešení aktuálneho praktického problému – náhrade fosílnych palív biomasou a súčasne riešiť túto problematiku komplexne, čo automaticky predpokladá interdisciplinárny prístup.
Projekt je zameraný na zvýšenie ekonomickej efektívnosti zariadení na spaľovanie a splyňovanie biomasy. Zariadenia budú pracovať tým efektívnejšie, čím účinnejšie sa v nich bude spaľovať biomasa a čím dlhšie v nich vydrží žiaruvzdorná výmurovka, bez ktorej prevádzka nie je možná. Na riešení sa preto podieľajú tímy odborníkov z oblasti energetického, procesného a keramického inžinierstva.
Proces spaľovania biomasy sa intenzifikuje pridávaním kyslíka k spaľovaciemu vzduchu. Súčasne sa testujú prísady, ktoré by zvýšili teplotu mäknutia popola, resp. škvary a zvýšili tak stupeň využitia biomasy.
Pridávaním kyslíka sa zvýšia prevádzkové teploty v spaľovacej komore a tým aj rýchlosť opotrebenia žiaruvzdornej výmurovky. Životnosť výmurovky je dôležitý parameter, pretože kvôli výmene opotrebovaných žiaruvzdorných materiálov za nové musí byť spaľovacie alebo splyňovacie zariadenie odstavené. Druhou kľúčovou úlohou v rámci riešenia projektu je preto vývoj nových žiaruvzdorných materiálov, ktoré svojimi vlastnosťami zabezpečia vysokú odolnosť nielen proti vysokým teplotám, ale aj proti alkalickým plynom, ktoré sa pri spaľovaní biomasy – na rozdiel od fosílnych palív – uvoľňujú.
Na riešenie úloh sa využíva experimentálny výskum spojený s matematickým modelovaním technologických operácií a procesov.
Má priniesť pôvodné i komplexné poznatky o tomto procese. Výstupmi analýz majú byť budú návrhy pokrokových materiálov zariadení spaľujúcich biomasu.
Táto téma sa bezprostredne týka viacerých oblastí. Prepája výskum v oblasti energetického, procesného a materiálového inžinierstva pre komplexné zhodnotenie domácich nerastných surovín a obnoviteľných zdrojov energie.
Program tiež súvisí s výskumom nových žiaruvzdorných a kompozitných keramických materiálov, čím sa priamo dotýka špecializácie materiálového výskumu, nanotechnológií, získavania a spracovania nerastných surovín na výrobky s vyššou pridanou hodnotou.
Doktorandi v laboratóriu numerických simulácií metalurgických procesov SiMet. (zdroj: FOTO: FMMR TUKE)
Biomasa ako zdroj tepelnej energie
Snahou Európskej únie i Slovenskej republiky je znižovanie emisií v ovzduší. Preto sa neustále zvyšuje tlak využívať pri výrobe tepla a elektrickej energie ekologickejšie obnoviteľné zdroje.
Jedným z nich je biomasa stanovená smernicou európskeho parlamentu, ktorá pozostáva z biologicky rozložiteľných výrobkov, odpadu, zvyškov z poľnohospodárstva, lesníctva ako aj z biologicky rozložiteľných častí z priemyselného a komunálneho odpadu.
Z hľadiska bilancie emisií CO2 je neutrálny. Pri jej spaľovaní sa uvoľní teoreticky rovnaké množstvo CO2 aké bolo fotosynteticky premenené na organickú hmotu počas vegetačných období z atmosféry. Reálne je to ešte menej, pretože časť uhlíka zostáva v popole, respektíve v škvare.
Overujú nový typ žiarobetónu
Vývoj keramických žiaruvzdorných materiálov v súčasnosti len málo reflektuje aktuálny progres tepelnej energetiky. V energetických kotloch sa väčšinou používajú materiály vyvinuté pre odlišné tepelné agregáty, napríklad pre hutnícku prvovýrobu, sklárske pece a podobne.
Vedecko-výskumné tímy UMETu sa preto zamerali na vývoj nového typu bázického žiarobetónu určeného prednostne pre kotle spaľujúce dendromasu, teda zdrevnatenú rastlinnú hmotu. Mal by byť odolnejší voči agresívnym taveninám a abrazívnemu pôsobeniu prachových častíc v spaľovacom priestore a spalinových kanáloch.
