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.

Euroopa Liit on algatanud mitmeid roheleppega seotud algatusi, et säilitada elu Maal ja parandada selle kvaliteeti, sealhulgas nullsaaste tegevuskava (Zero Pollution Action Plan), talust taldrikuni strateegia (Farm to Fork) ja roheleppe tööstusplaan (Green Deal Industrial Plan). Kõik need algatused vajavad olulist innovatsiooni, mis põhineb uutel teadmistel ja oskustel – teadusuuringutel, koolitustel ja haridusel. Samuti eeldavad need tööstuse kohanemist, ühiskonna kaasamist ning tarku regulatsioone – see on globaalne väljakutse. Veelgi enam, rohepööre vajab suurel hulgal spetsialiste, kes suudaksid neid muutusi ellu viia. Seega projekti „Kestliku tuleviku innovaatiline keemia ja biotehnoloogia“ (INNOCHEMBIO) eesmärk on koolitada tulevasi jätkusuutliku keemia ja biotehnoloogia eksperte, kes aitavad Euroopal astuda järgmised sammud rohepöörde elluviimisel. Projekti raames koolitatud spetsialistid ja nende poolt loodud lahendused aitavad vähendada keemia- ja põllumajandussektori keskkonnamõjusid, arendada keskkonnasõbralikke analüüsimeetodeid ning hinnata uute materjalide ohutust. Seda kõike tehakse interdistsiplinaarsete uurimisprojektide kaudu rahvusvahelises teaduskeskkonnas, koostöös tööstuse, avaliku sektori ja ühiskonnaga, nelikheeliksi (quadruple helix) põhimõttel põhineva koolitusprogrammi kaudu. Tulemusena ei ole INNOCHEMBIO lõpetajad mitte ainult oma ala tippeksperdid, vaid ka valdkonna eestvedajad ja suunanäitajad. Läbimõeldud karjääriplaneerimine tagab oskusliku tööjõu kõigis neljas sektoris. INNOCHEMBIO on rahvusvaheline konsortsium, mida juhib TalTech – ülikool, millel on üle 100 aasta pikkune kogemus keemia ja biotehnoloogia alases teadus- ja õppetöös. Projekti eesmärkide saavutamiseks värvatakse kuni kahes voorus 15 doktoranti, kelle õpingud kestavad 48 kuud. Selle aja jooksul saavad doktorandid erialast koolitust nii Eestis kui ka välismaal: töötades oma uurimisprojektiga, osaledes TalTechi ja partnerasutuste pakutavatel laiapõhjalistel kursustel ning saades praktilise töökogemuse erasektoris.

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.

AKKI koondab nelja partneri – Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi ning Eesti Keskkonnauuringute Keskuse – kõrgetasemelist analüütiliste instrumentide taristut, eesmärgiga võimaldada selle aparatuuri ulatuslikku kasutust ettevõtete ja avaliku sektori poolt, muuhulgas selleks, et saavutada TAIE ja Eesti 2035 eesmärke. Taristusse kuulub kolm hajutatud tuumiklaborit – Bio-, keskkonna ja toiduarenduse; Materjali ja struktuuranalüüsi; Tööstus- ja rakenduskeemia tuumiklaborid – mis koondavad AKKI partnerite aparatuuri ja oskusteavet. Tuumiklaborid tegelevad tipptasemel keemiliste analüüside pakkumisega, uute analüüsimetoodikate arendamisega, keemiliste analüüside kvaliteedi tagamisega teadus-, järelevalve- ja tööstuslaborites ning erialase koolitamisega. Teadustaristu on kaasatud õppe- ning teadustegevusse, esindab Eestit rahvusvahelistes organisatsioonides (Eurachem, Euramet) ning osaleb arvukates rahvusvahelistes projektides.

Projekti fookuses on Eestisse tarnitavate, ja potentsiaalselt tarnitavatest, maakide rikastamise vaheproduktidest ja kasutatud magnetitest kasulike komponentide eraldamise tehnoloogiate arendamine ning saadud produktide väärindamine. Eraldamistehnoloogiate välja töötamisel lähtutakse parimatest võimalikest toorainete, vaheühendite ning produktide iseloomustamise meetoditest, muuhulgas suunatakse separeerimist metall-organiliste kompleksite selektiivse tekke kaudu vedelik-assisteeritud mehhanokeemilisi protsesse eelistades ning ring- ja rohekeemia põhimõtteid järgides. Projekti eesmärkideks on a) maakide ja nende rikastatud vaheproduktide ning magnetite taaskasutusest tekkivate ja metalle sisaldavate proovide analüüs; b) Haruldaste muldmetallide separeerimistehnoloogiate arendamine ja nende väärindamine: mehhanokeemiliste meetodite ja metall-orgaaniliste komplekside rakendamine; c) väljatöötatavate protsesside jätkusuutlikkuse hindamine rohelise keemia meetrika abil.

EML koondab nelja partneri – Tartu Ülikooli, Tallinna Tehnikaülikooli, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudi ning Metroserdi – kõrgetasemelist magnetismi ja elektromagnetismi mõistmise ja rakendamise taristut, võimaldades selle ekspertiisi ja teadmise ulatuslikku kasutust ettevõtete ja avaliku sektori poolt, saavutamaks eelkõige TAIE ja Eesti 2035 eesmärke. EML partnerid on NEO Sillamäe ja Narva tehased. EML hõlmab kolme hajutatud tuumiklaborit – Magnetite ja magnetmaterjalid, Haruldaste elementide taaskasutus ja Elektromagnetismi rakendused – mis koondavad EML partnerite mitmekülgset oskusteavet. Tuumiklaborid tegelevad tipptasemel elektromagnetilise ekspertiisi pakkumisega, analüüsimetoodikate arendamisega, magnetiliste analüüside pakkumisega teadus- ja tööstuslaborites ning erialase koolitamisega. Teadustaristu on kaasatud õppe- ning teadustegevusse, esindab Eestit rahvusvahelistes organisatsioonides (EMA, EMFL, NHMFL, COST) ning osaleb arvukates rahvusvahelistes projektides.

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.

Käesolevas projektis lahendavad TTÜ, KBFI ja Sisekaitseakadeemia Päästekolledž koos ettevõtetega Neo Perfomance Materials Silmet ja TSR Innovation, ettevõtete poolt püstitatud kolme väljakutset. Esiteks, uute, jätkusuutlikumate ja mehhaanokeemiliste tehnoloogiate väljatöötamine haruldaste muldmetallide ühendite tootmiseks sekundaarsetest ressurssidest, näiteks REE oksiididest, karbonaatidest või kloriididest. Teiseks, mehhanokeemiliselt võimendatud tahke–vedel ja vedel–vedel ekstraheerimis‑ ja lahutamisprotsesside arendamine supramolekulaarse keemia abil, luues muuhulgas ekstraktsiooniprotsesside mudeleid. Kolmandaks, tehnoloogiliste riskide hindamine ja keemiapääste operatiivreageerijate tegutsemisprotokollide väljatöötamine õnnetuste riski vähendamiseks ning ohutuse suurendamiseks haruldasi muldmetalle töötlevas keemiatööstuses. Projekti tulemusena toimub keemiatehnoloogiate tööstussiire, mis aitab tõsta Eesti keemiatööstuse rakenduspotensiaali Euroopas ja laiemalt.

Käeliste molekulide tuvastamine ja enantiomeeride eraldamine on oluline keskkonna seire, agrokeemia ja ravimite disaini vaatevinklist. Hemikukurituriilid on selleks väga sobilikud, sest neid saab suunatult sünteesida kombineerides erinevaid monomeere ühe-etapilises mehanokeemilises reaktsioonis. Selles jätkusuutlikus protsessis tekitatakse vähem jääke lahusteid vältides ning ise-organiseerumine on võimendatud tänu tahke faasi reaktsioonile. Käesolevas projektis uuritakse hemikukurbituriilide ise-organiseerumise fundamentaalseid aluseid ning rakendatakse neid uute supramolekulaarsete süsteemide loomisel, selleks et käeliste ühendeid tuvastada ja eraldada, aga ka saasteainete korral keemilise muundamise abil väärindada. Katseliste ja arvutuskeemia tulemuste abil luuakse ennustusmeetod uute analüütide tuvastamiskes sobivate omadustega makrotsüklite sünteesiks. Tulemused peaksid huvi pakkuma teadlastele ja rakendajatele, kes kasutavad, toodavad või tuvastavad käelisi ühendeid.

NdFeB, kõige tugevamad ja suurima „energiatihedusega“ püsimagnetid, leiavad kasutust nii roheenergia tootmisel tuulegeneraatorites kui elektriautodes. NdFeB tehnoloogia on võrreldav liitiumakude tehnoloogiaga: mõlemad on võtmetähtsusega, nõuavad piiratud maavarade kaevandamist, taaskasutus on keerukas. NdFeB taaskasutus vähendaks EU sõltuvust Hiinast, on võrreldes kaevandamisega säästlikum ning väiksema CO2 jalajäljega. Projekt keskendub paagutatud ("sintered") NdFeB taaskasutuse arendamisele. Keskendume NdFeB magnetite vesinik dekrepiteerimise ja HDDR tehnoloogiatele, kuid uurime ka alternatiive. Tehnoloogilise protsessi sisend on ringlusest kogutud NdFeB ja väljund NdFeB vaheprodukt, mida on võimalik kasutada paagutatud, seotud („bonded“), ALD kaetud, või 3D prinditud NdFeB tööstuslikus, skaleeritavas tootmispotsessis. Narvas on ehitamisel EU suurim NdFeB tehas. Projektis arendatavad meetodid aitavad parendada olemasolevaid ja leida uusi seal kasutatavaid ringmajanduslikke protsesse.

CO2 kontsentratsiooni vähendamine atmosfääris on inimkonna üks kriitilisemaid probleeme. Efektiivse lõhustamistehnoloogia olemasolu korral võiks CO2-st samas saada väärtuslik resurss. Üks võimalik tehnoloogia selleks on CO2 sidumine ja elektrokeemiline lõhustamine sulasoolade segudes, kus CO2 muundatakse tahkeks süsinikuks ning gaasiliseks hapnikuks. Käesoleva projekti eesmärgiks on uurida protsesse selles tehnoloogias, et luua tehnoloogiast tervikuna parem arusaam, aga ennekõike võimalikke rakendusmeetodeid. Protsessi süsinikprodukti väärindamine komponendina nutikates ja kestlikkes energiatehnoloogiates nagu kütuseelemendid, akud ja superkondensaatorid selle projekti käigus võimaldab ühelt poolt luua ajendi juba olemasoleva CO2 sidumiseks ning teiselt poolt vähendada tulevikus atmosfääri paisatava CO2 hulka. Produktide CO2 ekvivalendi madalal hoidmiseks keskendutakse ka rohekeemia printsiipide mõju uurimisele ja nende rakendamisele CO2 elektrolüüsi tehnoloogias.

Fotodünaamiline teraapia (PDT) on kliiniliselt väljakujunenud vähiravi meetod, kuid selle kasutamist piirab singletse hapniku (¹O₂) tekke ebapiisav kontroll, mis põhjustab sihtmärgivälist toksilisust ja pikaajalist valgustundlikkust. Projekt Programmeeritavad molekulaarsüsteemid hapnikusisalduse kontrollimiseks (PMSOC) pakub uudse kaheastmeliselt juhitava PDT platvormi, mis ühendab porfüriinil põhineva fotosensibilisaatori, valgusega juhitava molekulaarse mootori ja pH-tundliku sideme. Süsteem võimaldab kontrollitud ¹O₂ teket triplet–triplet energiaülekande kaudu ning sisaldab endoperoksiidi püüdurit hapniku hilistatud vabastamiseks. Nõudes aktiveerumiseks nii valgust kui ka happelist kasvaja mikrokeskkonda, loob PMSOC loogikaväraval põhineva lähenemise PDT-le. Projekti käigus arendatakse ja hinnatakse neid fotosüsteeme, luues raamistiku ruumilis-ajaliselt kontrollitud fotomeditsiinile parema täpsuse ja väiksemate kõrvaltoimetega ning võimalike rakendustega katalüüsis.