Reakciókinetikai kutatások a TTK-n
Turányi Tamás Polányi-díjas kémikussal, az ELTE Kémiai Intézetének egyetemi tanárával az „Európai Léptékkel a Tudásért, ELTE” kutatóegyetemi projektjében végzett kutatásairól beszélgettünk. Ez a projekt az oktatói-kutatói munka fejlesztését és az ipari felhasználás területeit is érinti.
A kémiai anyagok reagálásakor a legritkább eset az, hogy közvetlenül végtermékek keletkeznek. Általában először köztitermékek jönnek létre, amelyek újabb reakciókban vesznek részt, így akár több ezer reakció után kapjuk csak meg a végtermékeket. A részletes reakciómechanizmusok tartalmazzák a reakciólépések kémiai egyenletét és a reakciólépések sebességét a reakció körülményei alapján számító függvényeket. Ilyen részletes reakciómechanizmusokat használnak az égések leírásakor, a légkörkémiában vagy éppen a gyógyszerkutatások során. A reakciólépések sebességét számító függvények együttesen több ezer paramétert tartalmaznak. Ezeket a paramétereket sok ezer kutató, több évtizedes munkával határozta meg, ezért úgy tekinthetünk a reakciómechanizmusokra, mint a kémia egyes területein tudásunk összefoglalóira.
– A jelenlegi kutatóegyetemi pályázatban milyen kutatásokat végez kutatócsoportjával?
A Nagy rendszerek a természettudományokban és számítógépes szimulációjuk alprojektben veszünk részt, amely a Természettudományi- és a Társadalomtudományi Karokon valósul meg. A három kémiai kutatócsoport közül a mi elemi projektünk (Reakciókinetikai szimulációk nagyméretű reakciómechanizmusokkal gyorsan és pontosan) a reakciókinetikával foglalkozik. Vizsgálataink a részletes reakciómechanizmusok számítási eredményei bizonytalanságának elemzésére, a reakciókinetikai modellek javítására és redukálására irányulnak. Irodalmi mérési adatokat dolgozunk fel és adatbázisokat hozunk létre. Munkánk során pontosítjuk a modellek paramétereit és igyekszünk kijavítani a modellek hibáit. Az a célunk, hogy egy olyan általános módszert dolgozzunk ki, amelynek segítségével pontosabb reakciókinetikai modelleket tudunk előállítani illetve jobban meg tudjuk majd ismerni a szimulációk során fellépő bizonytalansági tényezőket. A reakciómechanizmusok akkor igazán hasznosak, ha ipari modellekben is fel tudjuk azokat használni. Ehhez az is szükséges, hogy a szimulációkat gyorsan el tudjuk végezni. Az elmúlt években kidolgoztunk olyan módszereket, amelyek segítségével a számítási sebességet akár százszorosra tudtuk növelni.
Nagyon korszerű tudományágról van szó, hiszen a reakciómechanizmusokat széles körben használják a tudományos alapkutatásban és az ipari gyakorlatban. A földgáz égéséhez kapcsolódóan a kutatóknak sikerült elérniük, hogy az elmúlt 10–15 évben az erőművek szennyezőanyag-kibocsátása a korábbi értékek töredékére essen vissza. Az autómotorok üzemanyag-fogyasztásának drasztikus csökkenéséhez is hozzájárult az üzemanyagok égési mechanizmusának megismerése. Az égési reakciómechanizmusok kutatásának eredményei így a környezetvédelmet és az energiafelhasználást érintően széles körben jelentkeznek.
– A projekt során az ún. OPTIMA-programcsomagot is fejlesztik. Milyen programrendszerről van szó?
A reakciókinetikai mérések eredményei nagyon sokfélék lehetnek. Egy olyan program fejlesztésén dolgozunk, amely tetszőleges típusú és nagyszámú mérési adatot tud egyszerre kezelni. Ez minőségi ugrást fog jelenteni pontos, gyakorlatban jól használható modellek felépítésénél.
– Modelljeik a nemzetközi tudományos életben milyen módon jelennek meg?
Hosszú ideje intenzíven együttműködünk a leeds-i egyetemmel, amely az angliai égés- és légkörkémiai kutatások egyik központja, a kutatóegyetemi pályázatnak köszönhetően az intézményből vendégoktatókat tudunk fogadni. Az első ilyen látogatásra 2011 májusában kerül sor, amikor Prof. M. J. Pilling – aki az ELTE tiszteletbeli doktora is – érkezik a Természettudományi Karra. Az intenzív személyes együttlét gyorsítja majd a közös kutatásokat és ez nagyban segíti a munkánkat. A Pilling professzorral folytatott konzultációkból hallgatóink is sokat profitálhatnak.
– Milyen lehetőségeket rejt magában a kutatóegyetemi projekt?
A projekt óriási előrelépést jelent. A jelenleg teljes erővel haladó munkáinkat évek óta terveztük, azonban nem volt hozzá emberi erőforrás. A projekt lehetővé tette, hogy új tudományos munkatársak – Cserháti Mátyás és Nagy Tibor – kapcsolódhattak be a Zsély István Gyulával közösen végzett kutatásokba. Eredményeinket folyamatosan megismertetjük hallgatóinkkal, akik így a legmodernebb mechanizmusvizsgáló módszerekkel találkozhatnak a kurzusokon. A hallgatók TDK-munkáik során a világon élenjáró módszerekkel foglalkozhatnak. A projektben Sedyó Inez vegyész MSc és Varga Tamás kémia BSc hallgató is részt vesz. Az ipari felhasználást illetően nyugat-európai és észak-amerikai vállalatok is érdeklődnek kutatásaink iránt, így együttműködésekre is számítunk. Bízom benne, hogy jövő év májusára létrejönnek a tervezett adatbázisaink és kipróbált reakciókinetikai modelljeink lesznek. A jelenlegi projekt így nagyon erős megalapozását fogja jelenteni a következő évek kutatásainak.