Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

Home Kutatás Projektek Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

Projekt megnevezése: Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira

Támogató: Pénzügyminisztérium
A projekt az Európai Unió és Magyarország Kormánya közös finanszírozása keretében az Európai Strukturális és Beruházási Alapok támogatásával a Versenyképes Közép-Magyarország Operatív Program – Stratégiai K+F műhelyek kiválósága részben valósul meg.
Kedvezményezett: Energiatudományi Kutatóközpont
Konzorciumi tag: Wigner Fizikai Kutatóközpont
Projekt azonosító: VEKOP-2.3.2-16-2016-00011
Konzorciumvezető/Témavezető: Dr. Pécz Béla
A projekt támogatásának összege: 564 063 112Ft
Saját forrás: 2 399 999Ft
Támogatásintenzitás: 99,57%

Futamidő: 2017.07.01-2021.05.29.

A projekt terve, rövid leírása:

A 21. század legnagyobb technikai kihívása az energiarendszerünk teljes átalakítása. A tudományos kutatásnak nagy szerepe lesz abban, hogy az energiaszektor megfeleljen ellátás biztonsági és a környezetvédelmi elvárásoknak. Jelen projektben az elsődleges célok a fotovillamos energiatermelés, tárolás és egyéb környezeti hatások kutatása:

  • Új napelemek fejlesztése fotovillamos erőművekhez, ahol elsősorban új optikai tulajdonságú anyagok fejlesztése a cél: elsősorban ólom és ón alapú perovszkit típusú anyagok, valamint ásványi (pirit valamint Cu-Zn-Sn-szulfidok) alapú anyagok felhasználásával
  • Intelligens villamosenergia-hálózat (smart grid) számítógépes szimulációja, a hálózati és háztartási méretű fotovillamos (PV) rendszerek esetén
  • Alkalmazások fejlesztése megújuló energia tárolására: egyrészt hidrogén elektrolízises előállítását elősegítő katalizátorok fejlesztése, valamint szén nanoszemcsékkel adagolt szuperkondenzátorok lehetőségeinek feltárása a cél
  • Lézeres energiatovábbítás, célja hogy egy nagyteljesítményű lézer, amelyet egy speciális adaptív optikával a PV-átalakítónál optimális méretűre lehet fókuszálni, továbbítsa az energiát mozgó és mobil eszközök felé
  • A megújuló energetikához kapcsolódó új nanotechnológiai eljárások és a biomassza hasznosítás hatása a légköri aeroszolok összetételére alig ismert, ezen nano részecskék környezeti hatását vizsgáljuk az új módszerekkel.

A projekt folyamán kiemelt szerepet kapnak a nanoszerkezetű anyagok előállítási módszerei, spektroszkópiai, mikroszkópiai, szeparációs anyagvizsgálati és minősítési eljárásai és ezek kiértékelése. A feladatokkal összhangban ezért beszerzésre kerülnek nagy értékű berendezések: dual beam mikroszkóp (SEM+FIB), részecskeszeparátor, Raman mikroszkóp, potenciosztát, gázkromatográf.

Az élvonalbeli publikációs eredmények mellett a projekt eredményei és a megerősített kutatási infrastruktúra a Magyarországi vállalatok további fejlesztéseit segíthetik.

A projekt keretében beszerzett XPS Ar ion gun

Sajtóközlemény – 2017.11.08

Új anyagokkal, új energiatárolási és elosztási rendszerrel szélesítik a megújuló energiatermelés lehetőségeit

A megújuló energiatermelés széleskörű elterjedéséhez kulcskérdés a jobb hatásfok elérése és a hatékonyabb energiatárolás. A tudományos kutatások egyre nagyobb szerepet kapnak abban, hogy az energiaszektor környezetbarát módon, megújuló forrásokból állítson elő energiát, ugyanakkor az ellátás stabil és kiszámítható legyen: áramra akkor is szükség van, ha éppen nem süt a nap. Ezt részben hatékonyabb energiatárolással, részben jobb energiaelosztási módszerrel lehet elősegíteni, míg a hatékonyabb napelemek előállításában például új anyagok alkalmazása vezethet sikerre.

Az MTA Energiatudományi Kutatóközpont és az MTA Wigner Fizikai Kutatóközpont anyagtudományra és méréstechnológiára specializált csoportjai már több sikert is magukénak tudhatnak ezen a területen, például a fotoaktív perovszkitok kombinálása szén nanocsövekkel témában. Ezek alapján most olyan stratégiai projektet indítottak, melyben az elsődleges cél a napenergiát hasznosító ún. fotovillamos energiatermelés, tárolás és egyéb környezeti hatások kutatása.  

A kutatás során új napelemeket fejlesztenek fotovillamos erőművekhez, új optikai tulajdonságú anyagok létrehozásával: elsősorban ólom és ón alapú perovszkit típusú, valamint ásványi (pirit valamint Cu-Zn-Sn-szulfidok) alapú anyagokat terveznek felhasználni.

Az energiaellátást intelligens villamosenergia-hálózat (smart grid) számítógépes szimulációjával tesztelik hálózati és háztartási méretű fotovillamos (PV) rendszerek esetén.

A megújuló energia tárolására egyrészt hidrogén elektrolízises előállítását elősegítő katalizátorokat fejlesztenek, másrészt szén nanoszemcsékkel adagolt szuperkondenzátorok használatának lehetőségeit tárják fel.

A kutatás során a lézeres energiatovábbítást is vizsgálják, amelynek célja, hogy egy a fotovillamos átalakítónál speciális adaptív optikával optimális méretűre fókuszálható nagyteljesítményű lézer továbbítsa az energiát mozgó és mobil eszközök felé.

A megújuló energetikához kapcsolódóan nanotechnológiai eljárások hatásaival is foglalkoznak, különös tekintettel a biomassza hasznosításra, a légköri aeroszolok összetételére és nanorészecskék környezeti hatására.

A projekt folyamán kiemelt szerepet kapnak a nanoszerkezetű anyagok előállítási módszerei, spektroszkópiai, mikroszkópiai, szeparációs anyagvizsgálati és minősítési eljárásai és ezek kiértékelése. A feladatokhoz olyan speciális berendezéseket is beszereznek, mint a dual beam mikroszkóp (SEM+FIB: pásztázó elektronmikroszkóp, fókuszált ionnyaláb), részecskeszeparátor, Raman-mikrospektrométer, potenciosztát vagy gázkromatográf.

A projekt fejlesztési eredményei és a megerősített kutatási infrastruktúra a magyarországi vállalatok piaci igényeit is segítik majd: lehetőségük lesz többek között korszerűbb szerkezeti és felületi anyagvizsgálatokat folytatni, szennyeződéseket kimutatni, a kutatás publikált eredményeit felhasználni. A kutatócsoportok felkészült műhelyként kapcsolódnak a hazai ipar munkájába.

A „Stratégiai műhely a megújuló alapú energiarendszer technológiai kihívásaira” című  VEKOP-2.3.2-16-2016-00011projekt az Európai Unió és Magyarország Kormánya közös finanszírozása keretében az Európai Strukturális és Beruházási Alapok 564 MFt-os támogatásával a Versenyképes Közép-Magyarország Operatív Program keretében valósul meg.

Szén nanocső vékonyrétegre leválasztott ólom alapú perovszkit nanokristályok, lehetséges napelem rétegszerkezetek céljára.

Eddigi eredményeink 2020.02.29

Több prekurzor gáz tesztelése után bis(N,N’-di-t-butylacetamidinato) vas (II) prekurzorral ALD technikával sikeresen növesztettünk FeS vékonyréteget, majd  célunk volt a növesztés optimalizálása. Ennek során célunk a Fe:S arány növelése, illetve a texturáltság növelése, azaz polikristályos réteg helyett egykristály réteg növesztése. A növesztett rétegben a S:Fe arányt eddig nem sikerült ALD-ben növelni. Egyes hordozókon a FeS jelentősen jobban orientálva nő, így sikerült növelni a réteg texturáltságát.

Olcsó réz-peptid komplex bomlási mellékreakcióját kihasználva in situ katalitikus CuO-filmet képeztünk fejlett, nanoszerkezetű oxid-bevonatokon, megőrizve a hordozó morfológiáját. Nem szimmetrikus, heterociklusos ligandumok Fe(II)komplexeivel kimutattuk, hogy a ligandum módosítása alapvető változásokat vált ki a vízoxidáció során: a katalizátor stabilitását és a felülethez való kötődését is biztosítja. Heteroatomok beágyazása vékonyrétegű MoS2 hordozóba a korábbiaknál jóval anyagtakarékosabb hidrogénfejlesztő elektródot eredményezett.

Főkomponens analízis és k-közép klaszterezés segítségével elvégeztünk az elosztóhálózati topológiák csoportosítását. A létrehozott csoportokból kiválasztottuk a szimulációhoz használni kívánt reprezentatív hálózatokat. Elvégeztük az aktuális és várhatóan bevezetésre kerülő tartalékpiaci tervezési irányelvek kvalitatív elemzését feltártuk a hiányosságokat, hazai hatásokat. Javaslatot készítettünk a sztochasztikus tartaléktervezés hazai implementálására.

Nyári és téli időszakban légköri aeroszolok fizikai és kémiai tulajdonságainak mérése optikai és röntgen spektroszkópiával. Egy budapesti lakó-pihenő övezeti helyszínen 10-10 napos nyári és téli terepi mérésen valamint egy nógrádi községben vett mintákból megállapítottuk a fő- és nyomelemek méreteloszlását. Az ultrafinom frakció nagy időfelbontású méreteloszlási adataiból sztochasztikus tüdőmodellel meghatároztuk beteg és egészséges tüdő régióiban a részecskék ülepedési sűrűségét. Az MH GoPower VMJ gyártmányú függőleges többátmenetes fotovoltaikus átalakító hatásfokának hullámhosszfüggését 50, 100, 200 és 300 W/m2 teljesítménysűrűségek mellett határoztuk meg a 800-1200 nm-es tartományban. 50 W/m2-nél a cella kimeneti feszültsége a kisebb hullámhosszaknál (900 nm alatt) 6,5-6,7 V körül változik, 900 nm fölött növekedésnek indul, és a legnagyobb, 7,2 V körüli értéketeket 1000 és 1050 nm között éri el. Az 1050 nm-nél nagyobb hullámhosszakon a kimeneti feszültség csökken. Ugyanez a tendencia figyelhető meg nagyobb teljesítménysűrűségeknél is. Összességében elmondható, hogy a hatékonyság 1000-1050 nm-es hullámhosszal való megvilágításnál a legnagyobb. A hatékonyság beesési szögtől való függése azt mutatja, hogy az a merőlegestől kb. ±10-15°-ig nem változik, azt követően viszont csökken. A gerjesztő folt esetében kritikus, hogy az átmérője ne legyen kisebb a cella átlójánál. Ellenkező esetben a megvilágítás nélküli részek negatív hatása miatt jelentősen lecsökken az átalakítási hatékonyság


A projekt eddigi legfontosabb eredményei, publikációi:

  • Łukasz Szyrwiel, Mari Shimura, Bartosz Setner, Zbigniew Szewczuk, Katarzyna Malec, Wieslaw Malinka, Justyna Brasun & József Sándor Pap: SOD-Like Activity of Copper(II) Containing Metallopeptides Branched By 2,3-Diaminopropionic Acid: What the N-Termini Elevate, the C-Terminus Ruins  International Journal of Peptide Research and Therapeutics https://doi.org/10.1007/s10989-018-9717-6  
  • János Pető, Tamás Ollár, Péter Vancsó, Zakhar I. Popov, Gábor Zsolt Magda, Gergely Dobrik, Chanyong Hwang, Pavel B. Sorokin  and Levente Tapasztó: Spontaneous doping of 2D MoS2 basal plane by oxygen substitution during ambient exposure  Nature Chemistry 2018, https://doi.org/10.1038/s41557-018-0136-2
  • M.G.Perrone, S.Vratolis, E.Georgieva, S.Török, K.Šega, B.Veleva, J.Osán, I.Bešlić. Z.Kertész, D.Pernigotti, K.Eleftheriadis, C.A.Belis: Sources and geographic origin of particulate matter in urban areas of the Danube macro-region: The cases of Zagreb (Croatia), Budapest (Hungary) and Sofia (Bulgaria)  Science of the Total Environment 619–620 (2018) 1515–1529, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.11.092
  • J.Burunkova, M.-J.Ohoueu, I.Csarnovics, M.Veres, A.Bonyár, S.Kokenyesi: Peculiarities of interaction of gold nanoparticles with photoinitiators in polymer nanocomposites for holographic recording  Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 359 (2018) 111–120, https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.04.006
  • A.Bonyár, I.Csarnovics, M.Veres, L.Himics, A.Csik, J.Kámán, L.Balázs, S.Kökényesi: Investigation of the performance of thermally generated goldnanoislands for LSPR and SERS applications  Sensors and Actuators B 255 (2018) 433–439 https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.08.063
  •  Hajnalka M. Tóháti,  Áron Pekker,  Pavao Andričević,  László Forró,Bálint Náfrádi,  Márton Kollár,  Endre Horváth  and  Katalin Kamarás  : Optical detection of charge dynamics in CH3NH3PbI3 – carbon nanotube composites  Nanoscale 9, 17781-17787 (2017) https://doi.org/10.1039/C7NR06136F
  • Géza Ódor, Bálint Hartmann: Heterogeneity effects in power grid network models  Physical Review E vol. 98., p. 022305 (2018) https://doi.org/10.1103/PhysRevE.98.022305  
  • Electrocatalytic water oxidation influenced by the ratio between Cu2+ and a multiply branched peptide ligand  Catalysis Communications Available online 3 January 2019
  • Dávid Lukács, Łukasz Szyrwiel, and József S. Pap:  Copper Containing Molecular Systems in Electrocatalytic Water Oxidation—Trends and Perspectives  Electrocatalysis https://www.mdpi.com/2073-4344/9/1/83
  • János Pető, Tamás Ollár, Péter Vancsó, Zakhar I. Popov , Gábor Zsolt Magda, Gergely Dobrik, Chanyong Hwang, Pavel B. Sorokin and Levente Tapasztó: Spontaneous doping of the basal plane of MoS2 single layers through oxygen substitution under ambient conditions  Nature Chemistry 2018 https://doi.org/10.1038/s41557-018-0136-2
  • V. Sugár, A. Talamon, A. Horkai, K. Michihiro: Architectural style in line with energy demand: Typology-based energy estimation of a downtown district  ENERGY AND BUILDINGS, vol. 180., pp. 1-15., 2018; (D1, IF 4.457)
  • Ódor G., Hartmann B.: A HETEROGENITÁSOK HATÁSAI VILLAMOS HÁLÓZATI MODELLEKEN  Fizikai Szemle FIZIKAI SZEMLE 2019 / 2 pp.50-53
  • B. Sinkovics, B. Hartmann: Analysing Effect of Solar Photovoltaic Production on Load Curves and their Forecasting  RENEWABLE ENERGY & POWER QUALITY JOURNAL, vol. 16., pp. 760-765., 2018 (a cikk egyben az ICREPQ ’18 konferencia kiadványában is megjelent) https://www.researchgate.net/deref/http%3A%2F%2Fdx.doi.org%2F10.24084%2Frepqj16.462
  • Holomb R, Ihnatolia P, Mitsa O, Mitsa V, Himics L, Veres M; Modeling and first-principles calculation of low-frequency quasi-localized vibrations of soft and rigid As–S nanoclusters  Appl. Nanosci pp. 1-12. (2019) https://doi.org/10.1007/s13204-018-00948-5
  • Holomb R, Kondrat O, Mitsa V, Veres M, Czitrovszky A, Feher A, Tsud N, Vondráček M, Veltruská K, Matolín V, Prince KC; Super-bandgap light stimulated reversible transformation and laser-driven mass transport at the surface of As2S3 chalcogenide nanolayers studied in situ  Journal of Chemical Physics 149 pp. 214702 (1-11) (2018) https://doi.org/10.1063/1.5053228
  • Burunkova J, Ohoueu M-J, Csarnovics I, Veres M, Bonyár A, Kokenyesi S; Peculiarities of interaction of gold nanoparticles with photoinitiators in polymer nanocomposites for holographic recording  Journal of Photochemistry and Photobiology A-Chemistry 359: pp. 111-120. (2018) https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2018.04.006
  • Łukasz Szyrwiel, Dávid Lukács, Tetsuya Ishikawa, Justyna Brasun, Łukasz Szczukowski, Zbigniew Szewczuk, Bartosz Setner, József S. Pap: Electrocatalytic water oxidation influenced by the ratio between Cu2+ and a multiply branched peptide ligand  Catalysis Communications 122 (2019) 5–9  https://doi.org/10.1016/j.catcom.2019.01.004
  • Dávid Lukács, Miklós Németh, Łukasz Szyrwiel, Levente Illés, Béla Pécz, Shaohua Shen, József S. Pap: Behavior of a Cu-Peptide complex under water oxidation conditions –
  • Molecular electrocatalyst or precursor to nanostructured CuO films?  Solar Energy Materials and Solar Cells 201 (2019) 110079 https://doi.org/10.1016/j.solmat.2019.110079
  • Inna Székács, Paweł Tokarz, Robert Horvath, Krisztina Kovács, Adam Kubas, Mari Shimura, Justyna Brasun, Vadim Murzin, Wolfgang Caliebe, Zbigniew Szewczuk, Aneta Paluch,László Wojnárovits, Tünde Tóth, József S. Pap, Łukasz Szyrwiel: In vitro SOD-like activity of mono- and di-copper complexes with a phosphonate substituted SALAN-type ligand  Chemico-Biological Interactions 306 (2019) 78–88 https://doi.org/10.1016/j.cbi.2019.04.003
  • Sahir M. Al-Zuraiji, Tímea Benkó, Levente Illés, Miklós Németh, Krisztina Frey, Attila Sulyok, József S. Pap: Utilization of hydrophobic ligands for water-insoluble Fe(II) water oxidation catalysts – Immobilization and characterization  Journal of Catalysis 381 (2020) 615–625 https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.12.003
  • Péter Vancsó, Zakhar I. Popov, János Pető, Tamás Ollár, Gergely Dobrik,József S. Pap, Chanyong Hwang, Pavel B. Sorokin, and Levente Tapasztó: Transition Metal Chalcogenide Single Layers as an Active Platform for Single-Atom Catalysis  ACS Energy Lett. 2019, 4, 1947−1953 https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b01097
  • Füri, Peter; Oláhné Groma, Veronika; Török, Szabina; Farkas, Árpád; Dian, Csenge: Deposition distributions of ultrafine urban particles in healthy and diseased lungs  UIHT-2020-0026 Inhalation Toxicology, 2020
  • Janos Osan, Endre Börcsök, Ottó Czömpöly, Csenge Dian, Veronika Groma, Luca Stabile, Szabina Török: Experimental evaluation of the in-the-field capabilities of total-reflection X-ray fluorescence analysis to trace fine and ultrafine aerosol particles in populated areas   SAB_2020_88 Spectrochimica Acta Part B: Atomic Spectroscopy, 2020
  • Attila Sándor Kazsoki, Bálint Hartmann: Data Analysis and Data Generation Techniques for Comparative Examination of Distribution Network Topologies
  • International Review of Electrical Engineering (IREE), eISSN 2533-2244 Vol. 14 N. 1 January – February 2019 pp 32-42. https://doi.org/10.15866/iree.v14i1.16108
  • Attila Sándor Kazsoki, Bálint Hartmann: Hierarchical agglomerative clustering of selected Hungarian medium voltage distribution networks  Acta Polytechnica Hungarica, Journal of Applied Sciences Hungary ISSN 1785-8860, 2020
  • B. Hartmann, A. Kazsoki, V. Sugár, B. Sinkovics: Napsugárzás mintázat kategorizálási módszereinek kritikai szemléletű összehasonlítása  Magyar Energetika, 2020 https://www.media12.hu/me/cikkek/27-napsugarzas-mintazat-kategorizalasi-modszereinek-kritikai-szemleletu-osszehasonlitasa
  • B. Hartmann: Comparing efficiency of various solar irradiance categorization methods  Solar Energy, 2020
  • Rigó I, Veres M, Váczi T, Holczer E, Hakkel O, Deák A, Fürjes P; Preparation and Characterization of Perforated SERS Active Array for Particle Trapping and Sensitive Molecular Analysis  Biosensors 9 (2019) 93  https://doi.org/10.3390/bios9030093
  • Himics L, Veres M, Tóth S, Rigó I, Koós M; Origin of the asymmetric zero-phonon line shape of the silicon-vacancy center in nanocrystalline diamond films  Journal of Luminescence 215 (2019) 116681 https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116681