Ústav udržitelných paliv a zelené chemie

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Anotace

Kvůli ubývání zásob fosilních paliv je nutno hledat nové zdroje energie a dosahovat vyšší účinnosti při konverzi tepelné energie na elektrickou energii. Jednou z cest, jak nahradit část zdrojů produkujících energii spalováním fosilních paliv, je výroba tepelné a elektrické energie v jaderných štěpných reaktorech IV. generace. Je navrženo několik typů těchto zařízení lišících se druhem a fyzikálními vlastnostmi primárního chladiva, neutronovými toky v aktivní zóně, maximálním tepelným (a elektrickým) výkonem, atd. Jeden z možných typů primárního chladiva pro reaktory IV. generace je plynné helium o vysoké teplotě (až 1000°C i více) a tlacích (až 16 MPa). Toto chladivo je využíváno ve vysokoteplotních plynem chlazených reaktorech (High Temperature Reactors - HTR) a rychlých plynem chlazených reaktorech (Gas Cooled Fast Reactors - GFR). S reaktory typu HTR se v budoucnu počítá jako s náhradou menších a středních zdrojů elektrické energie (cca do 600 MW tepelných) spalujících fosilní paliva. Hélium o vysoké teplotě lze navíc využít přímo v technologických procesech, např. k přímé výrobě vodíku, výrobě vodního plynu z uhlí, aj. Reaktory typu GFR by navíc měli sloužit pro výrobu jaderného paliva pro ostatní typy reaktorů. Na druhou stranu prostředí helia za vysokých teplot a tlaků za současného působení radioaktivního záření klade značné nároky na odolnost konstrukčních materiálů. Tyto materiály lze v zásadě rozdělit na kovové (zejména různé typy ocelí) a nekovové (nukleární grafit, který slouží jako moderátor jaderné reakce a kompozitní materiály). U všech materiálů, které by měly být použity jako konstrukční materiály heliem chlazených jaderných reaktorů, je třeba popsat jejich chování a změny vlastností během expozice v prostředí helia za vysokých teplot a tlaků. Z testů, kterým by měly být materiály podrobeny, lze jmenovat např. testování vzorků kovových materiálů a grafitu za vysokých teplot a konstantního napětí při i bez vlivu radiace (creep), testování kovových materiálů při dynamickém namáhání (fatigue), vliv nečistot obsažených v heliu na změnu vlastností materiálů, oxidace grafitu v heliu obsahujícím nečistoty, vliv radioaktivity na změnu rozměrů, struktury a fyzikálních vlastností grafitu při vysokých teplotách, aj.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. David Kubička, Ph.D., MBA

Anotace

Furanické látky jsou klíčové meziprodukty pro chemické zhodnocení cukerných polymerů (celulóza, hemicelulóza) lignocelulózové biomasy. Cílem dizertační práce bude návrh a studium nových typů katalyzátorů pro účinnou hydrogenaci 5-hydroxymethylfurfuralu na bis-hydroxyfuranické látky, které jsou potenciálními monomery pro nové typy udržitelných biopolymerů. Dizertační práce se proto bude zaměřovat na syntézu hydrogenačních katalyzátorů a optimalizaci jak nosiče, tak aktivní hydrogenační složky, charakterizaci aktivních center katalyzátorů, testování aktivity, selektivity a stability vyvíjených katalyzátorů a na nalezení a objasnění vztahů mezi syntézními a aktivitními parametry vyvinutých katalyzátorů.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Šimáček, Ph.D.

Anotace

Charakter zpracovávané suroviny klade na hydrogenační technologie stále vyšší nároky. Zhoršující se nebo fluktuující kvalita zpracovávané ropy, zpracování alternativních surovin či směsných surovin si vynucují vývoj výkonnějších a odolnějších katalytických systémů. Pro výběr vhodného katalytického systému, ověření zpracovatelnosti nové suroviny či správného nastavení reakčních podmínek, je z ekonomických důvodů nezbytné využití pilotního testování. Disertační práce je zaměřena na porovnání aktivity několika katalytických systémů na čtvrtprovozních jednotkách simulujících koprocesing výroby leteckého petroleje s podílem SAF (sustainable aviation fuel) s využitím katalytického hydrogenačního zpracování. Součástí disertační práce je rovněž ověření přenositelnosti dat do průmyslového měřítka pomocí matematického modelu. Vývoj a optimalizace tohoto nástroje se stane prostředkem pro predikci aktivity využívaných hydrogenačních katalyzátorů v provozním měřítku, včetně odhadu vybraných procesních parametrů, jakými jsou např. chemická spotřeba vodíku, teplotní zabarvení na katalytickém loži či postupná deaktivace katalytického systému. Důraz bude kladen rovněž na predikci výtěžkové struktury produktů a jejich vybraných kvalitativních parametrů.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Šimáček, Ph.D.

Anotace

Náplní práce bude návrh technologického řetězce pro chemickou recyklaci výmětu ze směsných odpadních plastů. Plastový výmět vzniká v třídírně odpadních plastů po oddělení PET, „tvrdých obalů“ a folií a hrubé separaci PVC. Výmět v současné době tvoří cca 50 % vstupujícího plastového odpadu a využívá se jako tuhé alternativní palivo. V rámci disertační práce budou pro chemickou recyklaci výmětu použity tři klíčové procesy: pyrolýza, hydrogenační zpracování a zpracování na etylenové jednotce. Plastový výmět bude nejprve podroben pyrolýznímu štěpení s cílem získat v maximálním výtěžku pyrolýzní olej (PO) s optimálním složením. PO bude následně hydrogenačně zpracován (hydrorafinace, hydrokrakování) a produkty tohoto zpracování budou sloužit jako surovina pro etylenovou jednotku (proces steam cracking), která je klíčovou technologií petrochemického průmyslu. Konečnými produkty celého zpracovatelského řetězce budou především etylen, propylen a aromáty (benzen, toluen, xyleny), které představují základní suroviny pro následnou výrobu polymerů, chemikálií a léčiv.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. David Kubička, Ph.D., MBA

Anotace

Metanol hraje významnou roli v současných snahách o dekarbonizaci chemického průmyslu, protože je klíčovým meziproduktem zhodnocení odpadního oxidu uhličitého. Cílem dizertační práce bude návrh a studium nových typů katalyzátorů pro účinnou přeměnu metanolu na uhlovodíky. Dizertační práce se proto bude zaměřovat na syntézu katalyzátorů a jejich modifikaci, charakterizaci aktivních center katalyzátorů, testování aktivity, selektivity a stability vyvíjených katalyzátorů a na nalezení a objasnění vztahů mezi syntézními a aktivitními parametry vyvinutých katalyzátorů.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. David Kubička, Ph.D., MBA

Anotace

Fenolické látky jsou klíčové meziprodukty pro chemické zhodnocení ligninu z lignocelulózové biomasy. Cílem dizertační práce bude návrh a studium nových typů katalyzátorů pro účinnou selektivní deoxygenaci substituovaných methoxyfenolů, které jsou surovinou s aplikačním potenciálem jak pro udržitelná letecká paliva (SAF), tak pro substituované cyklohexanony. Dizertační práce se proto bude zaměřovat na syntézu deoxygenačních katalyzátorů a optimalizaci jak nosiče, tak aktivní deoxygenační složky, charakterizaci aktivních center katalyzátorů, testování aktivity, selektivity a stability vyvíjených katalyzátorů a na nalezení a objasnění vztahů mezi syntézními a aktivitními parametry vyvinutých katalyzátorů.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. David Kubička, Ph.D., MBA

Anotace

Heterogenní katalyzátory mohou plně odemknout chemický potenciál biomasy, pokud se podaří optimalizovat jejich texturní a acidobazické vlastnosti pro potřeby konkrétních reakcí. Cílem dizertační práce bude návrh a studium hierarchických přístupů ke řízení texturních vlastností, optimalizaci chemického složení a z něj plynoucích acido-bazických vlastností připravovaných katalyzátorů. Dizertační práce se proto zaměří na přípravu SiO2 katalyzátorů modifikovaných dalšími oxidy (Al2O3, TiO2, ZrO2, apod.) různými metodami. Takto připravené nosiče s řízenou texturou a kyselostí (koncentrace center i jejich síla) budou dále modifikovány kovy (např. Ni, Co, Cu) a budou testovány ve vhodných modelových reakcích.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Anotace

Pro jaderné i nejaderné energetické aplikace se uvažují okruhy s nadkritickým CO2 (sCO2), např. jako sekundární okruhy pokročilých jaderných reaktorů (iV. generace). V těchto okruzích je velmi důležitý obsah nežádoucích minoritních složek, které mohou mít zásadní vliv na fyzikálně-chemické vlastnosti sCO2 a mohou také snižovat odolnost používaných materiálů. Cílem dizertační práce bude identifikovat nečistoty v těchto energetických okruzích. Dále potom navrhnout a laboratorně otestovat metody odstranění těchto nečistot.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Šimáček, Ph.D.

Anotace

V návaznosti na současnou ekonomickou a geopolitickou situaci, kdy nemusí být vhodné zpracovávat pouze jeden druh ropy, ale spíše více směsí rop, je třeba věnovat pozornost vlivu suroviny na všechny rafinérské technologie. Jednou z klíčových rafinérských technologií je FCC. Cílem této práce je zmapování vlivu různých surovin na výtěžkovou strukturu, porovnání laboratorních a provozních dat a vyvinutí přepočtového algoritmu pro převod dat z laboratorní jednotky do provozního měřítka. Na laboratorní jednotce simulující technologii FCC bude provedena sada testů, jejichž výsledky budou porovnávány s výsledky zpracování různých surovin na průmyslové komerční jednotce FCC. Na základě tohoto porovnání bude připraven přepočtový model pro každý produkt ze sledované výtěžkové struktury (propylen, benzínová frakce, LCO atp.). Použity budou i simulační programy.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	prof. Ing. David Kubička, Ph.D., MBA

Anotace

Oxid uhličitý je klíčem k dekarbonizaci chemického průmyslu a jeho chemické využití nabízí možnost jak jeho sekvestrace, tak uskladnění obnovitelné energie v chemických vazbách produktů. Cílem dizertační práce bude studium využití CO2 jako suroviny ve Fischer-Tropschově syntéze (FTS) s následným využitím získaných uhlovodíků jako suroviny pro výrobu olefinů, především ethylenu a propylenu. Dizertační práce se proto bude zaměřovat na přípravu FTS katalyzátorů, jejich charakterizaci, testování aktivity, selektivity a stability vyvíjených katalyzátorů, optimalizaci procesních podmínek, a na nalezení a objasnění vztahů mezi syntézními a aktivitními parametry vyvinutých katalyzátorů.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Anotace

Práce je zaměřena na studium problematiky vlivu různého obsahu vodíku v zemním plynu na plynárenskou infrastrukturu. V současné době se uvažuje o cíleném přidávání vodíku do zemního plynu, ať už čistého vodíku nebo jako součást plynu produkovaného například katalytickou hydrogenací oxidu uhličitého. Problematika přidávání vodíku do zemního plynu zejména zahrnuje promíchávání přidávaného vodíku v plynovodním potrubí, vliv na spalné teplo zemního plynu a spalovací vlastnosti, vliv na měřicí a analytické systémy, těsnicí systémy, vliv při kompresi zemního plynu na kompresních stanicích, snížení dopravní kapacity, snížení methanového čísla a dále problematiku při skladování vodíku v podzemních zásobnících spolu se zemním plynem.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Šimáček, Ph.D.

Anotace

LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carriers) jsou organické látky schopné ve své molekule uchovávat chemicky vázaný vodík pro jeho pozdější využití. Principem záchytu a zpětného získávání vodíku jsou hydrogenační a dehydrogenační reakce, při kterých se mění obsah vodíku v molekulách LOHC. Tento koncept je alternativou k dlouhodobému skladování vodíku v tlakových nádobách nebo kryogenních nádržích. V úvodu disertační práce budou vytipovávány a porovnávány organické sloučeniny vhodné jako LOHC z hlediska jejich toxicity, bodu varu a teoretické kapacity vodíku. Následně budou posouzeny možnosti syntézy vybraných sloučenin s přihlédnutím k ekonomice procesu výroby. Součástí práce bude dále laboratorní příprava LOHC z odpadních materiálů. Pro tyto účely bude využit například pyrolýzní olej získaný tepelným zpracováním odpadních pneumatik. Kombinací hydrogenační rafinace v laboratorní průtočné katalytické jednotce a laboratorní rektifikace bude hledán vhodný destilační řez, který by bylo možné využít jako LOHC. V závěru práce bude testována dehydrogenace/hydrogenace získaných LOHC pro posouzení skutečné kapacity vodíku.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Pavel Šimáček, Ph.D.

Anotace

V současné době se vyrábí a používá celá řada kaučuků. Mezi nejpoužívanější patří SBR (styren-butadienový kaučuk), NR (přírodní kaučuk), BR (butadienový kaučuk) a EPDM (etylen-propylen-dienový kaučuk). Nedílnou a významnou složkou všech vulkanizovaných kaučuků je změkčovadlo (plnící olej), přidávané do kaučukových směsí v množství 2 - 20 % hm. Jako změkčovadlo do SBR používaného na výrobu pneumatik se dnes používá především TDAE (Treated Distillate Aromatic Extract), což je rafinovaný aromatický extrakt získaný rozpouštědlovou rafinací vakuových destilátů z ropy při výrobě minerálních olejů. Vzhledem k tomu, že technologie rozpouštědlové rafinace vakuových destilátů je v rafinériích postupně nahrazována procesy hydrogenační rafinace, vzniká nedostatek vysoce aromatických frakcí vhodných k výrobě změkčovadel do SBR. Výroba změkčovadel z odpadních pneumatik je proto jeví jako vhodný způsob jejich recyklace. Cílem práce bude návrh technologického řetězce pro výrobu změkčovadel do různých typů kaučuků z odpadních pneumatik. V rámci práce bude testována pyrolýza odpadních pneumatik v režimu maximálního výtěžku frakce pyrolýzního oleje vroucí nad 360 °C a následná hydrogenační rafinace prováděná s cílem odstranění karcinogenních polyaromatických sloučenin a maximálního zachování ostatních aromatických struktur. Pro tyto účely budou testovány různé typy hydrorafinačních katalyzátorů a různé reakční podmínky hydrorafinace (teplota, tlak, prostorová rychlost). Získané produkty budou analyticky hodnoceny jako změkčovadla se specifickými požadavky na jejich vlastnosti (obsah PAU, obsah aromátů, viskozita, bod vzplanutí, anilinový bod apod.). Z produktů, které budou vyhovovat svými parametry jako změkčovadla, budou připraveny různé kaučukové směsi a pryže, které budou následně analyticky hodnoceny.

Garantující pracoviště:	Ústav udržitelných paliv a zelené chemie
Studijní program/specializace:	Energie a paliva ( výuka v českém jazyce )
Školitel:	doc. Ing. Tomáš Hlinčík, Ph.D.

Anotace

V posledních letech je stále aktuální téma využití oxidu uhličitého v technologiích označovaných jako CCU (Carbon Capture and Utilization). Jednou z těchto technologií je využití oxidu uhličitého při reformování zemního plynu (methanu) při výrobě syntézního plynu, který je běžnou surovinou v rafinériích při zpracování ropy. Využití oxidu uhličitého při tomto procesu by umožnilo jeho využití a prodloužení jeho uhlíkové stopy. Cílem práce bude stanovit vhodné podmínky procesu (teplota, tlak), katalyzátory a kinetické podmínky. Pro možné průmyslové využití bude také vypracována energetická bilance procesu.