Η Ευρώπη ηγείται σήμερα στις τεχνολογίες των ηλεκτρολυτών που αποτελούν το «κλειδί» για την παραγωγή υδρογόνου, του ‘πράσινου’ καυσίμου το οποίο θεωρείται απαραίτητο για το μέλλον της ενεργειακής μετάβασης.
Μάλιστα, οι ευρωπαίοι κατασκευαστές ηλεκτρολυτών έχουν δεσμευτεί να δεκαπλασιάσουν την παραγωγική τους ικανότητα σε 17,5 GW έως το 2025, στο πλαίσιο περσινής κοινής δήλωσης με την Ευρωπαϊκή Επιτροπή στις Βρυξέλλες.
Η δουλειά των ηλεκτρολυτών είναι να «σπάνε» τους μοριακούς δεσμούς του νερού μέσω ηλεκτρισμού, χρησιμοποιώντας διαφορετικά υλικά, δομές και θερμοκρασίες και παράγοντας διαφορετικά συγκριτικά αποτελέσματα.
Οι ηλεκτρολύτες είναι απαραίτητοι για τη μετατροπή του νερού σε υδρογόνο, για την τροφοδοσία καθαρών χημικών και χάλυβα, στη συλλογή και αποθήκευση CO2, στη βιοτεχνολογία, κ.ά προσφέροντας σε όσους τους κατασκευάζουν την ευκαιρία να κερδίσουν έδαφος στην πράσινη τεχνολογία.
Ωστόσο χρειάζονται θερμοδυναμικά μοντέλα για την βιομηχανική εφαρμογή ηλεκτρολυτών, τα οποία αναπτύσσουν ερευνητές στην Ευρώπη και σε ολόκληρο τον κόσμο. «Τα διαλύματα ηλεκτρολυτών υπάρχουν σχεδόν οπουδήποτε και βρίσκουν πολλές εφαρμογές στις φυσικές επιστήμες, συμπεριλαμβανομένης της χημείας, της γεωλογίας, της επιστήμης των υλικών, της ιατρικής, της βιοχημείας και της φυσιολογίας, καθώς και σε πολλούς τομείς μηχανικής, ιδίως χημικών και βιοχημικών, ηλεκτρικών και πετρελαϊκών μηχανικών.
Διαδραματίζουν κομβικούς ρόλους όπως ενδεικτικά στην αφαλάτωση του νερού, στην απομάκρυνση CO2 και στην αποθήκευσή του σε υπόγειες δεξαμενές αποθήκευσης ενέργειας, στην εξόρυξη μετάλλων, στην αντιμετώπιση ρύπανσης και αλλού.
Σε όλες αυτές τις εφαρμογές η θερμοδυναμική παίζει καθοριστικό ρόλο σε μεγάλο εύρος θερμοκρασίας, πίεσης και σύνθεσης. Καθώς το θέμα είναι σημαντικό, έχει συσσωρευτεί ένας σχετικά μεγάλος όγκος γνώσεων με πολλά δεδομένα και μοντέλα», σχολιάζει ο Καθηγητής Χημικών Μηχανικών στο Πολυτεχνείο της Δανίας, Γεώργιος Κοντογεώργης.
Ένα τέτοιο θερμοδυναμικό μοντέλο ηλεκτρολυτών που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί και από μη ειδικούς στον κλάδο, θα αναπτύξει ο Έλληνας Καθηγητής. Μάλιστα ο ερευνητής που είναι και μέλος της Ακαδημίας Τεχνικών Επιστημών της Δανίας, μόλις έλαβε και την υψηλού κύρους χρηματοδότηση Proof of Concept (PoC) από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας (ERC) για να φέρει την έρευνά του πιο κοντά στην αγορά. Αξίζει να σημειωθεί πως σε αυτόν τον γύρο, το ERC έλαβε συνολικά 321 αιτήσεις για χρηματοδότηση από τις οποίες έκανε δεκτές τις 100, ανάμεσα σε αυτές και του Έλληνα επιστήμονα.
Ένα πρωτοποριακό ‘εργαλείο’
Μαζί με την ερευνητική του ομάδα στο CERE (Center for Energy Resources engineering), στο Πολυτεχνείο της Δανίας, ο καθηγητής Γεώργιος Κοντογεώργης θα ενσωματώσει το νέο θερμοδυναμικό μοντέλο ηλεκτρολυτών σε ένα φιλικό προς τον χρήστη εργαλείο και στη συνέχεια, θα χρησιμοποιήσει την ανατροφοδότηση από τους χρήστες για να αναπτύξει ένα ισχυρό εργαλείο για τη βιομηχανία και τον ακαδημαϊκό κόσμο.
«Το CERE είναι κορυφαίο ερευνητικό κέντρο της Δανίας στην εφαρμοσμένη θερμοδυναμική και τις υπολογιστικές μεθόδους για πολλούς κλάδους της βιομηχανίας και εμείς έχουμε κάνει τεράστιες προόδους στη θερμοδυναμική των ηλεκτρολυτών», σχολιάζει ο επιστήμονας, η έρευνα του οποίου εστιάζει σταθερά στην δημιουργία ενός καλύτερου κόσμου και στην επίλυση των παγκόσμιων προκλήσεων που διατυπώνονται στους 17 Στόχους Βιώσιμης Ανάπτυξης του ΟΗΕ.
Η καινούργια χρηματοδότηση από το ERC αναγνωρίζει την εξαιρετική έρευνα που αναπτύχθηκε προηγουμένως κατά το πρόγραμμα με τίτλο: «New Paradigm in Electrolyte Thermodynamics» του Καθηγητή Κοντογεώργη με χρηματοδότηση ERC Advanced Grant, και ουσιαστικά θα βοηθήσει τον ίδιο και την ομάδα του να περάσουν στο επόμενο επίπεδο και μετατρέψουν την πρωτοποριακή έρευνα και καινοτομία σε προϊόν.
«Ο γενικός στόχος του έργου ήταν να καταλήξει σε μια θεμελιώδη κατανόηση της θερμοδυναμικής των ηλεκτρολυτών και έτσι να καταστεί δυνατή η μηχανική μιας νέας γενιάς χρήσιμων μοντέλων για διαλύματα ηλεκτρολυτών που βασίζονται στην κατανόηση των περίπλοκων φυσικο-χημικών φαινομένων που υπάρχουν σε μίγματα ηλεκτρολυτών. Αυτά τα μοντέλα πρέπει να είναι εύχρηστα και να εφαρμόζονται σε ένα πολύ ευρύ φάσμα συνθηκών, σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών», εξηγεί ο Έλληνας μηχανικός.
Σε πρακτικό επίπεδο, η φιλοδοξία του ήταν να παραχθεί ένας ‘οδικός χάρτης’ για το τι είναι δυνατό και τι όχι και πότε για εφαρμογές σε διαλύματα ηλεκτρολυτών και επίσης, σε πιο θεμελιώδες επίπεδο, να γίνουν νέες πρόοδοι που θα απαντήσουν σε ορισμένα από τα μεγάλα ερωτήματα στη θερμοδυναμική των ηλεκτρολυτών που επί του παρόντος εμποδίζουν την πραγματική πρόοδο.
Πιο συγκεκριμένα, με το νέο έργο με τίτλο: «Modern Equation of State for Electrolytes – ElectroSAFT» ο καθηγητής και η ομάδα του σκοπεύουν να αναπτύξουν και να καταστήσουν διαθέσιμο σε διάφορες μορφές ένα θερμοδυναμικό μοντέλο για διαλύματα ηλεκτρολυτών που το ονομάζουν eSAFT-VR Mie. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε, βασισμένο στην στατιστική θερμοδυναμική, μπορεί να εφαρμοστεί σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, πιέσεων και διαλυτών, επιλύοντας πολλά από τα προβλήματα των εμπειρικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται σήμερα στη βιομηχανία και την έρευνα για συστήματα που περιλαμβάνουν ηλεκτρολύτες.
«Τα σύγχρονα θερμοδυναμικά μοντέλα που χρησιμοποιούνται σήμερα στις πρακτικές εφαρμογές από μηχανικούς είναι ημι-εμπειρικά και απαιτούν πολυάριθμα πειραματικά δεδομένα. Δεν έχουν ευρύτητα και δεν έχουν βελτιώσει την κατανόησή μας για τη θερμοδυναμική των ηλεκτρολυτών», λέει ο κ. Κοντογεώργης.
Ο στόχος είναι να ενσωματωθεί το μοντέλο σε ένα φιλικό προς τον χρήστη εργαλείο που διαθέτει καθοδηγούμενη διεπαφή χρήστη (GUI) και διεπαφή μοντέλου χρήστη για εμπορικούς προσομοιωτές, επιτρέποντας στον μη έμπειρο χρήστη να το εφαρμόζει στην καθημερινή εργασία. Στο τέλος του έργου, το εργαλείο θα είναι διαθέσιμο στις δύο βιομηχανικές κοινοπραξίες, CERE και KT Consortium. Αυτή η στρατηγική θα διευκολύνει την ευρύτερη διανομή και τις δοκιμές, προωθώντας έτσι την ανάπτυξη ενός ισχυρού εργαλείου, αλλά δεν θα περιορίζει τη χρήση του στη βιομηχανία και τον ακαδημαϊκό κόσμο.
