 |
|
| Thesis topic proposal |
| |
Description of the research topic:
A kutatási téma ismertetése:
1/ A kiírt kutatási téma
A fenntartható fejlődés egyik kiemelt célterülete a tiszta és megfizethető energia biztosítása, amelyhez azon túl, hogy az energiatermelést a megújuló energiák használatára alapozzuk, a folyamatos és egyenletes energiaellátás menedzselése érdekében hatékony és hosszútávon fenntartható energetikai szervezetek kifejlesztése is szükséges, melyek energiatárolási kompetenciákkal is rendelkeznek.
A különféle, de napjainkban elsősorban lítium-ion (Li-ion) akkumulátorok felelős ártalmatlanítása és újrahasznosítása elengedhetetlen az akkumulátor-piac fenntarthatóságának elérése érdekében. Az elmúlt időszakban az akkumulátor-piac jelentős növekedésen ment keresztül, ami az elektromos autók egyre fokozódó elterjedésével a jövőben is folytatódik. Miközben a gyártás várhatóan a jobb minőségű és innovatívabb, alacsonyabb környezeti hatású akkumulátorok felé tolódik el, a kisebb gazdasági értékű, de környezetileg sokkal fenntarthatóbb anyagok újrahasznosítása új gazdasági kihívást fog jelenteni. Ezért egy körforgásos alapokra épülő, valóban fenntartható gazdaság kialakítása az elsődleges, amelyben az akkumulátorok gyártása és felhasználása a három R koncepció (Recovery, Reusing, Recycling – hulladékcsökkentés, újrafelhasználás és újrahasznosítás) valamint a különféle technológiák és szervezetek együttműködése mentén valósul meg. A koncepció érvényesítésének egyik hatékony módja lehet a Li-ion akkumulátorok nátrium-kén (NaS) akkumulátor-rendszerekkel történő kombinálása. A kifejezetten hálózati célokra kifejlesztett NaS akkumulátorok előnye, hogy hosszú kisütési idejű ún. energia-akkumulátorokként hosszú ideig képesek energiát szolgáltatni. Ezzel szemben a Li-ion akkumulátor rövid idő alatt nagy teljesítményt tud leadni. A két technológia előnyeit a berendezések együttes használatával és megfelelő menedzselésével lehetne elérni. Az újrahasznosítás oldaláról egy másik lehetséges megközelítési mód lehet az elöregedő Li-ion akkumulátorokból kinyert anyagok Na-ion cellákban történő újrafelhasználása, mint például használt FePO4 elektródok elöregedett Li-ion akkumulátorokból történő kinyerésé és azok újrafelhasználására nátrium-ion (Na-ion) cellákban. Mindezek eléréséhez azonban elengedhetetlen az akkumulátorokat érintő teljes körforgásos folyamat „menedzsment szemüvegen” keresztül történő áttekintése, az érintett szervezetek közötti „win-win szituációk” azonosítása.
A kutatás feladata a különféle szervezetek közti együttműködési lehetőségek megvizsgálása a körforgásos gazdasági modellben, valamint ezen rendszerek erőforrás-hasznosítási hatékonyságának összehasonlítása, továbbá a kombinált rendszerek és egyéb módszerek körforgásos gazdasági modellbe illeszkedő magyarországi alkalmazhatóságának vizsgálata.
2/ A kutatási téma aktualitása
Az utóbbi évtizedek során az emberiség energiafelhasználása folyamatos növekedést mutatott, amihez a növekvő egyéni energiafelhasználás és az ipari és egyéni energia felhasználók számának emelkedése is hozzájárult. Mindez számokkal kifejezve azt jelenti, hogy az elmúlt negyven évben az energiafelhasználás legalább 90%-kal emelkedett, amely 2050-ig várhatóan további 60%-os növekedést fog mutatni. Az energiaelőállítási igények fosszilis energiahordozókból történő kielégítése sem környezeti, sem pedig gazdasági, illetve társadalmi szempontból nem fenntartható. A jövő energiaellátását fenntartható, tiszta forrásból kell biztosítani, aminek a teljesítésére a megújuló energiaforrások használata jelenti a megoldást, ez viszont technológiai oldalról igényel újszerű megoldásokat.
A megújuló energia kapacitások növekedése, valamint az általuk időszakosan biztosított energiatermelés jelentős kihívást jelent ellátás-biztonsági szempontból a villamosenergia-hálózatok üzemeltetői számára. Az energiatermelésben tapasztalható ciklikusságok kiegyenlítése érdekében az energiatárolás területén egyre nagyobb igény keletkezik az innovatív és hatékony energiatárolási technológiákra és azok fejlesztésére, mivel a jelenleg rendelkezésünkre álló akkumulátor-rendszerek csak változó hatékonysággal képesek kielégíteni az energiatárolási igényeket.
Az akkumulátor piac folyamatos bővülése egyre sürgetőbbé teszi az egyes akkumulátor-rendszerek hatékonyságának növelését és a felhasznált erőforrások felelős és fenntartható hasznosításának előmozdítását, amelyet az elöregedő akkumulátorok újrafelhasználása és/vagy anyagukban történő újrahasznosítása tud biztosítani. Ehhez a műszaki és technológiai fejlesztések mellett olyan menedzsment megoldások kidolgozására van szükség, amelyek a különböző típusú akkumulátor-rendszerek előnyeit ötvözik az egyes szervezeteknél. Az akkumulátor-rendszerek menedzsment oldali racionalizálása az egyre erősödő piaci kényszerrel, illetve egyéb igényekkel kiegészülve együttesen biztosítja a hasonló rendszerek hálózatokba történő hatékony és sikeres szervezését, egyúttal azok hosszútávú és fenntartható használatát. További cél, hogy az elöregedő akkumulátorokban található anyagokat minél nagyobb arányban a körforgásban tartsuk, begyűjtésüket és újrahasznosításukat megszervezzük, ezért az ilyen irányú kutatásokra is kiemelt hangsúlyt kell fektetni.
Releváns publikációk a témakörben:
1. Chayambuka, K., Mulder, G., Danilov, D. L., & Notten, P. H. (2020). From Li‐Ion Batteries toward Na‐Ion Chemistries: Challenges and Opportunities. Advanced Energy Materials, 10(38), 2001310.
2. Gucciardi, E., Galceran, M., Bustinza, A., Bekaert, E., & Casas-Cabanas, M. (2021). Sustainable paths to a circular economy: reusing aged Li-ion FePO4 cathodes within Na-ion cells. Journal of Physics: Materials, 4(3), 034002.
3. Joseph, A., & Shahidehpour, M. (2006, June). Battery storage systems in electric power systems. In 2006 IEEE Power Engineering Society General Meeting (pp. 8-pp). IEEE.
4. Mossali, E., Picone, N., Gentilini, L., Rodrìguez, O., Pérez, J. M., & Colledani, M. (2020). Lithium-ion batteries towards circular economy: A literature review of opportunities and issues of recycling treatments. Journal of environmental management, 264, 110500.
5. Pagliaro, M., & Meneguzzo, F. (2019). Lithium battery reusing and recycling: A circular economy insight. Heliyon, 5(6), e01866.
6. Wanger, T. C. (2011). The Lithium future—resources, recycling, and the environment. Conservation Letters, 4(3), 202-206.
7. Wen, Z., Hu, Y., Wu, X., Han, J., & Gu, Z. (2013). Main challenges for high performance NAS battery: materials and interfaces. Advanced functional materials, 23(8), 1005-1018.
3/ A kutatási téma által generált legfontosabb vizsgálandó kérdések megfogalmazása.
A kutatás célja a NaS és Li-ion akkumulátorok együttműködésére épülő megoldás alkalmazhatóságának és hatékonyságának vizsgálata, illetve erőforrás-hatékonysági és erőforrás-felhasználási szempontból történő összehasonlítása (a) együttműködést vagy (b) elkülönült működést feltételezve az egyes szervezeteknél, továbbá a körfogásos gazdasági rendszerben való aktív részvétel vizsgálata.
• Milyen szerepe van a különféle akkumulátoroknak a körforgásban?
• Milyen hatékonysággal kombinálhatóak a NaS-Li-ion akkumulátorrendszerek?
• Milyen új problémák megoldására alkalmasak a NaS-Li-ion együttműködést tartalmazó szervezetek?
• Mik az akkumulátorokkal foglalkozó együttműködő szervezetek legnagyobb előnyei?
• Az együttműködés befolyásolja-e az akkumulátorok hasznos élettartamát?
• Milyen hátrányai lehetnek az együttműködésnek?
• Milyen üzleti modell kialakítása szükséges a NaS-Li-ion akkumulátorok együttműködését tartalmazó szervezetek elterjedéséhez?
A kutatás várható eredménye:
Az energiatárolásban érintett szervezetek gyakorlatban is alkalmazható, nagy hatékonyságú, együttműködő modelljének kidolgozása.
A kutatás kereteiben azonosításra kerülnek a környezeti és gazdasági szempontból előnyös, leginkább erőforrás-hatékony megoldások, amelyek piaci szinten is megfelelően integrálhatóak a körforgásos gazdasági modellben. Ennek részeként egy olyan modell megalkotására kerül sor, amely az említett hatékonysági szempontoknak megfelelően alkalmas az energiatárolásban érintett szervezetek megfelelő együttműködésének biztosítására. Ezen túlmenően olyan akkumulátor újrafelhasználási és újrahasznosítási folyamatok kerülnek elemzésre, amelyek a körforgásos gazdasági modellbe illeszkednek.
A kutatás eredménye jelentősen hozzájárulhat az energiatárolás hatékonyságának növeléséhez és a kapcsolódó kihívások kezeléséhez. A megújuló energia tárolási kapacitásának növekedésével párhuzamosan a tiszta és megfizethető energiához történő hozzáférés is egyre több ember számára válik elérhetővé, ezáltal képesek lehetünk a folyamatosan növekvő egyéni energiaigényeket fenntartható módon kielégíteni.
Az akkumulátor-rendszerek hatékony és fenntartható kezelése és hasznosítása jelentősen hozzájárul a különböző fenntarthatósági, energia és klímacélok eléréséhez.
4/ A vizsgálat lehetséges adatbázisának bemutatása:
• A kutatás az MVM Balance, Energiatudományi Kutatóközpont, és a Hunatom által indított TESSERACT projektre alapoz, mely során 2MW + 0,2MW NaS, valamint 8-10MW Li-ion akkumulátorok kerülnek telepítésre és virtuálisan összekapcsolásra. Fontos megjegyezni, hogy az egyes energiatároló egységek fizikailag különböző helyszíneken valósulnak meg, viszont a virtuális összekapcsolás következtében a különféle szervezeteknek „win-win szabályoknak” megfelelő működést kell kialakítaniuk.
5/ A témavezető szakterületre (nem feltétlenül a vizsgált kutatási témakörre) vonatkozó (max. 5 legfontosabb) publikációi:
Dr. habil Pintér Gábor:
1. Pintér, Gábor ; Zsiborács, Henrik ; Hegedűsné Baranyai, Nóra ; Vincze, András ; Birkner, Zoltán: The Economic and Geographical Aspects of the Status of Small-Scale Photovoltaic Systems in Hungary—A Case Study, ENERGIES 13 : 13 p. 3489 (2020)
2. Zsiborács, Henrik ; Baranyai, Nóra Hegedűsné ; Vincze, András ; Zentkó, László ; Birkner, Zoltán ; Máté, Kinga ; Pintér, Gábor, Intermittent Renewable Energy Sources: The Role of Energy Storage in the European Power System of 2040, ELECTRONICS 8 : 7 Paper: 729 , 18 p. (2019)
3. Zsiborács, Henrik ; Hegedűsné Baranyai, Nóra ; Zentkó, László ; Mórocz, Adrián ; Pócs, István ; Máté, Kinga ; Pintér, Gábor: Electricity Market Challenges of Photovoltaic and Energy Storage Technologies in the European Union: Regulatory Challenges and Responses, APPLIED SCIENCES-BASEL 10 : 4 p. 1472 , 26 p. (2020)
4. Henrik, Zsiborács ; Béla, Pályi ; Gábor, Pintér ; József, Popp ; Péter, Balogh ; Zoltán, Gabnai ; Károly, Pető ; István, Farkas ; Nóra, Hegedűsné Baranyai ; Attila, Bai, Technical-economic study of cooled crystalline solar modules, SOLAR ENERGY 140 pp. 227-235. , 9 p. (2016)
5. Gábor, Pintér ; Nóra, Hegedűsné Baranyai ; Alec, Wiliams ; Henrik, Zsiborács: Study of Photovoltaics and LED Energy Efficiency: Case Study in Hungary, ENERGIES 11 : 4 Paper: 790 , 13 p. (2018)
Dr. Rodek Nóra:
1. Marton Zsuzsanna; Ernszt Ildikó; Rodek Nóra; Máhr Tivadar: Hope and responsibility vested in younger generations: the case of Hungary, INTERDISCIPLINARY DESCRIPTION OF COMPLEX SYSTEMS (1334-4684 1334-4676): 18 2 pp 286-298 (2020)
2. Máhr Tivadar; Birkner Zoltán; Berkesné Rodek Nóra: Soundness and sustainability research in the regional and settlement development programmes (2014-2020), INTERDISCIPLINARY DESCRIPTION OF COMPLEX SYSTEMS (1334-4684 1334-4676): 16. 2 pp 289-301 (2018)
3. Berkesné, Rodek Nóra: CSR EMAT is an Opportunity for Responsible Decision-Making, NASE GOSPODARSTVO / OUR ECONOMY 63 : 3 pp. 37-46., 10 p. (2017)
4. Birkner, Zoltán; Máhr, Tivadar; Berkes, Rodek Nóra: Changes in Responsibilities and Tasks of Universities in Regional Innovation Ecosystems, NASE GOSPODARSTVO / OUR ECONOMY 63: 2 pp. 15-21. Paper: o, 7 p. (2017)
5. Birkner, Zoltán; Máhr, Tivadar; Péter, Erzsébet; Berkesné, Rodek Nóra: Characteristics of Innovation in Regions with Small- and Medium- Sized Towns, NASE GOSPODARSTVO / OUR ECONOMY 64.: 2. pp. 34.-42., 9 p. (2018)
6. Baranyai NH, Zsiborács H, Vincze A, Rodek N, Makai M, Pintér G. Relationships between the Number and Power of Hungarian Household-Sized Photovoltaic Power Plants and Selected Indicators of the Settlements: A Case Study. Processes. (2021)
7. Hegedűsné Baranyai N, Zsiborács H, Vincze A, Rodek N, Makai M, Pintér G. Correlation Analysis of the Spread of Household-Sized Photovoltaic Power Plants and Various District Indicators: A Case Study. Sustainability. (2021)
6/ A témakörben publikációkat közlő (max. 5) legfontosabb hazai és nemzetközi folyóiratok megnevezése, azok A-D, Q1-Q4 besorolása
Energies, Q2,
Sustainability Q2,
Applied Sciences, Q1
Energiagazdálkodás (BME), A/B
Renewable & Sustainable Energy Reviews D1
Required language skills: angol
Number of students who can be accepted: 1
Deadline for application: 2021-08-31 |
|
|
|
|
Login
