Heterogeni procesi na površinah trdnin za trajnostne tehnologije

Zaradi okoljskih in energetskih problemov, s katerimi se vsakodnevno srečujemo je za Nadaljnji trajnostni razvoj ključnega pomena uporaba “čistih” tehnologij, ki nimajo nobenega ali le manjši vpliv na okolje. Nove trajnostne tehnologije naj ne bi izrabljale virov fosilnih goriv, onesnaževale ozračja in vode ali prispevale h globalnemu segrevanju. Za uspešen razvoj takšnih tipov trajnostnih tehnologij, ki so nekatere trenutno še v fazi načrtovanja, je med drugim potreben razvoj novih materialov. Poleg osnovnih lastnosti materialov v makroskopski in nanometerski obliki imajo pri razvoju številnih novih tehnologij vedno večji pomen lastnosti površin in mejnih ploskev. V tem raziskovalnem programu se bomo zaradi tega osredotočili na raziskave heterogenih fizikalnih in kemijskih procesov, ki so specifični za različne stične ploskve oziroma površine, kot so polprevodniške, kovinske, polimerne ali površine topoloških izolatorjev. Osnovne raziskave kristalografskih, kemijskih, mehanskih, elektronskih, elektromagnetnih in termodinamskih stanj teh površin bomo nadgradili z aplikativnim segmentov tega raziskovalnega progama, ki bo zajemal eksperimentalno analizo funkcionalnih lastnosti, ki jih lahko izkoristimo za razvoj novih aplikacij z boljšimi izkoristki. Primeri takšnih aplikacij so različni (foto)katalizatorji, senzorji, termoelektriki ipd. Raziskave bodo potekale tudi v smeri optimiranja proizvodnje vodika in metana v celotni preskrbovalni mreži, v smeri iskanja ustreznih rešitev za čiščenje onesnaženih voda in zraka ter znižanje ogljičnega, dušičnega in fosforjevega odtisa. Glavni namen tega dela programa bo raziskovanje zmanjšanja obremenitev na okolje iz vidika izpustov CO2, dušika in fosforja. Osredotočili se bomo na povečano proizvodnjo obnovljivih virov energije iz velikih industrijskih točkastih virov, zajemanje in uporabo CO2 ter na čiščenje onesnaženih voda iz vidika recikliranja dušika in fosforja. Raziskovali bomo vprašanje ali je v prihodnosti bolj smiselna ekonomija vodika, ekonomija metana ali kombinacija obeh.

Raziskovalni program odpira nova obzorja znanstveno-raziskovalnega področja znanosti o površinah. Ker v okviru programa vpeljujemo kar nekaj novih znanstvenih idej in inovativnih tehnoloških pristopov, pričakujemo, da jih bo znanstvena skupnost želela izkoristiti za nadaljnje raziskave ter jih vgraditi v svoje ideje in načrte. To bo odprlo nove možnosti za mednarodno sodelovanje in pospešilo napredek na področju znanosti o materialih in tehnologijah. Pomembnejši elementi, preko katerih se bo izražal pričakovani vplivi tega programa na znanost, in nove usmeritve, ki jih raziskovalni program odpira, so naslednje: - v okviru tega a raziskovalnega programa bomo zbrali veliko osnovnih znanj povezanih s fizikalnim razumevanjem raziskovanih materialov. Že med dosedanjimi raziskavami smo razvili teorije, ki dajejo nov vpogled v heterogene procese, ki so predmet tega raziskovalnega programa. Skozi izvajanje tega programa bomo te teorije še bolj razdelali in jih verificirali z eksperimentalnimi podatki. Aplikativno vrednost teh raziskav bomo predstavili gospodarstvu. - Prikazali bomo kako lahko s pametno arhitekturo materialov izboljšamo osnovne lastnosti teh materialov in odpremo nova obzorja za njihovo tehnološko izkoriščanje. Pričakujemo, da bo ta raziskovalni program dvignil nivo zavedanja in vzpodbudil intenzivno razmišljanje o naprednih tehnologijah procesiranja za razvoj naprednih funkcionalnih sistemov.  - V inženirskem segmentu bodo pomembni prebojni koncepti, ki bodo razviti v okviru tega raziskovalnega programa, ojačali napore in povzdignili tempo raziskovalno-razvojnega dela na področju heterogene (photo)katalize, tako da bomo lahko hitreje prišli do končnih optimiziranih rešitev. Glede na to, da sta Univerza v Novi Gorici in njen Laboratorij za raziskave materialov intenzivno vključena v okoljske študije, raziskovalne aktivnosti na tem programu povečujejo njeno znanstveno in tehnološko relevanco in pomembnost. Ker ob tem skrbimo za ustrezno široko razširjanje informacij o pridobljenih raziskovalnih rezultatih, pričakujemo povečano zanimanje ostalih raziskovalcev in študentov za priključitev k naši raziskovalni skupini. To bo dodatno prispevalo k dolgoročnemu pozitivnemu vplivu na raziskovalno okolje. Predlagane raziskave, ki se bodo izvajale na Univerzi v Mariboru, bodo usmerjene na reševanje treh ključnih okoljskih problemov povezanih z ogljičnim, dušičnim in fosforjevim odtisom. Raziskave bodo usmerjene na analize trajnostnega vidika na področjih obnovljivih virov energije, zajemanja in uporabe CO2 in čiščenja onesnaženih voda. Nove pomembne rezultate pričakujemo na področjih: ? Možnosti čiščenja zraka in vode z analizo tehnoloških rešitev za zmanjšanje ogljičnega, dušičnega in fosforjevega odtisa ? Raziskav ustreznih tehnologij za čiščenje vode, kjer bi uspešno reciklirali fosfor in dušik? Raziskav optimiranja proizvodnje vodika in metana iz vodika in CO2 ? Hkratnega večkriterijskega večperiodnega optimiranja različnih tehnologij proizvodnje vodika in metana iz vidika celotnega dobavnega omrežja. Raziskovalen program je ambiciozen in zahteven. Izvajalo ga bo veliko število raziskovalcev, zasedel pa bo tudi veliko raziskovalnih kapacitet. Vsekakor bo vplival na prihodnji znanstveni razvoj velikega števila sodelujočih raziskovalcev, še posebej mlajših. Ker se raziskovalna tematika osredotoča na aktualne probleme kot so varčevanje z energijo, zaščita okolja in trajnostni razvoj, to predstavlja veliko priložnost za intenziviranje raziskav na teh področij s prispevkom predanih mladih raziskovalcev.

Raziskave bodo potekale skladno s prioritetnim področjem »Zeleno življenjsko okolje«, definirano v osnutku Strategije razvoja Slovenije 2014-2020. Program bo integriral opredeljene glavne prednostne naloge v strategiji Evropa 2020 kot so zagotavljanje pametne, trajnostne in vključujoče rasti s prehodom na nizkoogljično gospodarstvo ter na ustvarjanju delovnih mest. Zaradi okoljevarstvenih in energetskih problemov, s katerimi se dnevno srečujemo na našem planetu, je za trajnostni razvoj nujno omogočiti izrabo obnovljivih virov energije, ki ne bodo obremenjevale okolja. Torej ne bodo onesnaževale zraka, voda ali prispevale k globalnemu segrevanju. Zaradi tega dejstva in pa zaradi zelo nestabilne cene nafte, povezane z veliko energetsko odvisnostjo od nekaj največjih naftnih proizvajalk, se je veliko držav strateško že usmerilo v razvoj in raziskave za izrabo obnovljivih virov energije. Uspešen razvoj na teh področjih za Slovenijo pomeni, da bi lahko razvila tehnologijo proizvodnje lastnih energentov in tako v prihodnosti postala energetsko manj ali celo neodvisna, hkrati pa bi to imelo izredno pozitivne okoljske učinke. Strateška usmeritev v to področje nam tako lahko v prihodnosti zagotovi izreden družbenoekonomski razvoj in na njegovi osnovi tudi razvoj ostalih družbenih sfer (sociala, izobraževanje, kultura...). Z izvajanjem globalno kompetentnih raziskav ustvarjamo kritično maso znanja, tehnologij in izdelkov, ki bodo ohranjala naše okolje v skladu z načeli trajnostnega razvoja. V okviru delovanja tega raziskovalnega programa bodo združene raziskovalne, razvojne in izvedbene kapacitet, ki bodo ciljale na prenos znanja v gospodarstvo in bodo tako zmožne dvigniti inovacijsko usposobljenosti slovenskega gospodarstva, vzpodbujati enakomerni regionalni razvoj in omogočiti izobraževanje kadrov v raziskovalni sferi in gospodarstvu, ter povečati energetsko neodvisnost od fosilnih goriv. Raziskovalni program bo ponudil raziskovalcem in razvojnikom, možnosti sodelovanja med raziskovalnimi laboratoriji in industrijo ter večjo odprtost in dostopnost industrijskim partnerjem do vrhunskega znanja, tehnologij in raziskovalne opreme.