Grupul 2. Energia Regenerabilă și Protecția Mediului

Cercetare avansată în domeniul nanomaterialelor funcționale pentru mediu, energie și life science

Laboratorul de Nanomateriale din cadrul ICSI Analytics desfășoară activități de cercetare avansată în domeniul materialelor micro- și nanostructurate, dezvoltând soluții inovatoare pentru protecția mediului, energie regenerabilă, științele vieții (life science) și valorificarea durabilă a resurselor.

Expertiza laboratorului acoperă întregul lanț de dezvoltare al nanomaterialelor: sinteză, funcționalizare, caracterizare fizico-chimică și evaluare aplicațională, cu accent pe materiale mezoporoase pe bază de silice, materiale oxidice, materiale carbonice și sisteme compozite avansate.

Prin integrarea principiilor chimiei verzi și ale economiei circulare, laboratorul contribuie la dezvoltarea de tehnologii sustenabile cu impact strategic la nivel național și internațional.

Domenii principale de expertiză

1. Sinteza și funcționalizarea materialelor mezoporoase

Laboratorul dezvoltă materiale mezoporoase pe bază de silice și oxizi metalici, cu proprietăți structural-funcționale controlate, obținute prin:

• sinteză dirijată și control morfologic;
• modificare post-sinteză;
• funcționalizare cu grupări organice, bioactive sau metalice;
• imobilizarea catalizatorilor pe suporturi nanostructurate.

Aceste materiale sunt utilizate în cataliză heterogenă, fotocataliză și procese de chimie verde, contribuind la creșterea eficienței și selectivității reacțiilor chimice.

2. Nanomateriale pentru protecția mediului și depoluare

Laboratorul dezvoltă nanomateriale adsorbante și catalitice destinate remedierei ecosistemelor afectate de poluare.

Direcții de aplicare:

• oxidarea avansată a poluanților organici;
• tratarea fotocatalitică a apelor uzate;
• eliminarea contaminanților anorganici (metale grele) din aer și apă;
• conversia gazelor cu efect de seră;
• captarea și stocarea CO₂;
• reciclarea și valorificarea deșeurilor solide.

Prin utilizarea nanomaterialelor funcționale, sunt dezvoltate soluții eficiente pentru reducerea impactului poluării asupra mediului.

3. Materiale pentru separare și purificare

Laboratorul proiectează și testează materiale selective pentru procese de separare și purificare a gazelor și lichidelor, inclusiv:

• site moleculare carbonice;
• cărbuni activați;
• materiale zeolitice;
• alumină, silice, ceramică și sticlă;
• compozite metal/carbon, metal/zeolit și metal/ceramică;
• membrane selective pentru aplicații industriale.

Aceste materiale contribuie la creșterea eficienței proceselor industriale și la reducerea consumului energetic.

4. Nanomateriale pentru aplicații energetice

Activitățile laboratorului includ dezvoltarea de:

• materiale pentru recuperarea și stocarea hidrogenului;
• catalizatori pentru conversia biomasei;
• sisteme metal/carbon și metal/silice pentru transformarea reziduurilor agro-industriale;
• materiale pentru obținerea de produși energetici gazoși, lichizi sau solizi cu valoare adăugată.

Aceste direcții susțin tranziția către surse de energie sustenabile și tehnologii cu emisii reduse de carbon.

5. Nanomateriale pentru aplicații life science și biomedicale

Laboratorul dezvoltă nanomateriale mezoporoase și nanocompozite utilizate ca sisteme de livrare controlată pentru:

• medicamente;
• biomolecule;
• principii active naturale sau sintetice.

Materialele proiectate contribuie la:

• stabilizarea compușilor bioactivi;
• creșterea biodisponibilității;
• eliberarea controlată a substanțelor active;
• îmbunătățirea eficienței biologice.

Sunt investigate aplicații în domeniile farmaceutic, biomedical, alimentar și al sănătății mediului.

Direcții strategice de cercetare

Cercetările desfășurate în cadrul laboratorului includ:

• dezvoltarea de catalizatori nanostructurați pentru procese de conversie chimică;
• obținerea de materiale cu proprietăți acido-bazice controlate;
• optimizarea performanței materialelor nanoporoase;
• integrarea nanomaterialelor în sisteme hibride multifuncționale;
• valorificarea sustenabilă a deșeurilor și biomasei.

Întrebări frecvente (FAQ)

Ce sunt materialele mezoporoase?

Materialele mezoporoase sunt structuri solide cu pori de dimensiuni controlate (2–50 nm), utilizate în cataliză, adsorbție, livrare de medicamente și procese de separare datorită suprafeței specifice ridicate și posibilității de funcționalizare chimică.

Cum contribuie nanomaterialele la protecția mediului?

Nanomaterialele permit oxidarea poluanților, eliminarea metalelor grele, captarea CO₂ și conversia compușilor nocivi în produse cu impact redus asupra mediului.

Ce aplicații au nanomaterialele în domeniul biomedical?

Nanomaterialele mezoporoase sunt utilizate pentru transportul și eliberarea controlată a medicamentelor, îmbunătățind stabilitatea, biodisponibilitatea și eficiența terapeutică.

Colaborări și deschidere internațională

Laboratorul de Nanomateriale susține colaborări interdisciplinare și parteneriate naționale și internaționale în domeniul:

• nanotehnologiilor pentru mediu;
• conversiei biomasei;
• materialelor pentru energie;
• nanomedicinei și materialelor biofuncționale.

Persoană de contact

dr. chim. Violeta-Carolina Niculescu
E-mail: violeta.niculescu@icsi.ro

Echipamente

Principalele echipamente de cercetare din cadrul laboratorului sunt:

Laboratorul de caracterizare gaze si combustibili: destinat elaborării, validării şi implementării de metode avansate pentru analiza gazelor (pure sau în amestec), monitorizarea imisiilor şi emisiilor, şi caracterizarea fizico-chimică a combustibililor (lichizi, solizi şi gazoşi) în scopul selectării celui mai bun proces de conversie energetică. Expertiza primară a laboratorului este în aplicarea spectrometriei de masă pentru analiza cantitativă a impurităţilor în probe de gaz şi a cromatografiei de gaze în investigarea profilului compoziţional al gazului natural, a amestecurilor de gaze bicomponente sau complexe şi al gazelor pure (ex. H₂, He, O₂, CO₂, Ar, N₂, C₂H₂) utilizate pentru uz industrial/tehnologic, alimentar sau medicinal. Dezvoltăm cercetări în sensul valorificării în scop energetic al unor deşeuri, alături de crearea unei baze de date, cu parametri de calitate, specifică combustibililor (ex. conţinut C-N-H-S/O, putere calorifică, umiditate, cenuşă, substanţe volatile şi nearse, pentru combustibili solizi; compoziţie elementală, nivel de apă, cenuşă şi putere calorifică, pentru combustibili lichizi).

Principalele echipamente de cercetare din cadrul laboratorului sunt:

Alte echipamente auxiliare: etuvă, balanţă analitică, cuptor de calcinare, moară de macinat cu bile din oţel şi zirconiu, moară cu valţuri din oţel-inox, staţie meteo mobila

Laboratorul de chimie: constituit ca element suport pentru efectuarea de studii de mediu, evaluarea impactului factorilor antropici asupra mediului şi stabilirea de soluţii tehnice pentru remedierea poluării, prin dezvoltarea şi aplicarea de metode analitice complexe specifice caracterizării parametrilor de calitate a apei şi solului. Multitudinea investigaţiilor analitice efectuate aici acoperă o diversitate de activităţi, precum monitorizarea poluării mediului şi identificarea factorilor de risc, evaluarea nivelului de contaminare şi estimarea gradului de siguranţă sau calitate a apelor şi solului, stabilirea compoziţiei chimice a solurilor, aliajelor şi reziduurilor solide.

Principalele echipamente de cercetare din cadrul laboratorului sunt:

Laboratorul Biotehnologii (LB) din cadrul ICSI Analytics este dedicat valorificării eficiente a biomasei vegetale agroindustriale în sistemul bioeconomiei circulare, cu scopul obținerii de bioproduse și vectori energetici cu valoare adăugată.
Activitatea laboratorului susține:

• închiderea lanțurilor valorice
• implementarea tehnologiilor prietenoase cu mediul
• reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră
• tranziția către energie regenerabilă și agricultură sustenabilă

Direcțiile de cercetare sunt aliniate Planului de Acțiune pentru Economia Circulară al UE, strategiilor Farm to Fork, Fit for 55, REPowerEU și RED III.

Domenii principale de expertiză
Valorificarea subproduselor vegetale pentru bioproduse cu valoare adăugată

Laboratorul dezvoltă soluții inovatoare pentru transformarea subproduselor agroindustriale, precum:

• tescovină de mere
• tescovină de struguri
• alte produse secundare vegetale

in surse de :

• extracte naturale bioactive cu potențial terapeutic, cu valoare commercială
• ingrediente funcționale pentru industria alimentară și cosmetică

Această abordare contribuie la reducerea poluării generate de deșeurile agroalimentare și la susținerea unui sistem alimentar echitabil și sănătos.

Producerea de biocombustibili și vectori energetici

LB valorifică biomasa agroindustrială precum:

• paie de grâu
• coceni de porumb
• rumeguș
• tescovine

pentru obținerea de:

• bioetanol
• biohidrogen
• biogaz / biometan
• hitan

prin procese biotehnologice de fermentare și digestie anaerobă.
Aceste soluții contribuie la:

• reducerea amprentei de carbon
• creșterea securității energetice
• susținerea mobilității și energiei curate
• diminuarea emisiilor de gaze cu efect de seră

Obținerea de biofertilizatori și îmbunătățirea calității solului

Digestatul rezultat din procesele biotehnologice este valorificat pentru producerea de biofertilizatori destinați:

• îmbunătățirii structurii și fertilității solului
• susținerii agriculturii organice
• reducerii utilizării îngrășămintelor chimice
• promovării sănătății populației prin obtinerea de alimente mai sigure cultivate în sistemul de cultură organică

Direcții strategice de cercetare

Laboratorul Biotehnologii contribuie la obiectivele europene privind:

• bioeconomia circulară (Planul de Acțiune pentru Economia Circulară al UE)
• neutralitatea climatică (Pactul Verde European)
• reducerea emisiilor (Fit for 55)
• independența energetică (REPowerEU)
• dezvoltarea energiei regenerabile (RED III)
• transformarea sistemului alimentar (Farm to Fork)

Strategic, activitatea LB vizează:

• integrarea lanțurilor valorice agroindustriale
• dezvoltarea de procedee biotehnologice eco-eficiente
• transformarea deșeurilor în resurse
• creșterea competitivității bioeconomiei românești

Întrebări frecvente (FAQ)

Ce înseamnă bioeconomie circulară?

Bioeconomia circulară presupune valorificarea resurselor biologice și a deșeurilor agroindustriale pentru obținerea de produse și energie, reducând pierderile și impactul asupra mediului.

Ce este digestatul și cum poate fi utilizat?

Digestatul este un produs secundar al digestiei anaerobe și poate fi valorificat ca biofertilizator pentru îmbunătățirea calității solului.

Cum contribuie aceste tehnologii la reducerea emisiilor?

Prin înlocuirea combustibililor fosili și reducerea deșeurilor depozitate, procesele biotehnologice reduc emisiile de CO₂ și susțin tranziția verde.

Colaborări și deschidere internațională

Laboratorul Biotehnologii colaborează cu:

• universități și institute de cercetare
• industrie agroalimentară și energetică
• autorități publice
• consorții internaționale în cadrul programelor Horizon Europe

Expertiza LB susține dezvoltarea de proiecte naționale și europene în domeniul bioeconomiei, energiei regenerabile și agriculturii sustenabile.

Persoană de contact

dr. chim. Elisabeta-Irina Geană
E-mail: irina.geana@icsi.ro

Principalele echipamente de cercetare din cadrul laboratorului sunt: