O badaniach wspierających bezpieczną i przyjazną dla środowiska energetykę

Uniwersytet Jana Długosza w Częstochowie wraz z Politechniką Częstochowską realizują od 2024 r. w konsorcjum projekt pt. "Wieloskalowe badania nad spalaniem peletów z biomasy w pętli chemicznej dla osiągnięcia ujemnej emisji CO2" finansowany przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Kierownikiem zespołu badawczego z UJD jest prof. dr hab. Jarosław Krzywański z Katedry Zaawansowanych Metod Obliczeniowych Wydziału Nauk Ścisłych, Przyrodniczych i Technicznych.

Czym zajmuje się Pan Profesor w ramach prowadzonej działalności naukowo-badawczej?

J. Krzywański: Głównym celem działalności naukowo-badawczej jest opracowywanie technologii chroniących środowisko poprzez znaczące ograniczanie emisji zanieczyszczeń gazowych (takich jak tlenki azotu, siarki czy CO2) z sektora energetycznego. Specjalizuję się w zaawansowanych procesach spalania w warstwie fluidalnej, obejmujących ekologiczne współspalanie biomasy oraz spalanie w atmosferze wzbogaconej tlenem (oxy-fuel). Kluczowym filarem moich prac są nowoczesne, bezemisyjne technologie wychwytu dwutlenku węgla, w tym spalanie w pętli chemicznej (CLC i CLOU). W swoich badaniach pioniersko łączę inżynierię środowiska z modelowaniem, wykorzystując algorytmy sztucznej inteligencji, w tym sztuczne sieci neuronowe, logikę rozmytą i algorytmy genetyczne do modelowania i optymalizacji urządzeń energetycznych. Równolegle prowadzę badania modelowe innowacyjnych adsorpcyjnych układów chłodzenia i odsalania wody, pozwalających produkować chłód i wodę przy pitną przy wykorzystaniu ciepła odpadowego lub energii słonecznej. Dzięki tak wszechstronnemu podejściu, moje prace dostarczają gotowych, cyfrowych rozwiązań wspierających globalną transformację energetyczną. Jestem naukowcem od lat klasyfikowanym w prestiżowym rankingu TOP 2% najczęściej cytowanych badaczy na świecie według Uniwersytetu Stanforda.

Na czym polega realizowany w konsorcjum z Politechniką Częstochowską projekt pt. "Wieloskalowe badania nad spalaniem peletów z biomasy w pętli chemicznej dla osiągnięcia ujemnej emisji CO2"? Jakie zadania badawcze należały do Zespołu badawczego z UJD?

J. Krzywański: Międzynarodowy projekt „MsLimitCO2”, realizowany we współpracy z Politechniką Częstochowską oraz partnerami z Chin, dotyczy opracowania innowacyjnej i czystej technologii pozyskiwania energii z biomasy. Badania skupiają się na spalaniu peletów biomasowych w tzw. pętli chemicznej, gdzie tlen potrzebny do spalania dostarczany jest przez stałe nośniki tlenu, a nie bezpośrednio z powietrza. Dzięki temu powstający dwutlenek węgla nie miesza się z azotem, co umożliwia jego łatwy wychwyt i osiągnięcie tzw. ujemnej emisji CO2. Zespół badawczy z Uniwersytetu Jan Długosza w Częstochowie (UJD) odpowiada w tym przedsięwzięciu za realizację Zadań 3 i 4. W Zadaniu 3 naukowcy z UJD budują zaawansowane symulacje komputerowe reaktora przy użyciu dedykowanego oprogramowania CeSFaMB i CFD. Symulacje te odzwierciedlają pracę układu w warunkach pracy reaktora „na zimno” i „na gorąco”. W Zadaniu 4 zespół UJD wykorzystuje pozyskane dane do tworzenia autorskich podejść z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji, pozwalających optymalizować proces.

W jaki sposób uzyskane przez Państwa wyniki wpłyną na rozwój nauki? Czy uzyskane efekty będą oddziaływać na codzienne funkcjonowanie człowieka i jego otoczenie?

J. Krzywański: Uzyskane wyniki wnoszą istotny wkład w rozwój nauki poprzez pionierskie połączenie tradycyjnego modelowania fizykochemicznego z metodami sztucznej inteligencji. Opracowane modele i algorytmy pozwalają przewidywać przebieg skomplikowanych procesów energetycznych bez konieczności prowadzenia bardzo kosztownych eksperymentów. Tworzy to nowoczesny standard cyfrowego projektowania urządzeń dla bezemisyjnej energetyki. Efekty tych prac będą miały bezpośredni, pozytywny wpływ na codzienne życie ludzi i stan środowiska. Rozwój technologii spalania w pętli chemicznej pozwala na aktywne usuwanie dwutlenku węgla z atmosfery, co bezpośrednio ogranicza postępujące zmiany klimatyczne.

Efektywniejsze spalanie biomasy zmniejsza również emisję szkodliwych zanieczyszczeń, co przekłada się na czystsze powietrze i zdrowie mieszkańców. W perspektywie długofalowej badania te wspierają transformację w stronę stabilnej, bezpiecznej i przyjaznej dla środowiska energetyki.

--------------------------------------------------------------------------

Życiorys naukowy prof. dr hab. J. Krzywańskiego:

Profesor Jarosław Krzywański prowadzi badania w dziedzinie inżynierii środowiska i energetyki. W pracy naukowej zajmuje się łączeniem inżynierii procesowej z metodami sztucznej inteligencji. Główny obszar jego działalności dotyczy ograniczania emisji zanieczyszczeń gazowych z sektora energetycznego, w tym tlenków siarki, tlenków azotu oraz dwutlenku węgla. Tematyka prowadzonych badań obejmuje głównie procesy spalania w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej, spalanie w atmosferze wzbogaconej tlenem (oxy-fuel) oraz technologie pętli chemicznej (CLC, CLOU). Prowadzi też prace nad termochemiczną konwersją paliw do produkcji wodoru oraz wykorzystaniem ciepła odpadowego i energii słonecznej w układach chłodzenia adsorpcyjnego i odsalania wody. W modelowaniu i optymalizacji procesów konwersji energii stosuje algorytmy sztucznej inteligencji, w tym logikę rozmytą, algorytmy genetyczne, uczenie maszynowe oraz sieci neuronowe. Opracowane przez niego i jego zespół modele predykcyjne służą do analizy i optymalizacji parametrów pracy urządzeń energetycznych. Biorąc udział w projektach krajowych i międzynarodowych, zajmuje się m.in. technologiami ukierunkowanymi na ujemną emisję CO2. Pełni funkcje w komitetach redakcyjnych czasopism naukowych oraz uczestniczy w organizacji krajowych  i międzynarodowych konferencji naukowych. Prowadzona działalność łączy symulacje komputerowe z praktycznymi zastosowaniami w inżynierii środowiska i energetyce.

--------------------------------------------------------------------------

Polecamy również:

Spotkanie uczestników projektu MsLimitCO2

Pracownicy UJD w prestiżowym zestawieniu „World’s Top 2% Scientists”