40YearsChemengUP

– οι καθηγητές Αλέξανδρος Στυλιανή Δημήτρης Μιχάλης Κατσαούνης Κέννου Κονταρίδης Κορνάρος Αναπληρωτής Καθηγήτρια Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Επιστήμης & Χημικής Χημικής Τεχνολογίας Υλικών Μηχανικής Τεχνολογίας & Τεχνολογίας & Διεργασιών & Εφαρμοσμένης Εφαρμοσμένης Περιβάλλοντος Φυσικοχημείας Φυσικοχημείας Δημήτρης Γιάννης Πέτρος Σπύρος Κουζούδης Κούκος Κουτσούκος Λαδάς Αναπληρωτής Αναπληρωτής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Χημικής Χημικής Επιστήμης & Μηχανικής Τεχνολογίας & Τεχνολογίας & Τεχνολογίας Υλικών Διεργασιών & Εφαρμοσμένης Εφαρμοσμένης Περιβάλλοντος Φυσικοχημείας Φυσικοχημείας 51

– οι καθηγητές Διονύσης Δημήτρης Βλάσης Συμεών Μαντζαβίνος Ματαράς Μαυραντζάς Μπεμπέλης Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Καθηγητής Μηχανικής Επιστήμης & Χημικής Χημικής Διεργασιών & Τεχνολογίας Υλικών Τεχνολογίας & Τεχνολογίας & Περιβάλλοντος Εφαρμοσμένης Εφαρμοσμένης Φυσικοχημείας Φυσικοχημείας Σογομών Σπύρος Χριστάκης Σταύρος Μπογοσιάν Πανδής Παρασκευά Παύλου Καθηγητής Καθηγητής Αναπληρωτής Καθηγητής Καθηγητής Χημικής Μηχανικής Μηχανικής Τεχνολογίας & Διεργασιών & Μηχανικής Διεργασιών & Εφαρμοσμένης Περιβάλλοντος Διεργασιών & Περιβάλλοντος Φυσικοχημείας Περιβάλλοντος 52

– οι καθηγητές Δημήτρης Βίκτωρας Γιάννης Κώστας Σπαρτινός Στιβανάκης Τσαμόπουλος Τσιτσιλιάνης Λέκτορας Λέκτορας Καθηγητής Καθηγητής Χημικής Επιστήμης & Μηχανικής Επιστήμης & Τεχνολογίας & Τεχνολογίας Υλικών Διεργασιών & Τεχνολογίας Υλικών Εφαρμοσμένης Περιβάλλοντος Φυσικοχημείας 53

οι ομότιμοι καθηγητές Γιώργος Γιώργος Παναγιώτης Δάσιος Λιανός Νικολόπουλος Γιώργος Γιώργος Παπαθεοδώρου Στάικος 54

οι επίτιμοι διδάκτορες John Andreas Nicholaos Seinfeld Acrivos Peppas Professor Albert Einstein Professor Professor of CALTECH Science and The University of Chemical Engineering, Texas at Austin Engineering Emeritus Department The Benjamin Levich Institute for Physico-Chemical Hydrodynamics 55

Βραβεύσεις & Διακρίσεις Αναλυτική αναφορά στις πολλές βραβεύσεις και διακρίσεις των μελών ΔΕΠ του Τμήματος γίνεται στο επισυναπτόμενο «Χρονολόγιο». Συνοπτικά, οι σημαντικότερες εξ αυτών είναι: Ο Καθηγητής Κώστας Βαγενάς, εκλέχθηκε τακτικό μέλος της Ακαδημίας Αθηνών και της Εθνικής Ακαδημίας Μηχανικής (National Academy of Engineering) των ΗΠΑ, και μέλος στο International Society of Electrochemistry..Αναγορεύτηκε Επίτιμος Διδάκτορας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου. Ο καθηγητής Γιώργος Δάσιος, εκλέχθηκε αντεπιστέλλον μέλος της Ακαδημίας Αθηνών. Ο Καθηγητής Γιάννης Τσαμόπουλος, έγινε Fellow της American Physical Society (APS). Βραβεία του Ευρωπαϊκού Συμβουλίου Έρευνας (ERC) για ώριμους ερευνητές (2 από 16 συνολικά τα οποία απονεμήθηκαν σε Έλληνες) • 25 Διεθνή και Ελληνικά Βραβεία κατά το Χρονικό Διάστημα 2012-2017 • Κατάταξη Ελλήνων Ερευνητών και Επιστημόνων το 2017 (Γ.Π. Κουρόπουλος) 5 μέλη ΔΕΠ του Τμήματος, οι Καθηγητές Σ. Πανδής, Κ. Βαγενάς, Ξ. Βερύκιος, Δ. Μαντζαβίνος, Ομ. Καθηγητής Π Λιανός, βρίσκονται μεταξύ των 100 ερευνητών οι οποίοι έλαβαν τις περισσότερες αναφορές σε Ελληνικά Ερευνητικά Κέντρα και ΑΕΙ . 56

Πάνω και Μέση: Ο καθηγητής Κώστας Βαγενάς κατά την αναγόρευσή του σε Μέλος της Εθνικής Ακαδημίας μαζί με τον Καθηγητή Nikolaos Peppas (Πάνω) και την Καθηγήτρια Paula Hammond, MIT ChemE, και τον Καθηγητή Yannis Yortsos, USC (Κάτω). Κάτω Δεξιά: Ο καθηγητής Κώστας Βαγενάς αναγορεύεται σε Επίτιμο Διδάκτορα του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου. 57

Δεξιά: Ο καθηγητής Γιώργος Δάσιος κατά την αναγόρευσή του σε Αντεπιστέλλον Μέλος της Ακαδημίας Αθηνών στις 12 Δεκεμβρίου 2017. Κάτω: Ο καθηγητής Γιάννης Τσαμόπουλος εκλέχτηκε Fellow της American Physical Society. Η αναγόρευση έγινε στο Συνέδριο του Τομέα Ρευστομηχανικής της APS τον Νοέμβριο 2016 στις ΗΠΑ. Στις 30 Οκτωμβρίου 2015 ο Γ. Τσαμόπουλος έλαβε το Bigham Fluid Medal στο συνέδριο «Viscoplastic Fluids: From Theory to Application» στο Banff, Canada. 58

Κώστας Γαλιώτης, Σπύρος Πανδής δύο ακόμα μέλη του Τμήματος που η ερευνά τους έτυχε πολλαπλών βραβεύσεων. Σπύρος Πανδής 10 h-index 87 Κώστας Βαγενάς 36 h-index 61 Ξενοφών Βερύκιος 37 h-index 60 Διονύσης Μαντζαβίνος 65 h-index 54 Παναγιώτης Λιανός 78 h-index 51 5 Καθηγητές του Τμήματος βρίσκονται μεταξύ των 100 ερευνητών οι οποίοι έλαβαν τις περισσότερες αναφορές σε Ελληνικά Ερευνητικά Κέντρα και ΑΕΙ . 59

Αρκετά Επιστημονικά Άρθρα των Καθηγητών του Τμήματος και των συνεργατών τους έχουν γίνει εξώφυλλα σε επιστημονικά περιοδικά υψηλής στάθμης. Εδώ, ένα δείγμα από τις εργασίες των ερευνητικών ομάδων του Καθηγητή Κ. Τσιτσιλιάνη, και των Καθηγητών Β. Μαυραντζά, Κ. Τσιτσιλιάνη σε συνεργασία. 60

Εξειδικευμένο Προσωπικό 40 years 61

– Εργαστηριακό Διδακτικό Προσωπικό Ειρήνη Ουρανία Sussanne Σπύρος Αλεξοπούλου Κούλη Brosda Σφήκας ΕΔΙΠ ΕΔΙΠ ΕΔΙΠ ΕΔΙΠ Δέσποινα Μαρία Σωτηροπούλου Τσάμη ΕΔΙΠ ΕΔΙΠ 62

– ΕΙΔΙΚΟ ΤΕΧΝΙΚΟ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Χριστιάνα Μάγδα Ειρήνη Χρυσούλα Αλεξανδρίδου Θεοδωρακοπούλου Μαυρέλη Πιλίση ΕΤΕΠ ΕΤΕΠ ΕΤΕΠ ΕΤΕΠ Γιάννης Ελένη Κώστας Μαρία Σιονακίδης Σταματίου Σάντας Σύψα ΙΔΑΧ ΕΤΕΠ ΕΤΕΠ ΕΤΕΠ 63

Η Γραμματεία 40 years 64

– η γραμματεία Σπύρος Νία Ιωάννα Χρυσούλα Φαναριώτης Αντωνοπούλου Κατσιγιάννη Πυλή Αναπληρωτής Διοικητική Διοικητική ΙΔΑΧ Γραμματέας Υπάλληλος Υπάλληλος 65

Η Έρευνα 40 years 66

ερευνητικές δραστηριότητες Οι ερευνητικές δραστηριότητες των καθηγητών και των Λεκτόρων του Τμήματος, καλύπτουν τους παρακάτω τομείς έρευνας: • Επιστήμη και Τεχνολογία Πολυμερών • Φαινόμενα Μεταφοράς • Υπολογιστική Μηχανική • Νανοτεχνολογία, Λεπτά Υμένια, Επιφάνειες και Μελέτη Διαφασικών Επιφανειών • Εφαρμοσμένη Φυσικοχημεία • Επιστήμη και Μηχανική των Υλικών • Μηχανική Συστημάτων • Περιβαλλοντική χημική Μηχανική • Περιβαλλοντική Βιοτεχνολογία – Αξιοποίηση Αποβλήτων και Φυσικών πρώτων Υλών, Αειφόρος Διαχείριση Φυσικών πρώτων Υλών • Εφαρμοσμένα Μαθηματικά • Καταλυτικές και Ηλεκτροχημικές Διεργασίες • Μηχανική Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας Αναλυτικότερα, η περιγραφή των ερευνητικών δραστηριοτήτων και η διαχρονική τους εξέλιξη, συμπεριλαμβάνεται στις παρουσιάσεις των Εργαστηρίων του Τμήματος οι οποίες ακολουθούν. 67

68

ερευνητικές υποδομές Οι ερευνητικές ομάδες του Τμήματος συμμετέχουν ενεργά σε εθνικά και ευρωπαϊκά ανταγωνιστικά προγράμματα που αφορούν την βασική και εφαρμοσμένη έρευνα. Με την εξέλιξη του Τμήματος οι ερευνητικές υποδομές τους έχουν αναπτυχθεί σε υψηλότατο βαθμό. Μερικές από τις πειραματικές συστοιχίες που έχουν αναπτύξει οι ερευνητικές ομάδες του Τμήματος. 69

70

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΑΝΟΡΓΑΝΗΣ & ΑΝΑΛΥΤΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΚΡΥΣΤΑΛΛΩΣΗΣ ΚΑΙ ΔΙΑΦΑΣΙΚΩΝ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας ξεκίνησε το τέλος του 1989 και παρέμεινε φιλοξενούμενο στους χώρους του Εργαστηρίου Φυσικοχημείας του τμήματος Χημείας του Πανεπιστημίου Πατρών. Εκτός των εργαστηριακών υποδομών, υπήρχε πρόσβαση και σε εργαστηριακό εξοπλισμό, ο οποίος συμπληρώθηκε με αποκτήματα από δωρεές των Αρχηγείων Στρατού (θερμική ανάλυση, ηλεκτροχημικός αναλυτής, συσκευές μέτρησης pH) και Αεροπορίας (Φασματόμετρο ατομικής απορρόφησης). Το 1991 έγινε η μετακίνηση στο νεότευκτο κτήριο του Τμήματος Χημικών Μηχανικών, όπου και ξεκίνησε η προσπάθεια πλήρωσης του χώρου με τη συμπλήρωση του εξοπλισμού. Με την ανακατανομή προσωπικού εντός του Τμήματος, ορίζεται το μέλος ΕΤΕΠ κα. Αικ. Τοπάλη για τη γραμματειακή υποστήριξη των μελών ΔΕΠ κ.κ. Π.Κουτσούκου και Γ. Στάικου (Αναλυτική Χημεία). Η εμπειρία της κας. Τοπάλη στα διοικητικά θέματα βοήθησε σημαντικά την ανάπτυξη του εργαστηρίου. Με τη βοήθεια ερευνητικών έργων, τα αμέσως επόμενα έτη από το 1992 και μετά, αποκτήθηκαν όργανα χαρακτηρισμού υλικών, όπως το ηλεκτρονιακό μικροσκόπιο σάρωσης (JEOL JSM-5200) και το περιθλασίμετρο ακτίνων Χ, ο χρωματογράφος ιόντων, η νέα συσκευή ατομικής απορρόφησης κ.ά. στα οποία εκπαιδεύθηκαν πολλές γενεές προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών και μεταδιδακτορικών συνεργατών. Το 2002 ιδρύεται το Εργαστήριο Ανόργανης και Αναλυτικής χημείας (ΦΕΚ 92/30-04-2002) το οποίο έχει σκοπό την εξυπηρέτηση των διδακτικών και ερευνητικών αναγκών στα γνωστικά αντικείμενα γενική και ανόργανη χημεία, χημική ανάλυση κλασσική και ενόργανη (φασματοσκοπικές, ηλεκτροχημικές, χρωματογραφικές μέθοδοι ανάλυσης). 71

Πρώτος διευθυντής του εργαστηρίου, ορίσθηκε ο καθηγητής του τμήματος Π. Κουτσούκος. Στο εργαστήριο εκπονήθηκαν 16 διδακτορικές διατριβές και μεγάλος αριθμός μεταπτυχιακών και προπτυχιακών διπλωματικών εργασιών. Τις διδακτορικές τους διατριβές ολοκλήρωσαν και στελέχη ΑΕΙ όπως ο Καθηγητής του Τμήματος Επιστήμης Υλικών του ΠΠ κ. Ν. Μπουρόπουλος, ο Αναπληρωτής Καθηγητής του Τμήματος Φαρμακευτικής του ΠΠ κ. Π. Κλεπετσάνης,, η Επίκουρη Καθηγήτρια του Τμήματος Φαρμακευτικής κα. Μ. Όρκουλα και η Ερευνήτρια του Bone Institute, Boltzmann Institute, Βιέννη Αυστρίας, δρ. Στ. Ροκίδη. Εκπονήθηκαν ερευνητικά έργα τα οποία χρηματοδοτήθηκαν από εθνικούς και ευρωπαϊκούς πόρους καθώς και από συνεργασία με τη βιομηχανία. Βασικοί άξονες της έρευνας στο εργαστήριο ήταν η μελέτη των βιοϋλικών, η ανάκτηση πρώτων υλών από υδατικά απόβλητα, η πρόληψη του σχηματισμού καθαλατώσεων και η ανάπτυξη μεθοδολογιών συντήρησης δομικών υλικών των μνημείων της πολιτιστικής μας κληρονομιάς με βάση τους μηχανισμούς φθοράς των. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Πέτρος Κουτσούκος Καθηγητής [email protected] Ιωάννης Μπούντας [email protected] Αικατερίνη Βαβουράκη [email protected] Παναγιώτα Νάτση [email protected] Web Site: http://www.chemeng.upatras.gr/en/personel/faculty/en/pgk ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Ο σχηματισμός στερεών φάσεων κρυσταλλικών αλάτων και ουσιών σε υδατικά υπέρκορα διαλύματα αλλά και σε τήγματα, αποτελεί σημαντική διεργασία για ένα ευρύτατο φάσμα φαινομένων. Η κρυστάλλωση των αλάτων (φαρμακευτική βιομηχανία και βιομηχανία τροφίμων), ο σχηματισμός καθαλατώσεων σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις και συστήματα ψύξεως, η παρασκευή κόνεων με επιθυμητά χαρακτηριστικά και η βιολογική ασβεστοποίηση αποτελούν χαρακτηριστικά παραδείγματα των διεργασιών αυτών. Η κατανόηση των μηχανισμών των διεργασιών αυτών είναι απαραίτητη προϋπόθεση για τον έλεγχό τους σε υπέρκορα διαλύματα. Εκτός των άλλων εφαρμογών, η κρυστάλλωση ως μέθοδος δίνει την δυνατότητα ανάκτησης πρώτων υλών από απόβλητα (φωσφόρος από αστικά υδατικά απόβλητα και πολυφαινόλες από απόβλητα ελαιοτριβείων). Αντιδράσεις μεταφοράς ηλεκτρικού φορτίου στην διεπιφάνεια μετάλλου/υδατικής φάσης χαρακτηρίζουν διεργασίες όπως η διάβρωση των μετάλλων και είναι δυνατόν να ευνοούνται από τον σχηματισμό εναποθέσεων. Η συνάφεια αυτή των διεργασιών αποτελεί αντικείμενο έρευνας του Εργαστηρίου. 72

Η διάλυση των δυσδιαλύτων αλάτων σε ακόρεστα διαλύματα είναι καθοριστικής σημασίας για την κατανόηση της συμπεριφοράς των υλικών στο περιβάλλον. Προς τούτο, απαιτούνται μηχανιστικές μελέτες προκειμένου να διερευνηθεί η διάβρωση των δομικών υλικών μνημείων της πολιτιστικής μας κληρονομιάς σε μοριακό επίπεδο, και έτσι να αναπτυχθούν οι κατάλληλες μέθοδοι για την αντιμετώπισή της. ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του Εργαστηρίου Ανόργανης και Αναλυτικής Χημείας περιλαμβάνει, πλην των αντιδραστήρων κρυστάλλωσης σε χαμηλές και σε υψηλές θερμοκρασίες (υδροθερμικές συνθήκες) σε υδατικά διαλύματα και των ποτενσιομετρικών αισθητήρων (επιλεκτικά ηλεκτρόδια, ηλεκτρόδια αγωγιμότητας), και τα απαραίτητα αναλυτικά όργανα για τον χαρακτηρισμό διαλυμάτων, στερεών και δειγμάτων αερίων. Συγκεκριμένα, τα αναλυτικά όργανα τα οποία χρησιμοποιούνται τόσο για την υποστήριξη της έρευνας του εργαστηρίου όσο και για την παροχή υπηρεσιών περιλαμβάνουν: Φασματόμετρο ατομικής απορρόφησης με φούρνο γραφίτη (PERKIN ELMER AAnalyst 300), Χρωματογράφο ιόντων με στήλη για ανιόντα (DIONEX DX-120), χρωματογράφο υγρών (HPLC) με ανιχνευτή UV-VIS (VARIAN LC 5000), Χρωματογράφους αερίων με ανιχνευτές TCD, FID (GOW MAC και VARIAN), Διάταξη μέτρησης δυναμικού ζ, συσκευή μέτρησης αριθμού αιωρούμενων σωματιδίων και της αντίστοιχης κατανομής μεγεθών (SPECTREX ILI-1000), Φασματοφωτόμετρο UV-VIS με σφαίρα ολοκλήρωσης (Perkin Elmer -35), Περιθλασίμετρο ακτίνων Χ (Siemens D-5000), συσκευή θερμοσταθμικής ανάλυσης (TGA, TA Q50) περιοχής θερμοκρασιών μέχρι 1000⁰C, συσκευή μέτρησης επιφανειακής τάσης υγρών (στατική και δυναμική) (Sigma 70, KSV). Επίσης διατίθεται συσκευή ηλεκτροχημικών αναλύσεων και μετρήσεων σύνθετης αντίστασης (EG&G). Με τον αναλυτικό αυτό εξοπλισμό παρέχονται υπηρεσίες σε οργανισμούς όπως η ΔΕΥΑΠ, Εφορίες αρχαιοτήτων, Πυροσβεστικό Σώμα, φαρμακευτικές εταιρείες, εταιρείες παραγωγής φωτοβολταϊκών, μεταλλουργίες, επιχειρήσεις παραγωγής τροφίμων, εταιρείες δομικών έργων και οικοδομικών υλικών κ.τ.λ. 73

74

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Ανάκτηση πρώτων υλών από απόβλητα: Ι. Ανάκτηση φωσφόρου από αστικά υδατικά λύματα. Με την μέθοδο της σταθερής σύστασης υπέρκορων διαλυμάτων διερευνώνται οι συνθήκες βέλτιστης λειτουργίας προκειμένου να επιτευχθεί ανάκτηση του φωσφόρου και της αμμωνίας με τη μορφή του εναμμώνιου φωσφορικού μαγνησίου, το οποίο είναι λίπασμα. Γίνεται διερεύνηση διαφόρων τύπων αντιδραστήρων (batch, ρευστοποιημένης κλίνης, συνεχούς λειτουργίας). ΙΙ. Ανάκτηση φαινολών από απόβλητα ελαιοτριβείου με κρυστάλλωση. Διερεύνηση της δυνατότητας και μέτρηση της αποτελεσματικότητας ανάκτησης προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας από απόβλητα ελαιοτριβείων με υψηλή περιεκτικότητα σε πολυφαινόλες. Εφαρμόζεται η μέθοδος κρυστάλλωσης σε στρώματα με την επιβολή βαθμίδας θερμοκρασίας. Συντήρηση δομικών υλικών μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς: Μελέτη μηχανισμών διάβρωσης λόγω έκθεσης ασβεστολιθικών κυρίως υλικών σε υδατικά μέσα σε περιοχές τιμών pH από 5 (όξινη βροχή, ρύπανση από όξινα οξείδια) έως 8.5 (αλκαλικές συνθήκες λόγω π.χ. επαφής με τσιμέντο σε επιδιορθώσεις). Ανάπτυξη μεθόδων προστασίας βάσει των μηχανισμών. Δημιουργία προστατευτικών επιστρώσεων για την μελέτη της αποτελεσματικότητας της προστασίας (επιστρώσεις τιτάνιας, οξαλικού ασβεστίου, κ.ά.). Αναστολή σχηματισμού καθαλατώσεων και της διάβρωσης του χάλυβα και του αλουμινίου: Η μελέτη του μηχανισμού σχηματισμού δυσδιάλυτων αλάτων είναι το κλειδί στην ανάπτυξη στρατηγικών αντιμετώπισης των αντίστοιχων προβλημάτων. Καθαλατώσεις BaSO4 καθώς και μικτές καθαλατώσεις CaSO 2H O/CaCO . Οι μελέτες της διάβρωσης μεταλλικών 3 2 4 επιφανειών σε συνδυασμό ή και χωρίς καθαλατώσεις μελετώνται με ηλεκτροχημικές μεθόδους DC (μέτρηση ποτενσιοδυναμικών καμπυλών αλλά και AC (μετρήσεις σύνθετης αντίστασης). Βιολογική Ασβεστοποίηση: Μελέτες μηχανισμού σχηματισμού κρυσταλλικών φάσεων του φωσφορικού ασβεστίου σε ιστούς (π.χ. βαλβίδες καρδιάς) και άλλες επιφάνειες (π.χ. βιοϋλικά για αποκατάσταση οστών, ενδοφακοί) σε συνθήκες μόνιμης κατάστασης (κρυσταλλωτήρες συνεχούς λειτουργίας). Η επινόηση των κρυσταλλωτήρων αυτού του τύπου επιτρέπει την αδιαμφισβήτητη διαπίστωση του ρόλου τον οποίο διαδραματίζουν οι μετασταθείς κρυσταλλικές φάσεις του φωσφορικού ασβεστίου. 75

Παλαιοί και μόνιμοι συνεργάτες του Εργαστηρίου. Από πάνω αριστερά και αμφιωρολογιακά: Νίκος Μπουρόπουλος Καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης των Υλικών, Νίκος Σπανός Αναπληρωτής Καθηγητής στο ΕΑΠ, Κατερίνα Τοπάλη –Αθανασοπούλου Γραμματέας του Εργαστηρίου από το 1991 μέχρι της συνταξιοδότησή της και Νίκος Τσεβής Επιστημονικός Συνεργάτης ΕΑΠ 76

77

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΧΗΜΙΚΗΣ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ (ΕΒΙΜΗΤΕΠ) IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Βιοχημικής Μηχανικής & Τεχνολογίας Περιβάλλοντος (ΕΒΙΜΗΤΕΠ) ιδρύθηκε το 1990 από τον Καθηγητή Γεράσιμο Λυμπεράτο (σήμερα Καθηγητή ΕΜΠ). Το 1991 έγινε η ουσιαστική εκκίνηση της λειτουργίας του στο νεότευκτο κτήριο του Τμήματος Χημικών Μηχανικών, όπου και ξεκίνησε η προσπάθεια πλήρωσης του χώρου με τον απαραίτητο αναλυτικό εξοπλισμό. Η προσπάθεια αυτή συνεχίζεται ακατάπαυστα μέχρι σήμερα σημειώνοντας εξαιρετικά επιτυχή υλοποίηση μεγάλου αριθμού ευρωπαϊκών και εθνικών προγραμμάτων. Το 2011 ο Καθ. Γ. Λυμπεράτος μετακινήθηκε στη Σχολή Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ, οπότε νέος Διευθυντής Εργαστηρίου ανέλαβε ο Καθηγητής του Τμήματος Χημικών Μηχανικών κ. Μιχάλης Κορνάρος (Απόφαση Γ.Σ. 432/13-12-2011), ο οποίος παραμένει μέχρι και σήμερα. Το ΕΒΙΜΗΤΕΠ ιδρύθηκε ως θεσμοθετημένο εργαστήριο το 2002 (Π.Δ. 114/2002, ΦΕΚ 95/Α/30-4-2002) με σκοπό τη διεξαγωγή έρευνας και παροχή εκπαίδευσης στο αντικείμενο της ανάπτυξης, σχεδιασμού, μαθηματικής μοντελοποίησης και βελτιστοποίησης βιοχημικών διεργασιών με εφαρμογή στην παραγωγή βιοτεχνολογικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας και στην επεξεργασία και αξιοποίηση υγρών αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων. Στο Εργαστήριο έχουν εκπονηθεί 30 διδακτορικές διατριβές και μεγάλος αριθμός μεταπτυχιακών και προπτυχιακών διπλωματικών εργασιών. Εξι (6) από τους αποφοιτήσαντες διδάκτορες από το Εργαστήριο κατέχουν σήμερα θέσεις καθηγητών σε Πανεπιστήμια της Ελλάδας (Πανεπιστήμιο Πατρών, Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης, Πανεπιστήμιο Αιγαίου) και του Εξωτερικού (DTU), ενώ αρκετοί άλλοι κατέχουν σημαντικές θέσεις σε δημόσιους (Περιφέρειες, Αποκεντρωμένες Διευθύνσεις κ.ά) και ιδιωτικούς φορείς. Στο Εργαστήριο έχει υλοποιηθεί μεγάλος αριθμός ευρωπαϊκών και εθνικών προγραμμάτων σε συνεργασία με ακαδημαϊκούς, δημόσιους και ιδιωτικούς φορείς καθώς και τη βιομηχανία. Σε αρκετά από αυτά τα προγράμματα, το Εργαστήριο είχε τον συντονιστικό ρόλο. Βασικά αντικείμενα της εκπονούμενης έρευνας στο ΕΒΙΜΗΤΕΠ αποτελούν η τριτοβάθμια επεξεργασία υγρών αποβλήτων, η επεξεργασία βιομηχανικών αποβλήτων και η αξιοποίηση οργανικών αστικών και αγροτοκτηνοτροφικών παραπροϊόντων με σκοπό την παραγωγή υγρών και αερίων βιοκαυσίμων και βιοτεχνολογικών προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας.. 78

ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Μιχάλης Κορνάρος Καθηγητής [email protected] Παναγιώτα Τσαφρακίδου [email protected] Αντωνία΄Τέρπου [email protected] Ελένη Κούτρα [email protected] Kων/να Τσίγκου [email protected] Leila Abbaszadeh [email protected] Πολυτίμη Παπαβασιλείου [email protected] Μαρίνα Παπαδιονυσίου [email protected] Γεώργιος Μάνθος . [email protected] Χρήστος Μπακόλας . [email protected] Γεώργιος Τσάνης Τεχνικός Υπεύθυνος [email protected] Ιωάννης Κανακάρης Οικονομική Διαχ. Προγραμμ. [email protected] Μάγδα Θεοδωρακοπούλου ΕΤΕΠ [email protected] Web Site: http://www.lbeet.gr/el/ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Η έρευνα στο ΕΒΙΜΗΤΕΠ καλύπτει ένα ευρύ φάσμα αντικειμένων που περιλαμβάνουν από βασική έρευνα των κύριων μηχανισμών που λαμβάνουν χώρα στις μελετώμενες βιοχημικές διεργασίες έως το σχεδιασμό και βελτιστοποίηση βιοδιεργασιών σε βιομηχανική κλίμακα. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται σε βιολογικές αλλά και συνδυασμένες (βιολογικές – φυσικοχημικές) διεργασίες για την αφαίρεση των θρεπτικών συστατικών αζώτου και φωσφόρου από υγρά αστικά λύματα και ρεύματα βιομηχανικών αποβλήτων, την απομάκρυνση ξενοβιοτικών ουσιών από υγρά απόβλητα και την ολοκληρωμένη επεξεργασία αγροτοκτηνοτροφικών και βιομηχανικών αποβλήτων. Ειδικότερα, αναπτύσσονται καινοτόμες τεχνολογίες, τύπου βιοδιυλιστηρίου, αλλά και μέθοδοι ολοκληρωμένης διαχείρισης στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας, για την επεξεργασία και αξιοποίηση διαφόρων τύπων αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων, γεωργικών και οργανικών υπολειμμάτων και ενεργειακών φυτών με ταυτόχρονη παραγωγή προϊόντων υψηλής προστιθέμενης αξίας (π.χ. βιοπλαστικών, βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών κ.ά.) ή/και ενέργειας μέσω της παραγωγής αερίων και υγρών βιοκαυσίμων, όπως μεθάνιο, υδρογόνο, βιοαιθανόλη κ.ά. 79

Παράλληλα, χρησιμοποιούνται σύγχρονα περιβαλλοντικά εργαλεία και μέθοδοι, όπως η Ανάλυση Κύκλου Ζωής (Life-Cycle Analysis, LCA) για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων κατά την ανάπτυξη και τη συγκριτική αξιολόγηση νέων βιοπροϊόντων και διεργασιών. ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το ΕΒΙΜΗΤΕΠ είναι άρτια εξοπλισμένο και έχει αναπτύξει την απαραίτητη μεθοδολογία και τις τεχνικές που απαιτούνται για το φυσικοχημικό και μικροβιολογικό χαρακτηρισμό (προεπεξεργασία και ανάλυση) δειγμάτων υγρών και στερεών αποβλήτων, πόσιμου και θαλασσινού νερού, την ανάπτυξη και βελτιστοποίηση βιοτεχνολογικών και περιβαλλοντικών διεργασιών και αντιδραστήρων. Ειδικότερα περιλαμβάνονται: Αναλυτικός εξοπλισμός • Aέριος χρωματογράφος (GC) με ανιχνευτές ECD & NPD (Agilent) • Aέριος χρωματογράφος (GC) με ανιχνευτές TCD & FID (Agilent) • Σύστημα υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) με ESI-QTOF-MS (Agilent) • Σύστημα υγρής χρωματογραφίας υψηλής απόδοσης (HPLC) με DAD, ELSD και φθορισμομετρικό ανιχνευτή (Agilent) • Ιοντικός χρωματογράφος (DIONEX) • Αναλυτής Ολικού Οργανικού Ανθρακα (ΤΟC) και Ολικού Αζώτου (TN) σε υγρά, στερεά και αέρια δείγματα (Shimadzu) • Φασματοφωτόμετρο ατομικής απορρόφησης με φούρνο γραφίτη (Shimadzu) • Φασματοφωτόμετρο UV-VIS (Cary 50, Varian) • Φασματοφωτόμετρο VIS (x2) (MACHEREY-NAGEL, HACH) • Συσκευή μέτρησης αζώτου κατά Kjeldahl (TKN) και αμμωνιακού αζώτου (VELP) • Σύστημα μέτρησης BOD με κατάλληλο επωαστικό κλίβανο (WTW) • Συσκευή εκχύλισης με την τεχνική Randall (VELP) • Φασματόμετρο FT-IR (Iron-Diesel) • Συσκευή μέτρησης flash point (Iron-Diesel) 80

Εξοπλισμός για τη μελέτη βιοτεχνολογικών διεργασιών • Θάλαμος Κάθετης Νηματικής Ροής Κλάσης II (Laminar flow hood - BIOAIR) • Μικροσκόπιο ορατού – φθορισμού (NICON ECLIPSE) • Συσκευή λυοφιλοποίησης (Telstar, LyoQuest) • Επωαστικός κλίβανος (ΜΜΜ) • Αυτόκαυστο (Autoclave) (RAYPA) • Φωτοβιοαντιδραστήρες με αυτόματη ρύθμιση pH και θερμοκρασίας (x6) (ιδιοκατασκευή) Εξοπλισμός για τη μελέτη περιβαλλοντικών διεργασιών • Γεννήτρια όζοντος (ANSEROS) • Αναλυτής αερίου όζοντος (x2) (ANSEROS) • Εργαστηριακές διατάξεις διήθησης με μεμβράνες UF και NF (x2) (Sartorious) • Διάταξη 28 επάλληλων αντιδραστήρων CSTR για τη μελέτη της επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με χρήση της διεργασίας της ενεργού ιλύος (ιδιοκατασκευή) • Διατάξεις συζευγμένων αντιδραστήρων αναερόβιας χώνευσης αποβλήτων (x3) (ιδιοκατασκευή) Υποστηρικτικός εργαστηριακός εξοπλισμός • Περιστρεφόμενος εξατμιστήρας (Buchi) • Αυτόματο σύστημα μέτρησης Βιοχημικού Μεθανογόνου Δυναμικού (AMPTS II) (Bioprocess Control) • Μύλος άλεσης δειγμάτων (IKA) • Αναλυτής επαγωγής φθορισμού (PSI) • Ολοκληρωμένο σύστημα παραγωγής νερού υψηλής καθαρότητας (TEMAK) • Ζυγός αναλυτικός 4 δεκαδικών (Kern) και 2 δεκαδικών (Kern) • Πυριαντήριο (Nabertherm) • Φούρνος ξήρανσης (x3) (ΜΕΜΜΕRT, Binder) • Εργαστηριακή φυγόκεντρος (x2) (HERMLE & NUVE) • Συσκευή χώνευσης δειγμάτων με μικροκύματα (MARS 5, CEM) • Συσκευή χώνευσης δειγμάτων (x3) (HACH, VELP, Electromantle) • Συστοιχία θερμομανδύων 6 θέσεων (FALC) • Ανακινούμενο υδατόλουτρο (x3) (GRANT) 81

• Ανακινούμενο υδατόλουτρο (x3) (GRANT) • Μαγνητικοί αναδευτήρες (x15) • Αναδευτήρας τύπου vortex (VELP) • Φορητό πολύμετρο νερού (WTW) • Φορητό όργανο μέτρησης αερίων (CH , CO , H , NH , H S κ.ά) (GasData) 3 2 2 2 4 • pH meter (x2) (WTW, Consort) • DO meter (x4) (WTW, HACH) • Ρυθμιστές pH (x3) (HACH pH-controllers) • Πιλοτική πρέσα εξαγωγής ελαίων από φυτική βιομάζα (NOR-AG) • Περισταλτικές δοσομετρικές αντλίες (x20) (Watson & Marlow, SEKO, Cole Parmer) • Αυτόματα συστήματα συνεχούς καταγραφής παροχής αερίων (x8) (ιδιοκατασκευή) • Αυτόματα συστήματα συνεχούς καταγραφής παροχής αερίων (x2) (Ritter) Πιλοτικές διατάξεις • Πιλοτική μονάδα χρήσης όζοντος για την επεξεργασία υγρών αποβλήτων και στερεών δειγμάτων (ιδιοκατασκευή) • Πιλοτική μονάδα για την παραγωγή βιοντήζελ (ιδιοκατασκευή) • Πιλοτικό χαλικοδιϋλιστήριο (ιδιοκατασκευή) • Ταχύρρυθμοι αναερόβιοι βιοαντιδραστήρες συμβατικού τύπου Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactors (UASB) και υβριδικοί (x4) (ιδιοκατασκευή) • Πλήρως αυτοματοποιημένη και αυτόνομη ενεργειακά πιλοτική μονάδα τριών σταδίων για την ολοκληρωμένη αξιοποίηση υγρών και στερεών αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων (αποτελούμενη από: 3 ψυχόμενες δεξαμενές τροφοδοσίας, δοχείο ανάμιξης υποστρωμάτων, αντιδραστήρα υδρόλυσης, αντιδραστήρα οξεογένεσης, αντιδραστήρα χώνευσης, αντιδραστήρα MBR/UF, αυτόνομα συστήματα μεμβρανών NF και RO, σύστημα φυγοκεντρικού διαχωρισμού και αφυδάτωσης αναερόβιας απορροής, σύστημα αερόβιας και vermi- κομποστοποίησης υπολειμμάτων, μονάδα συμπαραγωγής ηλεκτρισμού και θερμότητας (CHP), ηλεκτρομηχανολογικό εξοπλισμό και αυτοματισμού, αέριο χρωματογράφο με ανιχνευτή θερμικής αγωγιμότητας για ποιοτική ανάλυση των παραγόμενων αερίων, πεδίο πιλοτικής καλλιέργειας γλυκού σόργου κ.ά.). Λογισμικό • Life Cycle Analysis software (SimaPro 7) • Simulator of biological & physicochemical processes (BioWin v.3.0) • Simulator of wastewater treatment plants & processes (GPS-X v.5.0 Hydromantis Inc.) 82

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Βιοτεχνολογική αξιοποίηση οργανικών αποβλήτων και υπολειμμάτων για παραγωγή βιοκαυσίμων. Βιολογική παραγωγή υδρογόνου και μεθανίου από την αξιοποίηση υγρών, στερεών και ημιστερεών αποβλήτων από αγροτοκτηνοτροφικές δραστηριότητες, όπως ελαιοτριβεία δύο και τριών φάσεων, τυροκομεία, βουστάσια κλπ. Παραγωγή υδρογόνου από την αξιοποίηση απορριμματικού χαρτιού και υπολειμμάτων τροφίμων. Παραγωγή βιοαιθανόλης και αερίων βιοκαυσίμων από την αξιοποίηση του βιοαποδομήσιμου οργανικού κλάσματος των αστικών στερεών απορριμμάτων. Προεπεξεργασία και αξιοποίηση ενεργειακών φυτών (γλυκό σόργο) και αγροτικών υπολειμμάτων για ενίσχυση της παραγωγής αερίων βιοκαυσίμων. Περιβαλλοντική & εφαρμοσμένη βιοτεχνολογία. Παραγωγή αντιοξειδωτικών ουσιών από μικροφύκη και μύκητες. Βελτιστοποίηση συστημάτων παραγωγής προϊόντων υψηλής βιοτεχνολογικής αξίας. Παραγωγή βιοπολυμερών με καθαρές και μικτές καλλιέργειες. Αξιοποίηση αναερόβιων απορροών για την παραγωγή λιπιδίων και βιολογικών λιπασμάτων με μικροφύκη. Παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών και βιοπλαστικοποιητών από χρησιμοποιημένα ελαιώδη ρεύματα. Καλλιέργεια μικροφυκών σε υδρόλυμα φλοιού ρυζιού για την παραγωγή φαινολικών συστατικών και καινοτόμων καλλυντικών προϊόντων. Τεχνολογίες επεξεργασίας υγρών αστικών και βιομηχανικών αποβλήτων. Πειραματική μελέτη και μαθηματική προσομοίωση βιολογικών και φυσικοχημικών διεργασιών επεξεργασίας υγρών αποβλήτων με χρήση καθαρών καλλιεργειών (άσηπτες τεχνικές – απομονωμένοι μικροοργανισμοί) και μικτών καλλιεργειών (δραστική λάσπη, αναερόβια χώνευση κλπ.). Σχεδιασμός βιοαντιδραστήρων και βελτιστοποίηση της λειτουργίας τους. Ανάπτυξη και εφαρμογή μεθοδολογίας εκτίμησης παραμέτρων κινητικών μοντέλων με πειραματικές και θεωρητικές τεχνικές. Προσομοίωση και έλεγχος διεργασιών μέσω ηλεκτρονικού υπολογιστή. Ιδιαίτερη έμφαση στα θρεπτικά συστατικά άζωτο και φωσφόρο (αφαίρεση νιτρογενών ουσιών από υγρά απόβλητα, συσσώρευση σε φυσικά οικοσυστήματα, κύκλος αζώτου και φωσφόρου στη φύση), στην απομάκρυνση ξενοβιοτικών ουσιών από τα υγρά απόβλητα και στην επεξεργασία αγροτοβιομηχανικών και βιομηχανικών αποβλήτων. 83

Επεξεργασία και διαχείριση αστικών και βιομηχανικών στερεών αποβλήτων. Ισοζύγια και ροές υλικών σε ολοκληρωμένα διαχειριστικά σενάρια στερεών αποβλήτων. Χωροθέτηση Χώρων Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (XYTA) και Μονάδων Ολοκληρωμένης Διαχείρισης Απορριμμάτων με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS). Βελτιστοποίηση συστημάτων συλλογής αστικών απορριμμάτων και αγροτοκτηνοτροφικών αποβλήτων (επιλογή κατάλληλου συστήματος συλλογής, βέλτιστες διαδρομές απορριμματοφόρων κλπ.). Βιοσταθεροποίηση οργανικού κλάσματος απορριμμάτων και λάσπης βιολογικών καθαρισμών. Διαχείριση φυσικών οικοσυστημάτων. Καταγραφή και αξιολόγηση της περιβαλλοντικής κατάστασης φυσικών οικοσυστημάτων (λιμνοθάλασσες, κόλποι κλπ.) και των επιπτώσεων σε αυτά από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Ανάδειξη, διαχείριση και λήψη μέτρων προστασίας του φυσικού περιβάλλοντος. Τρόφιμα και υλικά συσκευασίας. Επεξεργασία πωμάτων φελλών με σκοπό την απολύμανση και την απόσμηση. Επιμήκυνση του χρόνου ζωής νωπών φρούτων και αρωματικών φυτών κατά την αποθήκευση, τη μετακίνηση και την εμπορία τους. Συστήματα περιβαλλοντικής διαχείρισης και Ανάλυση Κύκλου Ζωής. Εφαρμογή συστημάτων της σειράς ISO 14000 και EMAS καθώς και της μεθοδολογίας Ανάλυσης Κύκλου Ζωής (LCA) σε βιομηχανικές, περιβαλλοντικές και βιοτεχνολογικές διεργασίες (επεξεργασία και αξιοποίηση γαλακτοκομικών προϊόντων τέλους ζωής, παραγωγή βιοεπιφανειοδραστικών ουσιών και βιοπλαστικοποιητών κ.ά.). 84

85

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΠΙΣΤΗΜΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΩΝ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Επιστήμης Επιφανειών (ΕΕΕ) άρχισε ουσιαστικά την λειτουργία του το 1991, από την ερευνητική ομάδα του τότε Αναπληρωτή και τώρα Καθηγητή του ΤΧΜ Σ. Λαδά με την ενεργό συμμετοχή της τότε Επίκουρης Καθηγήτριας του Π. Ιωαννίνων και τώρα Καθηγήτριας του ΤΧΜ Σ. Κέννου, μετά την μετακίνηση του Τμήματος Χημικών Μηχανικών στο νεότευκτο κτήριο του. Στους χώρους που διατέθηκαν εκεί εγκαταστάθηκε αρχικά ο βασικός εξοπλισμός του πρώτου συστήματος υπερυψηλού κενού (UHV) και του προσαρμοσμένου σε αυτό Φασματομέτρου Φωτοηλεκτρονίων από Ακτίνες-Χ (XPS). Αυτό έγινε με οικονομική και διοικητική υποστήριξη από το ΤΧΜ και το ΙΤΕ/ΕΙΧΗΜΥΘ, δωρεά συμπληρωματικού εξοπλισμού του θαλάμου UHV από το Ίδρυμα Alexander von Humboldt, υπότροφος του οποίου υπήρξε ο Σ. Λαδάς, καθώς και παραχώρηση με εξαιρετικά χαμηλό κόστος του Φασματομέτρου XPS από το Ινστιτούτο Fritz- Haber της Max-Planck Society (Καθ. G. Ertl), με το οποίο η ερευνητική ομάδα είχε πολύχρονη συνεργασία. Μέσω Εθνικών, Διακρατικών και Ευρωπαïκών έργων, από το 1993 και μέχρι το 2007, αναβαθμίστηκε η λειτουργία του θαλάμου με διάταξη γρήγορης εισαγωγής δειγμάτων και εγκαταστάθηκαν σταδιακά έξι νέες τεχνικές μελέτης και χαρακτηρισμού στερεών επιφανειών, στις οποίες εκπαιδεύθηκαν αρκετές γενιές προπτυχιακών και μεταπτυχιακών φοιτητών και μεταδιδακτορικών συνεργατών. Το 2002 ιδρύεται το Εργαστήριο Επιστήμης Επιφανειών (ΕΕΕ) με το ΠΔ114 / ΦΕΚ 95 /Τεύχος Α’/ 30-4-2002, το οποίο έχει σκοπό: την κάλυψη σε προπτυχιακό και μεταπτυχιακό επίπεδο των διδακτικών αναγκών του Τμήματος στο γνωστικό αντικείμενο Φυσική και Χημεία Επιφανειών, Διεπιφανειών και Λεπτών Υμενίων Στερεών Υλικών, την ανάπτυξη προγραμμάτων διδασκαλίας και έρευνας για μεταπτυχιακούς φοιτητές, καθώς και τη συμμετοχή σε ερευνητικά / τεχνολογικά προγράμματα χρηματοδοτούμενα από Εθνικούς Φορείς ή/και την Ευρωπαϊκή Ένωση. Πρώτος διευθυντής του εργαστηρίου ορίσθηκε από το ΤΧΜ ο καθηγητής Σ. Λαδάς. Το 2008 εγκαταστάθηκε από εσωτερικούς πόρους ένα δεύτερο, πρόσφατα ανακαινισμένο από την εταιρεία SPECS GmbH σύστημα UHV με εξελιγμένο Φασματόμετρο XPS και κύριο στόχο την εκτέλεση εξειδικευμένων μετρήσεων επιφανειακού χαρακτηρισμού στερεών υλικών στο πλαίσιο ερευνητικών συνεργασιών ή/και συμβάσεων παροχής υπηρεσιών μεταξύ του ΕΕΕ και ενδιαφερόμενων ερευνητικών/τεχνολογικών και παραγωγικών φορέων του δημόσιου και ιδιωτικού τομέα. 86

To Φασματόμετρο διαπιστεύθηκε το 2010 κατά ISO17025 από τον εθνικό φορέα διαπίστευσης (ΕΣΥΔ) στο πλαίσιο Ευρωπαïκού Προγράμματος (ΑΝΝΑ, Research Infrastructures, FP6). Στο ΕΕΕ έχουν εκπονηθεί 10 διδακτορικές διατριβές και πολλές μεταπτυχιακές και προπτυχιακές διπλωματικές εργασίες. Υλοποιήθηκαν έργα με χρηματοδότηση από εθνικούς και ευρωπαϊκούς πόρους, καθώς και από τη βιομηχανία μέσω παροχής υπηρεσιών. Οι τρεις βασικοί άξονες της βασικής και εφαρμοσμένης έρευνας ήταν διαχρονικά οι εξής: Εφαρμογές της Επιστήμης Επιφανειών στην Ετερογενή Κατάλυση, Μελέτη των επιφανειακών και διεπιφανειακών ιδιοτήτων Ηλεκτρονικών Υλικών και Διατάξεων, Προηγμένη επιφανειακή ανάλυση πάσης φύσεως στερεών υλικών στο πλαίσιο ερευνητικών συνεργασιών ή/και παροχής υπηρεσιών ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Σπύρος Λαδάς Καθηγητής [email protected] Στέλλα Κέννου Καθηγήτρια [email protected] Μανώλης Συμιανάκης [email protected] Γιώργος Σκουλατάκης [email protected] Σωτήρης Τσάτσος [email protected] Χαράλαμπος Δρίβας [email protected] Web Site: http://athena4.chemeng.upatras.gr/ 87

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Το κεντρικό θέμα έρευνας στο ΕΕΕ είναι η χρήση μιας πλειάδας τεχνικών ανάλυσης και χαρακτηρισμού επιφανειών για να μελετηθεί η δομή, η χημική σύσταση και οι ηλεκτρονικές ιδιότητες των εξωτερικών ατομικών στρωμάτων στερεών υλικών εκτεθειμένων σε υπερυψηλό κενό ή ελεγχόμενη αέρια ατμόσφαιρα, ώστε στη συνέχεια να συσχετισθούν τα αποτελέσματα των παραπάνω μελετών με την συμπεριφορά των υλικών σε διάφορες διεργασίες. Η ανάλυση επιφανειών, διεπιφανειών και λεπτών υμενίων είναι εξαιρετικά σημαντική, τόσο για την βασική όσο και την εφαρμοσμένη έρευνα στην Επιστήμη και Τεχνολογία Υλικών. Στις επιφάνειες και διεπιφάνειες των στερεών λαμβάνουν χώρα διεργασίες με μεγάλο επιστημονικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον, όπως η πυρηνοποίηση και επακόλουθη ανάπτυξη λεπτών υμενίων, χημικές αλληλεπιδράσεις στην διεπιφάνεια μετάλλων-ημιαγωγών, η ετερογενής κατάλυση, η θερμιονική εκπομπή, η μετατροπή της ηλιακής ενέργειας σε ηλεκτρισμό, η ανάπτυξη κρυσταλλικών υλικών, η διάχυση προσμείξεων στα όρια κόκκων σε μέταλλα και κράματα, η ψαθυρή θραύση και η διάβρωση, η αλληλεπίδραση πολυμερών και βιοϋλικών με επιφάνειες, η διεπιφανειακή πρόσφυση σε σύνθετα υλικά. Χαρακτηριστική απόδειξη της σημασίας που έχει η σύγχρονη έρευνα στην Χημεία Επιφανειών είναι το βραβείο Nobel του 2007 για την Χημεία, το οποίο απονεμήθηκε στον Καθηγητή G. Ertl (Fritz-Haber Institute of the Max-Planck Society) για τις πρωτοποριακές του μελέτες χημικών διεργασιών σε επιφάνειες στερεών. Στο ΕΕΕ λειτουργεί ένας μεγάλος αριθμός επιφανειακά ευαίσθητων τεχνικών, όπως οι Φασματοσκοπίες: Φωτοηλεκτρονίων από Aκτίνες-Χ και Υπεριώδες (XPS, UPS), Ηλεκτρονίων Auger και Απωλειών Ενέργειας Ηλεκτρονίων (AES, EELS), Σκέδασης Ιόντων (ISS), καθώς και η μέτρηση του Εργου Εξόδου (WF), η Φασματοσκοπία Μάζας (QMS) για την υλοποίηση τεχνικών Θερμοπρογραμματιζόμενης Εκρόφησης/Αντίδρασης (TPD/TPR) και η Περίθλαση Ηλεκτρονίων (LEED). Πολλές από τις τεχνικές αυτές βασίζονται στη φυσική αλληλεπίδραση ατόμων στα πρώτα λίγα ατομικά στρώματα του στερεού με ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, ηλεκτρόνια ή δέσμες ιόντων και στην επακόλουθη ενεργειακή ή/και γωνιακή ανάλυση ηλεκτρονίων ή ιόντων που εκπέμπονται από την επιφάνεια. Ηλεκτρόνια χαμηλής κινητικής ενέργειας (μικρότερης από 1000 eV περίπου) μπορούν να διανύσουν μόνον μικρές αποστάσεις (της τάξης των νανομέτρων) χωρίς να χάσουν ενέργεια μέσα στο στερεό, επομένως προσφέρονται ως επιφανειακά ευαίσθητοι ανιχνευτές επιφανειακών ιδιοτήτων. Για τα πειράματα αυτά σε ατομικά καθαρές επιφάνειες είναι απαραίτητο να υπάρχει περιβάλλον υπερυψηλού κενού (10 -10 έως 10 -9 mbar) 88

ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο βασικός εξοπλισμός του ΕΕΕ συγκεντρώνεται γύρω από Συστήματα Υπερυψηλού Κενού, τα οποία διατηρούν τις απαραίτητες για τις επιφανειακές μελέτες συνθήκες κενού και πάνω στα οποία είναι προσαρμοσμένα κατάλληλα όργανα για το χειρισμό και κατεργασία των αναλυόμενων δειγμάτων και για την υλοποίηση των τεχνικών που διαθέτει το εργαστήριο. Κάθε πλήρης θάλαμος κενού υποστηρίζεται εξωτερικά από τα τροφοδοτικά των οργάνων και συστήματα Η/Υ και ηλεκτρονικών/δικτυακών διεπιφανειών (interfaces) μέσω των οποίων γίνεται η συλλογή και η επεξεργασία των πειραματικών δεδομένων. Το κεντρικό σύστημα με τις επτά τεχνικές περιλαμβάνει: – Κανόνι ιοντοβολής αργού Ribere/Cameca με δυνατότητα σάρωσης για επιφανειακό καθαρισμό δειγμάτων. – Πηγές εξάχνωσης μετάλλων για την in situ παρασκευή λεπτών υμενίων σε επιφάνειες διαφόρων υποστρωμάτων. – Ημισφαιρικό Ενεργειακό Αναλύτη Ηλεκτρονίων/Ιόντων Leybold EA-11 150 mm. Σε συνδυασμό με τον αναλύτη χρησιμοποιούνται : – Συμβατική πηγή ακτίνων-Χ διπλής ανόδου Specs/XR-30 για την τεχνική XPS, – Πηγή υπεριώδους Specs (UV) για την UPS, – Πηγή ηλεκτρονίων Specs PU-EQ 22) για τις AES, EELS, – Πηγή ιόντων Specs (PU-IQE 12/38) για την ISS. Υπάρχουν επίσης : – Συσκευή μέτρησης έργου εξόδου Δφ-Εlektronik (S-type Kelvin Probe). – Διάταξη Περίθλασης Ηλεκτρονίων WA Technology (reverse view) για την τεχνική LEED, υποστηριζόμενη από λογισμικό VSI Aida-PC video-LEED για την καταγραφή και ανάλυση των εικόνων περίθλασης. – Φασματογράφος μάζας Balzers Quadrupole Mass Analyzer (με διαφορική άντληση) για τις τεχνικές TPD/TPR. Το δεύτερο Σύστημα Υπερυψηλού Κενού, με πλήρως αυτοματοποιημένο σύστημα χειρισμού δειγμάτων (Surface Analysis System MAX200, LEYBOLD / SPECS) φέρει αναβαθμισμένο ενεργειακό αναλύτη SPECS ΕΑ-200 με πολυδιαυλική ανίχνευση και τις απαραίτητες πηγές ακτίνων-Χ και ιόντων για την υλοποίηση των τεχνικών XPS και ISS. ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επιστήμη Επιφανειών και Ετερογενής Κατάλυση: Γενικά διερευνάται η επίδραση των μετρούμενων επιφανειακών ιδιοτήτων για διάφορες μορφές καταλυτών πάνω στη ροφητική και καταλυτική τους συμπεριφορά. Ι. Πρότυπα Πειράματα με μονοκρυστάλλους, όπως: Ο /CO σε 2 Ir(110), ΝΟ/Ru(0001), CO σε κράματα Sn/Ni(111) και Sn/Rh(111). ΙΙ. Μελέτη Ρεαλιστικών Πρότυπων Καταλυτών (ελεγχόμενου μεγέθους σωματίδια μετάλλων αναπτυσσόμενων υπό UHV πάνω σε επίπεδα υποστρώματα), όπως: ρόφηση CO σε Rh/Al O , ανάπτυξη Ni, Sn ή Cr σε 2 3 Al O , ZrO 2 ή NiO, πρότυποι καταλύτες Ziegler-Natta (MgCl 2 και Ti σε SiO 2 ή 2 3 μονοκρυστάλλους Ti και Si). 89

Επιφανειακές και διεπιφανειακές ιδιότητες Ηλεκτρονικών Υλικών και Διατάξεων: Γενικά διερευνάται με φασματοσκοπικές τεχνικές (κυρίως XPS, UPS) η συμπεριφορά διαφόρων διεπιφανειών σε διατάξεις επάλληλων υπέρλεπτων υμενίων, είτε σχηματισμένων in situ είτε προπαρασκευασμένων από συνεργαζόμενες ομάδες, και η σχέση της με τα ηλεκτρικά τους χαρακτηριστικά σε σύγχρονες τεχνολογίες (μικρο-, οπτο-ηλεκτρονική, φωτοβολταϊκά, σύνθετα υλικά). Ι. Διεπιφάνειες για οργανικά ηλεκτρονικά, όπως: Ooct-OPV5 / Au, ITO, Si, SiO , 2 Φθαλοκυανίνες ή Περυλενικά ολιγομερή σε μέταλλα και ημιαγωγούς. ΙΙ. Διεπιφάνειες μετάλλου/ημιαγωγού (ανάπτυξη φραγμάτων Shottky ή/και διεπιφανειακές αντιδράσεις), όπως: μέταλλο ή μεταλλικό πυριτίδιο/Si, π.χ. ReSi2/Si (111) και ErSi2/Si (100), μέταλλο σε ημιαγωγούς ευρέος χάσματος, π.χ. Er, Cu, Re ή Cr σε 6H- και 4H-SiC(0001), 4H-SiC(11-20) και GaN(0001). ΙΙΙ. Μεταλλικά και διμεταλλικά νανοϋμένια σε μονοκρυστάλλους οξειδίων, όπως: Cu/ZrO (100), 2 Au/ZrO (100) and Au-Ni /ZrO (100), όπου η ζιρκονία είναι σταθεροποιημένη με 9% mol ύττρια. 2 2 2 3 IV. Υμένια Ανθρακα (προσδιορισμός του sp ή sp χαρακτήρα), όπως: DLC (διαμάντι), γραφίτης ή άμορφος C πάνω σε Si. Προηγμένη επιφανειακή ανάλυση: Χρησιμοποιείται κυρίως η φασματοσκοπία XPS για τον επιφανειακό χαρακτηρισμό δειγμάτων πάσης φύσεως στερεών υλικών στο πλαίσιο ερευνητικών συνεργασιών ή/και παροχής υπηρεσιών. Ι. Στηριγμένοι καταλύτες (π.χ. Mo και Ni-Mo, διμεταλλικοί Ru-Pt- ή Ni-Pt) σε διάφορα πορώδη οξειδικά υποστρώματα, μονόλιθους ή μεταλλικά πλέγματα. ΙΙ. Πολυκρυσταλλικό SiC μετά διαβροχή από μέταλλα (π.χ. Sn, Ni ). ΙΙΙ. In situ μελέτη φαινομένων spillover και ηλεκτροχημικής προώθησης με XPS και μετρήσεις WF ηλεκτροδίων Pt σε στερεούς ηλεκτρολύτες (Pt/ZrO , Pt/TiO ,Pt/a''-Al O ). IV. SiC, φουλλερένια, SiO , Si N , HfO , HfSiO4, ZnO, 3 2 2 2 3 4 2 2 οξείδια σπανίων γαιών και διάφορα πολυ-οξο-μεταλλοειδή σε μορφή υμενίων για εφαρμογές μικροηλεκτρονικής (high-k oxides) και αισθητήρων. V. Βιοϋλικά, όπως: πρωτεΐνες σε κράματα Ti, οδοντικά πρόσθετα, χρησιμοποιημένα stent χοληφόρων, δείγματα δέρματος μετά από κατεργασία με πλάσμα. VI. Πολυμερικά ή ολιγομερικά υλικά, όπως: νανοσύνθετα, οργανικά υμένια και επιφανειακά τροποποιημένα πολυμερή (π.χ. με πλάσμα , χημικά ή με ένζυμα). VII. Στρωματικές διατάξεις επάλληλων νανοϋμενίων πάνω σε μονοκρυστάλλους ημιαγωγών για εφαρμογές μικροηλεκτρονικής, όπου τα φασματοσκοπικά δεδομένα προσομοιώνονται έτσι ώστε να προκύπτουν ταυτόχρονα πάχος και σύσταση κάθε υμενίου χωριστά. 90

91

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΤΕΡΟΓΕΝΟΥΣ ΚΑΤΑΛΥΣΗΣ IΣΤΟΡΙΑ Το Εργαστήριο Ετερογενούς Κατάλυσης (ΕΕΚ) του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών ιδρύθηκε το 1987 και διευθύνεται από τον καθηγητή Ξενοφώντα Βερύκιο. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Ξενοφών Βερύκιος Καθηγητής [email protected] Δημήτριος Κονταρίδης Καθηγητής [email protected] Web Site: http://www.chemeng.upatras.gr/en/content/laboratory-heterogeneo ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Στο ΕΕΚ διεξάγεται βασική και εφαρμοσμένη έρευνα με έμφαση στη σύνθεση, τον χαρακτηρισμό και τη βελτιστοποίηση καταλυτικών υλικών, την ανάλυση και το σχεδιασμό αντιδραστήρων, και την ανάπτυξη καινοτόμων διεργασιών περιβαλλοντικού και ενεργειακού ενδιαφέροντος. Μελετώνται, επίσης, η αλληλεπίδραση των αντιδρώντων μορίων με τις καταλυτικές επιφάνειες, και η κινητική και o μηχανισμός των καταλυτικών αντιδράσεων σε ευρεία περιοχή θερμοκρασιών. ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Το ΕΕΚ είναι άρτια εξοπλισμένο και έχει αναπτύξει την απαραίτητη μεθοδολογία και τις τεχνικές που απαιτούνται για τη σύνθεση, τον χαρακτηρισμό, την αξιολόγηση και τη βελτιστοποίηση καταλυτών και αντιδραστήρων, καθώς και για την κινητική και μηχανιστική μελέτη αντιδράσεων. Σε αυτές περιλαμβάνονται: (α) τεχνικές σύνθεσης (φωτο)καταλυτών στη μορφή κόνεων, λεπτών υμενίων ή δομημένων υλικών, (β) τεχνικές χαρακτηρισμού που βασίζονται σε ένα ευρύ φάσμα φασματοσκοπικών και μικροσκοπικών μεθόδων (DRS, DRIFTS, BET, UV/vis, πρόσβαση σε XRD, Raman, SEM/EDX, TEM, UPS, XPS), (γ) πλήρη συστήματα για την αξιολόγηση (φωτο)καταλυτών εξοπλισμένα με αναλυτικά όργανα για την ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των αντιδρώντων και των προϊόντων στην αέρια και την υγρή φάση (GC, GC/MS, UV/vis); (δ) συσκευές για την εκτέλεση πειραμάτων με τεχνικές TPD, TPO, TPR, TPSR, και άλλων δυναμικών πειραμάτων (transient-MS, DRIFTS) για τη μελέτη του μηχανισμού των αντιδράσεων. 92

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Το ΕΕΚ έχει συμμετάσχει σε μεγάλο αριθμό ερευνητικών προγραμμάτων χρηματοδοτούμενων από την Ευρωπαϊκή Ένωση, Εθνικούς πόρους και από τη βιομηχανία, με συνολικό προϋπολογισμό που ξεπερνά τα 6.000.000 €. Οι δημοσιεύσεις του Εργαστηρίου σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά με κριτές ξεπερνούν τις 250, ενώ τα πρωτότυπα αποτελέσματα προστατεύονται από 7 Εθνικά, Ευρωπαϊκά και διεθνή διπλώματα ευρεσιτεχνίας. Τα τελευταία χρόνια, το ΕΕΚ έχει πρωτοπορήσει, σε παγκόσμια κλίμακα, σε δύο τομείς επιστημονικής και τεχνολογικής έρευνας, οι οποίοι έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον μεγάλου αριθμού επιστημόνων: (α) Ετερογενής καταλυτική αναμόρφωση βιοκαυσίμων, όπως η βιοαιθανόλη, το βιοαέριο και το βιοέλαιο, για την παραγωγή υδρογόνου για εφαρμογές κυψελών καυσίμου ή αερίου σύνθεσης για την παραγωγή χημικών ενώσεων, και (β) Φωτοκαταλυτική αναμόρφωση προϊόντων και παραγώγων βιομάζας για την παραγωγή υδρογόνου σε συνθήκες περιβάλλοντος. Στον πρώτο τομέα, προτάθηκε μια ολοκληρωμένη διεργασία, η οποία περιλαμβάνει την αξιοποίηση αποβλήτων βιομάζας, καλλιεργειών “ενεργειακών” φυτών και γεωργικών υπολειμμάτων για την παραγωγή βιοαιθανόλης και βιοαερίου. Αυτή η διεργασία έχει περιγραφεί σε διεθνή διπλώματα ευρεσιτεχνίας και έχει προσελκύσει σημαντικό ενδιαφέρον. Εκτός από την ολοκληρωμένη διεργασία, αναπτύχθηκαν και βελτιστοποιήθηκαν καταλύτες για τα διάφορα στάδιά της όπως οι αντιδράσεις αναμόρφωσης, μετατόπισης του CO με ατμό, και εκλεκτικής μεθανοποίησης του CO, καθώς και καινοτόμες διαμορφώσεις αντιδραστήρων με ενσωματωμένα καταλυτικά υλικά και προηγμένους μηχανισμούς μεταφοράς θερμότητας. Με τον τρόπο αυτόν, αναπτύχθηκαν συμπαγείς και εξαιρετικά αποτελεσματικοί αντιδραστήρες. Οι καινοτόμοι καταλύτες και οι αντιδραστήρες που αναπτύχθηκαν έχουν αποτελέσει το αντικείμενο τριών διεθνών διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας . Στη δεύτερη ερευνητική περιοχή δείχθηκε για πρώτη φορά ότι τρεις άφθονες και ανανεώσιμες πηγές (ηλιακή ακτινοβολία, βιομάζα και νερό) μπορούν να χρησιμοποιηθούν με αποτελεσματικό τρόπο για την παραγωγή υδρογόνου και ενέργειας. Διαπιστώθηκε ότι η αναμόρφωση συστατικών και παραγώγων της βιομάζας προς υδρογόνο μπορεί να επιτευχθεί σε συνθήκες περιβάλλοντος με χρήση ηλιακής ακτινοβολίας και ενός φωτοκαταλύτη. Αυτή η διεργασία, θα μπορούσε να αντικαταστήσει τις ενεργειακά απαιτητικές θερμικές καταλυτικές διεργασίες, οι οποίες λαμβάνουν ο χώρα σε υψηλές θερμοκρασίες (~800 C). Ωστόσο, ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου που έχει επιτευχθεί μέχρι σήμερα είναι πολύ χαμηλός, ώστε να μην επιτρέπει πρακτικές εφαρμογές. Οι τρέχουσες προσπάθειες στο ΕΕΚ επικεντρώνονται στην ανάπτυξη φωτοκαταλυτικών υλικών με αυξημένη απόκριση στην ορατή ακτινοβολία, ώστε να αυξηθεί ο ρυθμός παραγωγής υδρογόνου σε πρακτικώς ελκυστικά επίπεδα. 93

ΔΙΔΑΚΤΟΡΕΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΔΙΔΑΚΤΟΡΙΚΟΙ ΣΥΝΕΡΓΑΤΕΣ ΤΟΥ ΕΕΚ Στο Εργαστήριο Ετερογενούς Κατάλυσης έχουν εκπονηθεί περισσότερες από 25 διδακτορικές διατριβές και δεκάδες μεταπτυχιακές και προπτυχιακές διπλωματικές εργασίες. Πολλοί από τους διδάκτορες και μεταδιδακτορικούς συνεργάτες του ΕΕΚ κατέχουν σήμερα διευθυντικές θέσεις στη βιομηχανία και το δημόσιο και άλλοι σε πανεπιστήμια και ερευνητικά ιδρύματα του εσωτερικού και του εξωτερικού. Στους τελευταίους περιλαμβάνονται οι παρακάτω: • Δέσποινα Βάμβουκα (Καθηγήτρια, Σχολή Μηχανικών Ορυκτών Πόρων, Παν. Κρήτης) • Άγγελος Ευσταθίου (Καθηγητής, Τμήμα Χημείας Παν. Κύπρου) • Κων/νος Πίκιος (Αν. Καθηγητής, ΑΤΕΙ Πάτρας) • Ευάγγελος Παπαδάκης (Καθηγητής, Τμήμα Διαχείρισης Περιβάλλοντος και Φυσικών Πόρων, Παν. Πατρών) • Θεόφιλος Ιωαννίδης (Δ/ντής Ερευνών, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ) • Δημήτρης Κονταρίδης (Καθηγητής, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Παν. Πατρών) 94

• Κων/νος Ελμασίδης (Επικ. Καθηγητής, Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης • Γεώργιος Αυγουρόπουλος (Επικ. Καθηγητής, Τμήμα Εοιστήμης Υλικών, Παν. Πατρών) • Παρασκευή Παναγιωτοπούλου (Επικ. Καθηγήτρια, Σχολή Μηχανικών Περιβάλλοντος, Πολυτεχνείο Κρήτης) Αναμνηστική φωτογραφία από τη βράβευση του Δ/ντή του ΕΕΚ Ξενοφώντα Βερύκιου (κέντρο) από την Ελληνική Καταλυτική Εταιρεία για την προσφορά του στην Επιστήμη της Κατάλυσης, η οποία πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του 14 ου Πανελλήνιου Συμποσίου Κατάλυσης (Οκτώβριος 2016). Διακρίνονται (από αριστερά προς τα δεξιά) οι διδάκτορες και μεταδιδακτορικοί συνεργάτες του ΕΕΚ Δημήτρης Κονταρίδης (Καθηγητής, Παν. Πατρών), Βασιλική Τσιπουριάρη (Επιθ. Εργασίας, Υπ. Εργασίας), Κυριακή Καρακίτσου (Δ/ντρια δραστηριοτήτων ΔΕΠΑ), Δημήτρης Παπαγεωργίου (Δ/ντης εργοστασίου ΤΙΤΑΝ, Δρέπανο), Παρασκευή Παναγιωτοπούλου (Επικ. Καθηγήτρια, Πολ. Κρήτης), Άγγελος Ευσταθίου (Καθηγητής, Παν. Κύπρου), Θεόφιλος Ιωαννίδης, (Δ/ντης Ερευνών, ΙΤΕ/ΙΕΧΜΗ), Γιώργος Αυγουρόπουλος (Επικ. Καθηγητής, Παν. Πατρών), Παναγιώτης Παπαευθυμίου (Δήμος Πατρέων). 95

96

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΕΦΑΡΜΟΣΜΕΝΗΣ ΦΩΤΟΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΦΩΤΟΧΗΜΕΙΑΣ (ΕΕΦΦ) IΣΤΟΡΙΑ Το εργαστήριο Εφαρμοσμένης Φωτοφυσικής και Φωτοχημείας (ΕΕΦΦ, η ονομασία στα Αγγλικά είναι Applied Photophysics and Photochemistry Laboratory, APPL) ιδρύθηκε το 1984 ως ερευνητική δραστηριότητα του Γενικού Τμήματος της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών για να διεξαγάγει έρευνα και να εκπαιδεύσει φοιτητές και ερευνητές σε θέματα που άπτονται της μελέτης εφαρμογών της φωτεινής ακτινοβολίας. Το 2013 και κατόπιν της κατάργησης του Γενικού Τμήματος ενετάχθη στο Τμήμα Χημικών Μηχανικών της ιδίας Σχολής και έκτοτε αποτελεί ερευνητική δραστηριότητα του Τμήματος Χημικών Μηχανικών. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΔΡΑΣΤΗΡΙΟΤΗΤΩΝ ΕΡΕΥΝΑΣ Όπως αναφέρει και το όνομά του, το εργαστήριο μελετά εφαρμογές της φωτεινής ακτινοβολίας που κατηγοριοποιούνται στο χώρο της Φωτοφυσικής και της Φωτοχημείας. Ποιο αναλυτικά, οι διαχρονικές και οι πρόσφατες ερευνητικές δραστηριότητες περιλαμβάνουν τα εξής αντικείμενα: • Χρήση φθοριζόντων ιχνηθετών για τη μελέτη της δυναμικής κολλοειδών: Μοριακή οργάνωση τασιενεργών και λιπιδίων σε διαλύματα. Δομή και δυναμική μικυλλίων, μικρογαλακτωμάτων, κυστιδίων και βιολογικών μεμβρανών. Αλληλεπίδραση πολυμερών και οργανωμένων μοριακών φάσεων. Αλληλεπίδραση πρωτεϊνών με λιπιδικά στρώματα. Πολυμερισμός σε οργανωμένες μοριακές φάσεις. Σχηματισμός νανοσωματιδίων σε περιορισμένους χώρους. Χρήση οργανωμένων μοριακών φάσεων ως εκμαγείων για την παρασκευή νανοσωματιδίων. • Μετατροπή της ηλιακής ακτινοβολίας, Ηλιακά στοιχεία: Ηλιακά στοιχεία τρίτης γενιάς. Ευαισθητοποιημένες ηλιακές κυψελίδες. Οργανικά-ανόργανα ηλιακά στοιχεία. Στοιχεία κβαντικών τελειών. Περοβσκιτικά ηλιακά στοιχεία. Μελέτη καινοτόμων υλικών και κατασκευή συσκευών. • Φωτοηλεκτροχημική μετατροπή της ηλιακής ενέργειας: Φωτοστοιχεία καυσίμου για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ή υδρογόνου με κατανάλωση υδατοδιαλυτών ρύπων. Μελέτη καινοτόμων υλικών και ανάπτυξη συσκευών. • Φωτοκαταλυτική επεξεργασία του ύδατος: Φωτοκαταλυτική και φωτοηλεκτροκαταλυτική αποικοδόμηση οργανικών ρύπων. 97

• Οργανικοί φωτοδίοδοι: Μελέτη οργανομεταλλικών συμπλόκων για την εκπομπή φωτοφωταύγειας και ηλεκτροφωταύγειας και για την κατασκευή οργανικών LED. • Μη συμβατικές πηγές φωτεινής ακτινοβολίας: Εκπομπή φωτός από οργανικά-ανόργανα πηκτώματα. Ενίσχυση του φωτός και εκπομπή μονοχρωματικής ακτινοβολίας μέσω φαινομένων πολλαπλής σκέδασης. Ενίσχυση της φωτοβολταϊκής μετατροπής: Αύξηση της απόδοσης φωτοβολταϊκών στοιχείων μέσω της συγκέντρωσης του φωτός με τη βοήθεια φωσφόρων. ΠΡΟΣΩΠΙΚΟ Παναγιώτης Λιανός Ομότιμος Καθηγητής [email protected] Δημήτριος Ράπτης [email protected] Web Site: https://scholar.google.com/citations?hl=en&user=_WQtUJIAAAAJ&view ΒΑΣΙΚΟΣ ΕΞΟΠΛΙΣΜΟΣ Ο εξοπλισμός του εργαστηρίου έχει σχεδιασθεί ώστε να υποστηρίζει τα αντικείμενα της παραπάνω έρευνας. Περιλαμβάνει • Φασματοφωτόμετρα απορρόφησης και εκπομπής φωτός και συσκευές για την καταγραφή δυναμικών φαινομένων μέσω χρονικής ανάλυσης φθορισμού. • Διατάξεις χαρακτηρισμού φωτοβολταϊκών στοιχείων • Όργανα μέτρησης της εντάσεως της φωτεινής ακτινοβολίας • Όργανα ηλεκτροχημικής ανάλυσης, και Αέριους χρωματογράφους 98

ΕΡΓΑ-ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Τα παρακάτω περιγράφουν εν συντομία μερικά από τα κυριότερα έργα που υλοποιήθηκαν στο ΕΕΦΦ και τα αποτελέσματά τους. Χρήση οργανωμένων μοριακών φάσεων ως εκμαγείων σχηματισμού νανοσωματιδίων ημιαγωγών. Η νανοτεχνολογία έχει προχωρήσει με άλματα και είμαστε σήμερα σε θέση να παράγουμε νανοσωματίδια με εύκολες και ήπιες χημικές διαδικασίες σε συνθήκες περιβάλλοντος. Το ΕΕΦΦ έχει συμβάλει στα πρώτα βήματα αυτού του πεδίου με την παρασκευή νανοσωματιδίων CdS και TiO 2 ελεγχόμενου μεγέθους, χρησιμοποιώντας μικρογαλακτώματα σχηματιζόμενα από αμφίφιλα τασιενεργά μόρια, που σχηματίζουν οργανωμένες φάσεις διασποράς ύδατος σε έλαιο ή ελαίου σε ύδωρ. Η οργανωμένη μοριακή φάση περιορίζει την αύξηση του μεγέθους του κρυστάλλου και επέτρεψε το σχηματισμό νανοσωματιδίων ελεγχόμενου μεγέθους. Σταθεροποίηση ημιαγωγών σε σταθερά υποστρώματα και μελέτη ανακτήσιμων φωτοκαταλυτών για την ενισχυμένη οξείδωση υδατοδιαλυτών ρύπων. Η φωτοκαταλυτική επεξεργασία για την ανακύκλωση του ύδατος θεωρείται από τις πιο δυναμικές προχωρημένες μεθόδους οξείδωσης. Η σταθεροποίηση των φωτοκαταλυτών σε στερεά υποστρώματα επιτρέπει την ανάκτηση των φωτοκαταλυτών αλλά και τη χρήση ηλεκτροδίων με σκοπό τη φωτοηλεκτροχημική ενίσχυση της φωτοκατάλυσης. Το ΕΕΦΦ έχει αναπτύξει επιτυχείς μεθόδους εναπόθεσης φωτοκαταλυτών σε αδρανή και αγώγιμα υποστρώματα και έχει αναπτύξει μεθόδους εκτύπωσης φωτοκαταλυτών σε ηλεκτρόδια με σκοπό την κατασκευή μεγάλων επιφανειών με μικρό κόστος. Τα ηλεκτρόδια αυτά χρησιμοποιήθηκαν επιτυχώς σε ποικίλες εφαρμογές. Μελέτη ηλιακών στοιχείων τρίτης γενιάς. Αν και ο όρος μπορεί να επεκταθεί σε μία ευρεία γκάμα υλικών και διατάξεων, τα περισσότερα ηλιακά στοιχεία 3 ης γενιάς περιλαμβάνουν νανοδομημένα στοιχεία με ευαισθητοποιητές και ηλεκτρολύτες ή αγώγιμα πολυμερή, όπως είναι τα Dye-sensitized solar cells (DSSC), Quantum dot sensitized solar cells (QDSSC), perovskite solar cells (PSC) καθώς και αμιγώς οργανικά ηλιακά στοιχεία. Τα στοιχεία αυτά παρασκευάζονται με ήπιες χημικές διεργασίες σε συνθήκες περιβάλλοντος και μπορούν να εναποτεθούν σε στερεά υποστρώματα χρησιμοποιώντας τεχνικές εκτύπωσης. Η ομάδα του ΕΕΦΦ έχει εστιάσει στην κατασκευή ηλιακών στοιχείων με γνώμονα το χαμηλό κόστος και την απλούστευση της κατασκευής. Έτσι στην περίπτωση των DSSC έχει αναπτύξει στερεούς ηλεκτρολύτες εξαλείφοντας το κόστος στεγανοποίησης. Στην περίπτωση των QDSSC έχει κατασκευάσει στοιχεία με υδατικούς χαμηλού κόστους ηλεκτρολύτες. Στην περίπτωση των PSC έχει αναπτύξει μεθόδους κατασκευής στοιχείων με εκτύπωση μέσω μεταξοτυπίας χωρίς οργανικά συστατικά, κλπ. 99

Φωτοστοιχεία καυσίμου. Η φωτοηλεκτροχημική οξείδωση οργανικών υλικών μπορεί να οδηγήσει στην παραγωγή είτε ηλεκτρικής ενέργειας ή στην παραγωγή υδρογόνου. Η μέθοδος στηρίζεται στην φωτοκαταλυτική οξείδωση του «καυσίμου» στην άνοδο ενός ηλεκτροχημικού στοιχείου, με ταυτόχρονη απελευθέρωση ηλεκτρονίων που δημιουργούν ηλεκτρικό ρεύμα. Στην κάθοδο γίνεται είτε αναγωγή οξυγόνου είτε αναερόβια αναγωγή ύδατος ή πρωτονίων, παράγοντας υδρογόνο. Τα στοιχεία αυτά λειτουργούν με τη λογική ενός στοιχείου καυσίμου. Η φωτοκαταλυτική οξείδωση επιτρέπει την χρήση πληθώρας υλικών ως καυσίμου, συμπεριλαμβανομένων υδατοδιαλυτών ρύπων. Έτσι μπορεί να παραχθεί ανανεώσιμη ενέργεια με κατανάλωση ρύπων. Το ΕΕΦΦ έχει επιτύχει διεθνή πρωτοπορία με αυτή την τεχνική και έχει μελετήσει μία ευρεία γκάμα υλικών και διατάξεων. Ενίσχυση της απόδοσης ηλιακών στοιχείων μέσω συγκέντρωσης ακτινοβολίας με τη βοήθεια φωσφόρων. Το ηλεκτρικό ρεύμα που παράγει ένα ηλιακό στοιχεία είναι τόσο μεγαλύτερο όσο ευρύτερη είναι η φασματική περιοχή απορρόφησης φωτονίων. Εν τούτοις, μεγάλο ποσοστό της αναρροφούμενης ενέργειας χάνεται με εσωτερική μετατροπή σε θερμότητα. Ένα ιδανικό ηλιακό στοιχείο δεν θα επέτρεπε φαινόμενα εσωτερικής μετατροπής, κάτι τέτοιο όμως παρεμποδίζεται από φυσικούς νόμους. Το πρόβλημα αυτό μπορεί να ξεπερασθεί με τη χρήση φωσφόρων, οι οποίοι συγκεντρώνουν την ακτινοβολία και την εκπέμπουν στο μήκος κύματος φωτοβολταϊκής μετατροπής είτε με down conversion είτε με up conversion μειώνοντας έτσι τις απώλειες. Το ΕΕΦΦ έχει αναπτύξει φωσφόρους με αυτές τις ιδιότητες και τις εφαρμόζει με επιτυχία σε ηλιακά στοιχεία τρίτης γενιάς και κλασικά φωτοβολταϊκά πυριτίου. 100