Projektid

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.

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.

Taristu koondab endasse keemilise sünteesi ning keemia- ja biotehnoloogia alase võimekuse Eestis. Selle põhiliseks eesmärgiks on uute jätkusuutlike ja keskkonnasõbralike sünteesimeetodite, nagu mehhanosüntees, voolukeemia, elektrokeemia, fotokeemia, organokatalüüs, väljatöötamine ja tehnologiseerimine. Uute keemiliste meetodite (ensüümide, ioonsete vedelike ja metall-orgaaniliste võrgustike kasutamine) loob uued võimalused keerukate looduslike ühendite ja nende derivaatide saamiseks. Uute meetodite ja materjalide jätkusuutlikkuse tagamiseks viiakse läbi nende ohutusuuringuid. Taristu ühine kasutamine algatab uusi interdistsiplinaarseid projekte ja loob eeldused innovatsiooniks ja koostööks teadusmahukate ettevõtetega.Taristu kasutamise kaasamine kõrghariduse kõigis astmetes, mikrokraadide programmides ja täiendõppes tagab järjepidevuse teaduse vallas ja kvalifitseeritud järelkasvu ettevõtluses.

Bioressursside tõhus kasutamine on hädavajalik kestliku ja süsinikuneutraalse ühiskonna saavutamiseks. Projekt AGRI-WASTE2H2 keskendub põhust saadud tselluloosile – rikkalikule, kuid alakasutatud põllumajandussaadusele – mida kasutatakse lähtematerjalina elektrokeemilises protsessis. See protsess on kohandatud rohelise vesiniku tootmise tõhususe parandamiseks, tarbides oluliselt vähem energiat kui tavaline vee elektrolüüs. Samal ajal toodab protsess väärtuslikke keemilisi ühendeid ja materjale. AGRI-WASTE2H2 põhineb kolme Põhja- ja Baltimaa – Soome, Rootsi ja Eesti – teadlaste kompetentsil. Sünteetilise voolukeemia uurimisrühm Tallinna Tehnikaülikoolis keskendub tselluloosi elektrokeemilise oksüdatsiooni üleviimisele voolurežiimi, eesmärgiga saavutada kõrgem efektiivsus ja saagis. Protsessi mastabiseerimine voolurežiimis on võtmetähtsusega samm edukaks tööstuslikuks rakendamiseks. AGRI-WASTE2H2 kasutab Põhja- ja Baltimaade piirkonna taastuvenergia ja põllumajanduslike kõrvalsaaduste rohkusest tulenevaid võimalusi kütuse ja kemikaalide tootmiseks, aidates vähendada piirkonna sõltuvust fossiilsetest lähtematerjalidest. Seeläbi loob projekt võimalusi CO2 heitmete vähendamiseks ja piirkondliku sõltumatuse suurendamiseks, edendades samal ajal uute roheliste tööstusharude kasvu, millest saavad eriti kasu maapiirkonnad. Kolme Põhja- ja Baltimaade riigi teadlaste koostöö võimaldab saavutada tulemusi, mida üksikpartner iseseisvalt ei suudaks ning edendab piirkondlikku mobiilsust ja uusi koostöövõimalusi. Kasutades oma erialaseid teadmisi, on meie eesmärk edendada innovatsiooni, mis on kohandatud piirkonna vajaduste ja tugevustega.

Orgaaniline elektrokeemia muudab tänapäevast sünteesi, pakkudes rohelisi ja tõhusaid meetodeid, mis asendavad toksilisi reagente elektriga. Elektrokeemia pidevas voolus lahendab batch-keemia probleeme nagu soojus- ja massülekanne ja mastabeeritavus, mille tulemusel on võimalik reprodutseerida laboriskaalas saadud tulemusi ka tööstuses. Selle projekti eesmärk on alküül- ja fluoroalküül-hüpervalentset joodi sisaldavate reagentide jätkusuutlik süntees elektrokeemilise voolukeemia abil. Traditsiooniliselt genereeritakse selliseid reagente kasutades stöhhiomeetrilisi oksüdante, mis põhjustavad kahjulike jäätmete tekke ja probleeme eraldamisega. Elektrokeemilise lähenemise abil on võimalik sünteesida ebastabiilseid alifaatseid jodaane puhtalt ning kasutada neid stereoselektiivses α-alküleerimise, amineerimise ning (radio)fluoreerimise ja fluoroalküleerimise reaktsioonides. See töö on kooskõlas Euroopa roheleppega, edendades rohelist keemiat ja innovatsiooni jätkusuutlikus katalüüsis.

Kaasaegse ühiskonna areng meditsiinis, põllumajanduses ja materjaliteaduses tugineb uute molekulide loomisele, kuid ohutute ja jätkusuutlike sünteesistrateegiate väljatöötamine on jätkuvalt väljakutse. Lämmastikku sisaldavad heterotsüklid on eriti olulised, kuna neid leidub paljudes ravimites ja looduslikes ühendites. Haloasiridiinid on olulised vaheühendid mitmesuguste lämmastikku sisaldavate heterotsüklite sünteesil tänu nende ainulaadsele reaktiivsusele tsükli avanemise ja siirdemetallkatalüüsitud reaktsioonides. FlowHalAzi projekti eesmärk on skaleeritavate strateegiate arendamine halogeenfunktsionaliseeritud asiriidiinide sünteesiks. Projektis kasutatakse tsingi poolt vahendatud fotokeemilisi ja elektrokeemilisi meetodeid halokarbeenide ja -karbenoidide genereerimiseks CHX₃ või CRX₃ eelühenditest, mis kaasatakse seejärel mitmekomponentsetesse reaktsioonidesse. Reaktsioonide läbiviimine pideva voolus võimaldab nende täpsemat kontrollimist ning hõlbustab skaleerimist.

Käesolev projekti eesmärgiks on kasutada voolukeemiat, et arendada uuenduslikke sünteesimeetodeid N-heterotsüklite selektiivseks osaliseks hüdro- ja dehüdrogeenimiseks. N-heterotsüklid on meditsiinilises keemias olulised struktuurielemendid, mis on paljude ravimite ja bioloogiliselt aktiivsete ühendite struktuuri aluseks. Kasutades pideva voolu süsteemide pakutavaid täpseid kontrolli- ja seadistusvõimalusi, püüame genereerida ja kinni püüda reaktiivseid vaheühendeid, mida on traditsioonilise batch-keemia abil keeruline saada. Tekkinud vaheühendeid kasutatakse edasistes muundumistes, muuhulgas metallkatalüüsis ja elektrokeemilises aktivatsioonis eesmärgiga saada keerulisi kontrollitud stereokeemiaga heterotsüklilisi ühendeid.

Projekti LEAF-eOS eesmärk on arendada „sünteetilise fotosünteesi“ platvorm, mis kombineerib valguse ja elektri jätkusuutlikuks ning skaleeritavaks kemikaalide tootmiseks. See võimaldab taastuvast lähtematerjalist (CO₂/biomass) toota ravimeid, peenkemikaale ja materjale pehmetes ning ohututes reaktsioonitingimustes, pakkudes keskkonnasõbralikumat alternatiivi tavapärastele energiamahukatele protsessidele. Elektrokeemia ja fotokatalüüsi modulaarne integreerimine võimaldab luua uusi reaktsiooniteid, parandab efektiivsust ja selektiivsust ning vähendab jäätmete teket ja energiavajadust. Projekt arendab multifunktsionaalseid hübriidkatalüsaatoreid (CN–COF/MOF–PNs) ning optimeeritud katalüsaator–valgus–elektrood süsteeme, mis on integreeritud voolureaktorite ja reaalajas monitooringuga. See võimaldab skaleeritavat sünteesi väikese keskkonnajalajäljega, olles kooskõlas kestliku arengu eesmärkidega SDG-7 ja SDG-13.

Asümmeetriline katalüüs mängib üht tähtsaimat rolli kaasaegses orgaanilises keemias võimaldades sünteesida bioloogiliselt aktiivseid ühendeid ja ravimeid. Organokatalüüsi liitmine elektrokeemiaga annab uued võimalused asümmeetriliste muundumiste läbiviimiseks lisaks klassikalisele termokeemilisele aktivatsioonile. Selles jätkusuutlikus lähenemises kasutakse ohutuid organokatalüsaatoreid kiraalsuse sisseviimiseks ning elektrone kui jäljetuid ja rohelisi reagente, et genereerida kõrge reaktiivsusega radikaalseid osakesi pehmetes reaktsioonitingimustes vältides toksiliste ja kallite redokskemikaalide kasutamist. Selliste muundumiste efektiivsust ja usaldusväärsust saab tõsta viies reaktsiooni läbi pidevas voolus. See projekt on näide eesliini teadusest, mis kombineerib omavahel erinevad orgaanilise sünteesi uurimisvaldkonnad ja keemiatehnoloogia, mida saab potentsiaalselt kasutada uute ja tõhusate elupäästvate ravimite arendamiseks.