MTA-díjjal jutalmazták Jákói Zoltán fenntarthatóságért végzett munkáját

A Szegedi Tudományegyetem Mérnöki Karának oktatójának és kutatójának a szennyvizek tisztításáért végzett kutatómunkáját a Magyar Tudományos Akadémia díjával ismerték el.

A Magyar Tudományos Akadémia Szegedi Akadémiai Bizottsága, „A Tudomány Támogatásáért a Dél-Alföldön” Alapítvány és a Szegedi Tudományegyetem közösen, minden évben, a tudományos kutatómunka ösztönzése céljából kihirdeti az adott akadémiai évre szóló „Tudományos Díj” pályázatát. Ezen a pályázaton azok a tudományos fokozattal nem rendelkező, 35 év alatti fiatal kutatók vehetnek részt, akik a SZAB szak- és munkabizottságai által művelt tudományterületeken tanulmányt, portfóliót készítenek, melyben az elmúlt évek során szerzett kutatási eredményeiket, tapasztalataikat mutatják be.

– Idén én is részt vettem ezen a pályázaton, a húszoldalas pályamunkámat pedig a doktori kutatásom egy – számomra igazság szerint legfontosabb és legizgalmasabb – része alapján készítettem el. A tanulmányt végül a bíráló bizottság – nem kis meglepetést okozva – első díjban részesítette; ezt ezúton is nagyon szeretném nekik megköszönni! A díjat ünnepélyes keretek között a 2024. évi SZAB Tudományos Díj Díjátadó Ünnepségén vehettem át november 6-án, ami a Magyar Tudomány Ünnepe ez évi programsorozatának a nyitánya is volt egyben. A rendezvényen a plenáris előadó nem más volt, mint a fiziológiai és orvostudományi Nobel-díjas Karikó Katalin, a Szegedi Tudományegyetem Kutatóprofesszora. Kellemes, vidám hangulatú előadásában ismertette kalandos, sok esetben kihívásokkal teli tudományos életpályájának meghatározó szakaszait, és rengeteg nagyon fontos és hasznos tanáccsal, útravalóval látta el a jelen és jövő kutatói nemzedékének tagjait – mesélt a felemlő eseményről a Biológiai Rendszerek Műszaki Intézetének tanársegédje.

– A téma az ipari eredetű szennyvíziszap anaerob lebontási hatékonyságnak növelésére irányult, melyhez magnetit-nanorészecskékkel kombinált mikrohullámú előkezeléseket alkalmaztam, az előkezelések hatékonyságát pedig dielektromos paraméterek mérésével ellenőriztem.

A körforgásos gazdaság jegyében végzett kutatás

A szegedi mérnökképzésben szerepet vállaló oktatónk részletesen ismertette velünk kutatómunkájának alapjait és jelentőségét.

– Évente 380 milliárd köbméter mennyiségben keletkezik szennyvíz a Földön – kicsit „kézzelfoghatóbban” ez körülbelül 190 Balatonnyi vízmennyiséggel egyezik meg. A szennyvizeket gyakorlatilag a világ minden pontján kezelni szükséges, és a szennyvíziszap ezeknek a kezeléseknek a mellékterméke, amely nagyjából 10.000 milliárd tonna mennyiségben képződik minden évben. Mivel ezek az iszapok jelentős mennyiségben tartalmaznak különböző szerves és szervetlen anyagokat, valamint sok esetben toxikus, ártalmas komponenseket is, így a szennyvíziszapok megfelelő kezelése is elengedhetetlen. A sok kezelési eljárás közül az egyik legígéretesebb az anaerob biológiai hasznosítás – ennek során az iszap szervesanyag-tartalma csökken, mivel soklépcsős, egymástól függő mikrobiális oxidatív reakciókon keresztül metánná és szén-dioxiddá alakulnak a szerves vegyületek, amit anaerob biogázfermentációnak hívunk. Tehát úgy tudjuk az iszap szervesanyag-terhelését csökkenteni, hogy mindeközben egy értékes, földgáz helyettesítésre is alkalmazható, biológiai alapú energiahordozót – biogázt – nyerünk a folyamat végén. A probléma az, hogy az iszapok, különösen az ipari eredetűek, natív formában nem feltétlenül jó alapanyagok ehhez a folyamathoz, mivel a szerves anyagok jelentős része ún. mikro- és makro-flokkulátumokba, magyaros kifejezéssel iszappelyhekbe van záródva, márpedig a fermentációban részt vevő mikrobák hatékonyan csak az oldott (folyékony) fázisban lévőket tudják hasznosítani. Ennek érdekében az iszapokat előkezelni szükséges, és a sok különböző előkezelési módszer közül a mikrohullámú enerigaközlés sok szempontból kifejezetten ígéretes megoldás. Egy, és sok esetben erősen limitáló tulajdonsága ugyanakkor a mikrohullámú kezelésnek is van – nevezetesen az, hogy szelektív a felmelegítőképessége, azaz a heterogén rendszerekben (mint pl. az iszap is) nem egyenletes mértékben generál hőfejlődést. Itt jönnek képbe a magnetit-nanorészecskék: ugyan nagyjából mindenki által ismert ökölszabály, hogy fémet nem teszünk a mikróba, de nanométeres tartományban az anyagok teljesen máshogy viselkednek. Ezek a fém-nanorészecskék például kiváló mikrohullámú elnyelőként, azaz ha egyenletesen el vannak oszlatva egy alapvetően heterogén rendszerben, akkor kiküszöbölhetjük vele a szelektív felmelegítési jelenséget azáltal, hogy ezek a fémrészecskék lokális forró pontokként viselkednek. Ez pedig az iszap esetében végeredményében azt fogja jelenteni, hogy a már emlegetett iszappelyhek jóval nagyobb mértékben dezintegrálódnak („szétesnek”), így nagy mennyiségű csapdázódott szerves anyag fog az oldott fázisba jutni.

Vajon hatékony-e az eljárás?

– Egy iszapkezelési- és hasznosítási eljárás során mindig felmerül a kérdés, hogy milyen úton-módon tudjuk detektálni azt, hogy ezek a különféle, iszapdezintegrációra irányuló kezelési eljárások mennyire voltak hatékonyak? Természetesen erre is többféle módszer létezik, többségük azonban idő-, energia- vagy éppenséggel vegyszerigényes eljárás (adott esetben akár mindhárom egyszerre). Ezek kiváltására alkalmaztam a dielektromos paraméterek mérésén alapuló nyomon követési módszert. Ennek röviden az a lényege, hogy a különféle anyagok eltérő mértékben reagálnak, ha elektromágneses térrel érintkeznek, az általuk tanúsított „viselkedés” matematikai leírására pedig a dielektromos anyagtulajdonságok szolgálnak. Ezek a paraméterek – többek között – nagymértékben függnek a vizsgált rendszerek molekuláris és fizikai struktúrájától, vagyis ha ezekben változás történik (márpedig az iszap-előkezelések során történik), akkor az mindenképpen – rendszerint azonnal – reflektálódni fog a dielektromos paraméterek megváltozásában is. Megfelelő körülmények (úgy, mint alkalmazott szenzor, frekvencia, hőmérséklet, stb.) és kalibráció megléte mellett tehát ezzel a módszerrel nagyon sok hasznos és pontos információt nyerhetünk az alkalmazott előkezelési eljárások hatásairól, ráadásul a konvencionális analitikai eljárásokhoz képest nagyságrendekkel gyorsabban, és bárminemű vegyi anyag használata nélkül – mesélt az eljárások sikerességéről Jákói Zoltán.

A fenntarthatósággal támogatott Európai Uniós célkitűzések kereszttüzében

Arra is kíváncsiak voltunk, hogy milyen gyakorlati, ipari környezetben is hasznos eredményei vannak a díjazott kutatómunkának.

– Az iszapok biológiai hasznosítása kiválóan illeszkedik a manapság – szerencsére – egyre hangsúlyosabbá váló cirkuláris gazdaság koncepciójába, aminek alapvető célkitűzése, hogy a hulladékok mennyiségét a lehető legnagyobb mértékben csökkentsük, a keletkező hulladékokat – melléktermékeket pedig lehetőség szerint újrahasznosítsuk és/vagy újrafelhasználjuk. Mivel az előzőekben tárgyalt folyamattal egy biológiai eredetű alternatív energiahordozót nyerünk, a körkörös gazdaság „hulladékból értéket” elvének abszolúte megfelel, nem beszélve arról, hogy ezek a hasznosítási eljárások a már jelenleg érvényben lévő és a közeljövőre előirányzott EU-s energiapolitikai célkitűzéseknek is eleget tesznek – nyilatkozott az SZTE Mérnöki Kar munkatársa.

A kutatási eredmények alapján indukált kutatások

Jákói Zoltán úgy véli, hogy kutatása során az eredményei felnyitották a szemét, hogy kutatási témájában még akadnak megválaszolatlan kérdések.

– Igazság szerint legalább annyi, ha nem több megválaszolandó kérdés van hátra, mint amennyit sikerült a kutatás során megválaszolni. Feltétlenül fontos volna tisztázni, hogy ezek az előkezelési eljárások milyen módon optimálhatóak, újrafelhasználhatóak-e például az alkalmazott magnetit-nanorészecskék, milyen további hasznosítási eljárásokban lehetne alkalmazni a biogázfermentáció során visszamaradó szilárd maradékot, és mindenképpen jó volna tisztázni molekuláris szinten is, hogy mi és miért éppen úgy történik. Bízom benne, hogy a közeli vagy éppen távoli jövőben ezeknek a kérdéseknek a megválaszolására is sikerül valamilyen formában majd pályázatot nyerni. Az mindenesetre bizonyos, hogy addig nem nyugszom, amíg így, vagy úgy, de a végére nem járok ezeknek!

Szöveg: Újvári Gréta

Nyitókép: Sahin-Tóth István