Направи дарение на училище!

Проф. д-р Маргарита Попова      Ас. Христина Лазарова     Д-р Ивалина Трендафилова

Институт по органична химия с Център по фитохимия – Българска академия на науките (ИОХЦФ-БАН)

Разбери повече за БГ Наука:

***

За постигане на устойчиво решаване на екологичните проблеми, свързани с нарасналото потребление на енергия,екип от лаборатория Органични реакции върху микропорести материали (ОРММ) към Института по органична химия с Център по фитохимия–Българска академия на науките (ИОХЦФ-БАН), работи в две основни направления:

– Разработване на нови нанопорести катализатори за получаване на биогорива и ценни за индустрията химикали от възобновяеми източници;

– Решаване на екологични проблеми, свързани с използваните в настоящия момент изкопаеми горива.

Съвременните изследвания в областта на получаване на енергия се насочват все по-интензивно към търсене на нови, възобновяеми източници. Този подход цели да бъдат заменени изкопаемите горива, чиито запаси непрекъснато намаляват, а използването им води до задълбочаващи се екологични проблеми. Част от тези проблеми са свързани и с опасното нарастване на емисиите от летливи органични съединения и СО_2, смятан за основен парников газ и един от основните причинители на неблагоприятни климатични промени. Лигноцелулозната биомаса е един възобновим и леснодостъпен заместител на изкопаемите горива,който не се използва като източник на храна. Нейната първична преработка е свързана с получаване на изходни органични съединения, или така наречените „молекули платформи“, като левулинова киселина, фурфурал, алкилфеноли, които се използват за по-нататъшни химични трансформации до горивни добавки, биополимери и др. Най-често тези процеси са каталитични, а разработването на ефективни и евтини катализатори е една от основните цели в повечето изследвания в тази област и е основна цел в нашите изследвания. Усилията ни са насочени към получаване на нови наноматериали, като зеолити, мезопорести силикати, наноразмерни метални оксиди и техни модификации, с цел разработване на високоактивни, селективни и стабилни катализатори, които са основа за разработване на чисти технологии за оползотворяване на биомаса.

С тази тематика ние участваме в проекта за изграждане на „Център за върхови постижения Мехатроника и чисти технологии“ по Приоритетна ос 1 „Научни изследвания и технологично развитие“ на Оперативна програма „Наука и образование за интелигентен растеж“, съфинансирана от Европейския фонд за регионално развитие, както и в изпълнението на 3 проекта по програма COST, финансирани от Европейската Научна Фондация, 3 проекта за съфинансиране на участието на български колективи в международни проекти, както и един проект на ФНИ по обществени предизвикателства.

В резултат от проведените изследвания бяха получени ефективни катализатори за естерификация на левулинова киселина и хидриране на левулинова киселина до гама-валеролактон.

Продуктите и от двете реакции се използват или директно като горивни добавки (левулинови естери), или като междинен продукт (гама-валеролактон) за получаване на биогорива. Разработените от нас катализатори за тези процеси са на основата на метал-модифицирани йерархични зеолити и наноразмерни метални оксиди.

Като естествено допълнение към нашите изследвания в използването на нови и възобновяеми източници,са изследванията, свързани с решаването на екологичните проблеми при осигуряване на енергийните нужди на обществото в настоящия момент чрез използване на изкопаеми горива. С тяхното използване основно се свързват и вредните емисии отлетливи органични съединения и високите нива на парникови газове. На тези проблеми се отделя значително внимание и от обществото, и от държавните институции, и от научната общност.

В резултат на проведените изследвания сме разработили ефективни катализатори за пълно окисление на моделни летливи органични съединения, избрани с оглед тяхната токсичност и съществуващи процеси за тяхното генериране.Изследвани са смеси на различни летливи органични съединения, тъй като обикновено вредните емисии представляват многокомпонентни системи от голям брой летливи органични съединения и изследването само на едно съединение не е достатъчно информативно за решаване на практическите проблеми. Последните ни публикувани изследвания в тази тематика са свързани с изпълнение на научен проект“Синтез на зеолити от въглищни пепели за адсорбция, каталитична деструкция и детекция на атмосферни замърсители“, съвместно с екип от Техническия университет – София, под ръководството на доц. Силвия Бойчева, финансиран от Фонд Научни Изследвания. Разработена е ефективна двукомпонентна система на базата на зеолити, получени от въглищни пепели от български ТЕЦ и допълнително модифицирани с евтини оксиди на преходни метали, в която първоначално вредните емисии от летливи органични съединения се окисляват до СО₂ и вода, а в следващия етап отделеният СО₂ се адсорбира и по този начин се постига максимален екологичен ефект.

Тези изследвания решават и друг екологичен проблем, свързан с депонирането на въглищните пепели, получени при използване на въглища в нашите ТЕЦ. Използването на изкопаеми горива е основната причина и за тревожно високото нивo на парниковите газове през последното столетие, като количеството на атмосферния CO₂ е нараснало с над 40%, от 280 ppm през 1880 г. до рекордно високото ниво от 410 ppm, измерено през 2013 година, което съответства на нарастване на глобалната земна повърхностна температура от около 0.8°C. Инициативите, свързани с намаляване на тези емисии, започват още през 1992 г. на Срещата на върха за Земята, проведена в Рио де Жанейро, където е приета Рамкова конвенция на ООН по изменението на климата, а през 1997 г. е приет Протокола от Киото, поставящ и количествени ограничения на емисиите от парникови газове. Приет е план за действия за ограничаване на глобалното затопляне под 2°C в Рамковата конвенция на ООН по изменение на климата, постигнато в Парижкото споразумение от 2015 г. Политиката на България в областта на изменението на климата се основава на международните ни ангажименти по споменатите споразумения. През 2012 г е приет Трети национален план за действие по изменение на климата 2013-2020 г., който е в съгласие с политиката на Европейския съюз и международните договори в областта на изменение на климата. Без предвидените ограничения, глобалните емисии на парникови газове през 2030 г. се предвижда да нараснат до 90% спрямо 2000 година, като CO₂ емисиите могат да достигнат до 1550 ppm.

Лаб. ОРММ е активен участник в екипа от ИОХЦФ-БАН за изпълнение на стартиралата в края на 2018 год. национална научна програма „НИСКОВЪГЛЕРОДНА ЕНЕРГИЯ ЗА ТРАНСПОРТА И БИТА“(ЕПЛЮС), в която Компонент 3 е свързан с разработване на ефективни методи за улавяне, съхранение, конверсия и оползотворяване на СО₂. В рамките на първата година от изпълнение на програмата са разработени ефективни адсорбенти на СО₂ на основата на йерархични зеолити от въглищни пепели и мезопорести силикати, модифицирани с органични функционални групи. В процес са и изследвания за превръщане на СО₂до ценни химикали в присъствие на хетерогенни катализатори.

И не на последно място,бихме искали да отбележим, че добрите резултати на нашата групасе дължат и на партньорството ни с други изследователски лаборатории от ИОХЦФ-БАН, като лаборатория Органичен синтез и стереохимия с ръководител доц. Свилен Симеонов и Центъра по ЯМР спектроскопия с ръководител проф. Павлета Шестакова. Съвременното провеждане на изследвания на високо научно ниво е немислимо без допълващата експертиза на изследователи от различни научни направления. С лабораторията на доц. Симеонов работим върху процесите за оползотворяване на биомаса, като колегите разработват нови реакционни пътища и нови продукти получени от биомаса, докато нашите изследвания са насочени към получаване на ефективни катализатори за тези процеси. За детайлното охарактеризиране на изходните и реакционните продукти, както и за структурно характеризиране на използваните катализатори разчитаме на експертизата на учените от Центърът по ЯМР спектроскопия.Партньори в нашите изследвания и в проектите, които изпълняваме, са колеги от химическите институти на БАН, Софийски университет Св. Климент Охридски, Технически университет, София и др. Наши международни партньори са водещи учени в Изследователския център за природни науки към Унгарска академия на науките, Будапеща, Университета на Лайпциг, Германия, Националния институт по химия – Любляна, Словения, Университета на Кордоба, Испания и други.

Вярваме, че изследванията, които провеждаме са важни за обществото и науката и ще ни помогнат да запазим природата чиста при все по-нарастващото потребление на горива, енергия и химикали.

Вземете (Доживотен) абонамент и Подарете един на училище по избор!