Jätkusuutlik keemia ja tehnoloogia

Tippkeskuse eesmärk on edendada innovatsiooni ringmajanduses, keskkonnasõbralikku ja kohalikku ressurssi vajavate tehnoloogiate uurimise ning ühiskonna teadlikkuse tõstmise kaudu. Neljas töörühmas on järgmised uurimissuunad. Strateegilise mineraalse toorme rühm kaardistab kriitilisi materjale ja sekundaarseid ressursse jäätmevoogudes, et neid eraldada ja taaskasutada, minimeerides kahjulike jäätmete hulka. Süsiniku-põhise toorme töörühm arendab rohekeemial põhinevaid meetodeid võtme-kemikaalide ja taaskasutatavate plastide jaoks, hinnates ka nende keskkonnamõju. Ringsete tehnoloogiate tööstussiirde rühm fokusseerub skaleerimist võimaldavatele tehnoloogiatele vähendades jäätmeid ja edendades ringlussevõttu, käsitledes ka veepuhastust. Ringmajanduse ärirakenduste ning modelleerimise analüüsi rühm analüüsib jätkusuutlikke ärirakendusi ning toormete väärtusahelaid. Tippkeskuse interdistsiplinaarsus aitab luua Eestile ja Euroopale vajalikke ringmajanduslikke lahendusi.

Puit või siis lignotselluloosne biomass üldisemalt on kõige enimlevinud, kättesaadavaim, aga samas ka ainus jätkusuutlikke lahendusi võimaldav taastuvtooraine üha kasvava inimkonnaga planeedil. Puidu kolm põhipolümeeri - tselluloos, hemitselluloos ning ligniin, sisaldavad algkomponente, millest on võimalik toota kõrge väärtusastmega puidusuhkruid, tekstiilikiude, termoplastseid materjale ning peenkemikaale. Antud projektis viiakse edasi ensüümitehnoloogiate arendusi, kus ekstreemsetest kasvukeskkondadest pärit mikroobide ensüüme kasutatakse ligniini lõhustamiseks ja modifitseerimiseks, toksiliste fenoolsete ühendite keskkonnast eraldamiseks, ning tselluloosi puidusuhkruteks lagundamise ja lahustuva tselluloosi tehnoloogiates. Lisaks keskendutakse projektis tehnoloogiatele, kus arendatakse edasi nii kraft-ligniinil (tüüpiline paberitööstuse ligniin), hüdrolüüsi ligniinil ning sünteetilisel ligniinil põhinevaid poorseid materjale, termoplaste kui ka uue generatsiooni katalüsaatoreid.

Seoses COVID-19 pandeemia ning sellest tulenevate mõjudega ühiskonnale ja majandusele on märkimisväärselt suurenenud mure seoses võimalusega, et pahatahtlikud isikud võivad oma tulevastes plaanides naasta ohtlike ainete kasutamise juurde. Need mured on õigustatud Euroopas, kus CBRN Security Cycle mitmes aspektis on endiselt tehnoloogilisi lünki, eriti vähelenduvate keemiliste ründeainete (CWA-d) ja konkreetselt mittelenduvate bioloogiliste sõjaliste ainete (BWA-d) kiire avastamise, identifitseerimise ja seire seadmetes, peamiselt keerukates looduskeskkondades. Võrdlustehnoloogiad, sealhulgas IMS, GC-IMS ja Py-GC-IMS, suudavad võtta proovid ja identifitseerida kõige lenduvamad CWA-d sekunditega (IMS) või BWA-d mõne minutiga (Py-GC-IMS), isegi madalate ppbV kontsentratsioonide korral, kuid ei suuda tuvastada väga väikeseid doose vähelenduvaid toksilisi neljanda põlvkonna CWAsid (nt Novitšokid) ega eristada bioloogilisi fragmente kahjututest ainetest. Nende lünkade ületamiseks on vaja välja töötada uued väga selektiivsed ja tundlikud detektorid, mille tuvastuspiirid jäävad pptV vahemikku ja mis töötavad kõrgetel temperatuuridel (> 200 °C), et vältida vähelenduvate komponentide kondenseerumist, on kõrge 2D-lahutusvõimega ning töökindlad analüütilised meetodid. TeChBioT eesmärk on töötada välja universaalne tuvastustehnoloogia, mis põhineb kõrgtemperatuurilisel (HT) ioonmobiilsus-spektromeetrial (IMS) koos valikulise gaasikromatograafilise eellahutusega (GC) ja pürolüüsiga (Py), mis võimaldaks kiiresti detekteerida ja identifitseerida mittelenduvaid bioloogilisi ja vähelenduvaid keemilisi aineid. Uuenduslik tehnoloogia on kombineeritud tehisintellekti (AI) ja süvaõppe (DL) mudelitega, et vähendada 2D-spektriandmete mõõtmelisust ning võimaldada eristada baktereid, seeni, viirusi, vähelenduvaid keemilisi ründeaineid ja toksilisi tööstuslikke ühendeid pptV kontsentratsioonidel, mis põhinevad nende ainulaadsel sõrmejäljel keerulises keskkonnas.