Teknisk kemi och reaktionsteknik – forskning och personal

Aktiviteterna i ämnet teknisk kemi startade 1920 då den Borgströmska professuren i kemisk teknologi etablerades vid kemisk-tekniska fakulteten (KTF). Idag har laboratoriet tre lärostolar i teknisk kemi och reaktionsteknik (TKR): kemisk teknologi, kemisk reaktionsteknik och kemisk processintensifiering. Det kemiska spektret i vår forskning är brett, men ändå starkt fokuserat: från reaktionsmekanismer till reaktorplanering, från grön kemi till grön processteknologi; det är verksamhetsidén för TKR.

Teknisk kemi och reaktionsteknik som hör till den hårda kärnan av kemi- och processteknik fokuserar på katalys, kemisk kinetik och kemisk reaktorteknologi. Det centrala elementet i vår forskningsverksamhet är processintensifiering (PI) genom utveckling av nya katalysatorer och nya kemiska reaktorer samt utnyttjande av icke-konventionella former av energi, speciellt ultraljud och mikrovågor. Kemiska reaktorer i mikro- och milliskala konstrueras för energisnåla, effektivare och selektivare processer. Nya strukturerade katalysatorer såsom fibrer, monoliter, fasta skum och 3D-printade katalysatorer utvecklas och används för processintensifiering. Dagens trend är att övergå från satsvisa processer till kontinuerlig drift; vi är bland de globala pionjärerna på detta område.

Användning av ultraljud och mikrovågsstrålning har resulterat i genombrott, speciellt i modifiering av kemiska komponenter som härstammar från biomassa, t.ex. hemicellulosor, lignin, terpenkomponenter och fettsyror. Utnyttjande och uppgradering av organiska molekyler med hjälp av katalys är kärnrområdet i vår forskning, speciellt hydrogenerering, oxidation, epoxidering och isomerisering av multifunktionella molekyler. Reaktionsprodukterna utnyttjas som fin- och specialkemikalier, komponenter i gröna bränslen samt som ingredienser farmaceutiska produkter och livsmedel. Ligninplattformen studeras aktivt, speciellt depolymering av lignin samt omvandling av produkterna till komponenter i flygbränslen. Biogenisk koldioxid utnyttjas som billig reagens för metaneringsprocessen och karbonering av epoxider.

På vattenreningens område pågår intensiv forskning i eliminering av skadliga läkemedelskomponenter från avloppsvatten. En unik demineraliseringsteknologi har utvecklats av våra forskare. Metoden baserad sig på kombinerad ozonering och heterogen katalys. Med detta förfarande kan delvis oxiderade mellanprodukter som bildas i ozoneringsprocessen fullständigt nedbrytas.

Vår starkt tvärvetenskapliga metodik kombinerar framgångsrikt experimentella aktiviteter med avancerad matematisk modellering av kemisk kinetik, transportprocesser och strömningsmekanik speciellt i flerfassystem. Nya teoretiska koncept har introducerats av våra vetenskapsidkare; som exempel kan nämnas bl.a. teorier om icke-ideala reaktiva ytor och partiellt konkurrerande adsorption samt modellering av strukturkänslig kinetik på heterogena katalysatorer. Mjukvara har utvecklats för komplexa flerfasreaktionssystem och reaktorer. Metodiken baserar sig på numerisk lösning av partiella differentialekvationer.

Utbildning och forskning är starkt kopplade i våra dagliga aktiviteter. Vi ger kurser på kandidatnivån (teknologie kandidat, TkK) och magisternivån (diplomingenjör, DI) i kemisk reaktionsteknik – homogena reaktorer, industriella reaktorer, avancerade reaktorsystem, heterogen katalys, kemisk process- och produktteknologi, samt kurser för doktorander i reaktionskinetik och datorstödd kemisk reaktionsteknik.

Laboratoriet är en aktiv partner i europeiska IMATEC (predgradual utbildning) och INNOLAB (postgradual utbildning) konsortier; målet är en förnyelse av universitetspedagogiken i kemiteknik. Studenter från hela världen är välkomna till det internationella diplomingenjörsprogrammet Sustainable Chemical and Process Engineering (Hållbar kemi- och processteknik). Flera grundämnesstuderande från Europeiska Unionen gör sin arbetspraktik på TKR inom ramen för Erasmus+++ utbytesprogrammet. Vi är en aktiv partner i Johan Gadolin Processkemiska Centret (PCC) inom Åbo Akademins profileringsområde samt i SmartBio-konsortiet för biorelaterad forskning. Miljön i laboratoriet är starkt internationell – ungefär 15 olika språk talas bland gruppens medlemmar från olika kontinenter.

Den årliga vetenskapliga produktionen av TKR omfattar typiskt ca 70 vetenskapliga artiklar i topjournaler i katalys, kemi och kemiteknik. Över 80 doktorsavhandlingar har försvarats i teknisk kemi och reaktionsteknik under de senaste 25 åren. Flera pris har under de senaste åren kommit till laboratoriets personal, bl.a. Magnus Ehrnrooth-priset, Kanslerspriset, Gadd-priset och Nobelpristagare A.I. Virtanens pris. Det europeiska samarbetet i doktorandutbildningen är vital, speciellt inom ramen för dubbelexamina med Universita di Napoli ’Federico II’, Universidad de Valladolid och Normandie Université INSA-Rouen.

Forskningspersonal

Laboratorieingenjör Kari Eränen, docent i utveckling av experimentella metoder i teknisk kemi och reaktionsteknik
Forskningsprofil och publikationer

Professor Henrik Grénman, kemisk processintensifiering, docent i teknisk kemi, främst fasta ämnens reaktivitet
Forskningsprofil och publikationer

Professor Jyri-Pekka Mikkola, teknisk kemi (deltid), hållbar utveckling,docent i organisk heterogen katalys, professor i teknisk kemi vid Umeå universitet
Forskningprofil och publikationer

Professor Dmitry Murzin, den Borgströmska professuren o kemisk teknologi, docent i kemisk kinetik, ämnesansvarig
Forskningsprofil och publikationer

Biträdande professor Päivi Mäki-Arvela, teknisk kemi, docent i kemisk teknologi
Forskningsprofil och publikatione r

Professor Tapio Salmi, kemisk reaktionsteknik, Università di Napoli ‘Federico II’
Forskningsprofil och publikationer

Äldre universitetslektor Johan Wärnå, kemisk reaktionsteknik, docent i modellering av kemiska reaktorer
Forskningsprofil och publikationer