HTCelect

Projekta apraksts

Projekta galvenais mērķis ir vienlaikus iegūt cietos un šķidros produktus ar augstu pievienoto vērtību, hidrotermiski pārstrādājot biomasas ogļhidrātus, tādējādi veicinot biorafinēšanas rūpnīcas attīstību. Cietie produkti būs jauna veida oglekļa elektrodu materiāli, savukārt šķidrie blakusprodukti tiks pētīti kā ķīmiskās rūpniecības resurss. Lignocelulozes koksnes cukuru izmantošana ir jauna pieeja inovatīvu oglekļa materiālu iegūšanai, kas, termiski apstrādājot, nodrošinās jaunus efektīvus materiālus enerģijas iegūšanai. Atbilstoši biorafinēšanas pieejai, lai maksimāli palielinātu iegūto materiālu vērtību un samazinātu atkritumu daudzumu, projekts atbilst Latvijas Viedās specializācijas stratēģijai (RIS3) jomā "Zināšanu ietilpīga bioekonomika" oglekļa materiālu radīšanā, kas varētu konkurēt ar komerciāli elektrodiem un katalizatoriem. 

Projekta ietvaros Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūtā tiks iegūti jauni atjaunojamie oglekļa materiāli, kas turpmāk tiks termiski apstrādāti un izmantoti mobilitātē (Center for Physical Sciences and Technology, Viļņā, Lietuvā (FTMC), kuru vadīs Dr. Loreta Tamašauskaite-Tamašiunaite ) kā degvielas šūnu elektrokatalizatori un bateriju elektrodu materiāls. Šis darbs ne tikai sniedz pētījumu par cieto un šķidro produktu īpašībām pēc biomasas hidrotermiskās apstrādes, bet arī sniedz teorētisku platformu jaunu efektīvu oglekļa materiālu iegūšanai enerģētikā.

Uzsaukums: Eiropas Savienības kohēzijas politikas programmas 2021.–2027. gadam 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa "Pētniecības un inovāciju kapacitātes stiprināšana un progresīvu tehnoloģiju ieviešana kopējā P&A sistēmā" īstenošana.

Aktivitāte: 1.1.1.9. pasākuma "Pēcdoktorantūras pētījumi".

Projekta kopējais finansējums: 184 140 EUR, t.sk. Eiropas Reģionālās attīstības fonda  līdzfinansējums 85% apmērā – 156 519 EUR.

Projekta ilgums: 36 mēneši

Projekta īstenošanas vieta: Latvijas Valsts koksnes ķīmijas institūts

Projekta īstenošanas gaita

15.08.2026.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.04.2026. līdz 14.08.2026.

Uzsākta aktivitāte Nr.2 “Hidrotermiskā sintēze, lai iegūtu SB un šķidros blakusprodukts uz anhidrocukuru (AS) un fibenola cukura šķīduma (FS) bāzes”.

• Bioeļļa tika iegūta, izmantojot divpakāpju procesu. Vispirms koksnei tika veikta katalītiskā priekšapstrāde ar sērskābi, kam sekoja lignocelulozes pirolīze pārkarsēta tvaika plūsmā. Šī procesa mērķis bija iegūt anhidrocukurus, galvenokārt levoglikozānu (LG).
• Iegūtie šķidrie pirolīzes produkti ūdens kondensāta veidā tika koncentrēti iztvaicējot, iegūstot bioeļļu. Pēc tam anhidrocukuru frakcija tika atdalīta no pārējā kondensāta, izmantojot jonu apmaiņas sveķus.
• Uzsākta anhidrocukuru hidrotermiskā karbonizācija.

Turpinās aktivitāte Nr.3 “SB termiskās un termoķīmiskās apstrādes procesa izstrāde un tā ietekme uz elektroķīmiskajiem parametriem”.

• Turpinās uz monosaharīdu bāzes iegūtu bioogļu termiskā apstrāde 600–1000 °C temperatūrā un “coin cell” bateriju testi.  vaikta elementanalīzes, porainās struktūras un Īpatnējā lādiņietilpība (pēc 10 cikliem) salīdzinājums. Pēc priekšmēģinājumiem var secināt, ka lielākā lādiņietilpība ir paraugam ar viss mazāko skābekļa saturu, attiecīgi 256 mAh/g.

•  Turpinās bioogļu uz monosaharīdu bāzes termoķīmiskā apstrāde, kā aktivātoru izmantojot NaOH (800 °C). Veikta elementanalīze iegūtajām aktīvajām oglēm. Pēc aktivācijas saglabājas augsts skābekļa daudzums, kas var liecināt par ka materiāls pirms aktivācijas satur daudz skābekļa grupas, kuras nav reaģētspējīgas ar NaOH.  Lai apstiprinātu šādu hipotēzi, tika sagatavota jauna paraugu sērija ar priekšapstrādi 400, 500, 600°C un noteiktas virsmas funkcionālo grupu izmaiņas. 

Turpinās aktivitāte Nr. 4 "Komunikācija un izplatīšana".

Ēnu dienas 2026 ietvaros divas 9. klases skolnieces tika iepazīstinātas ar zinātnieka darbu institūtā, tai skaitā projektā plaši pielietotām metodēm, kā hidrotermisko karbonizāciju un skenējošā elektronmikroskopa (SEM) izmantošanu.

1.attēls.  Ēnu diena 2026 LVKKI

• Publikācijas:

21.04.2026 Publicēts raksts “Insights into Carbon Sphere Formation from Glucose and Levoglucosan During Hydrothermal Carbonisation” MDPI žurnālā Molecules  https://doi.org/10.3390/molecules31081363

27.05.2026 publicēts raksts “Hydrothermal Synthesis of Carbon Microspheres from Lignocellulosic Bio-Oil” MDPI žurnālā C; https://www.mdpi.com/2311-5629/12/2/47?utm_source=researchgate.net&utm_medium=article

• Dalība starptautiskajā konferencēs:

No 6-8.05.2026 dalība“International Conference for Young Scientists on Biorefinery Technologies and Products BTechPro!” konferences organizēšanā. Žūrijas komisijas loceklis konferences laikā rīkotajā BisC-E 2026 latvijas finālā.

2. attēls. International Conference for Young Scientists on Biorefinery Technologies and Products BTechPro!.

No 7-11.2026 ar stendara referātu “Comparative Study on the Hydrothermal Carbonization of Glucose and Levoglucosan: Understanding Carbon Sphere Formation Pathways” piedalījās konforencē “25th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis - PYRO2026”.

3. attēls. 25th International Symposium on Analytical and Applied Pyrolysis (PYRO2026).

•  No 16.–19. 06.2026 Dalība Biosorbwatch rīkotā seminārā Maria Curie Sklodowska Unversitāti Lublinā , polijā, kur paredzēts prezentēt savu Pēcdoktorantūras pētījumu projekta “Hidrotermiskā apstrāde kā platforma pievienotās vērtības cieto un šķidro biomasas produktu valorizācijai”.

  
   

4. attēls. BioSorbWatch seminārs.

• No 2 -06.08.2026 mobilitāte  “Center for Physical Sciences and Technology  (FTMC)”, Lietuvā, Viļņā.
• Pilnas šūnas bateriju testi un pušūnas ciklējamības testi paraugiem uz monosaharīdu bāzes.

31.03.2026.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.10.2026. līdz 31.03.2026. 

Uzsākta aktivitāte Nr.3 “SB termiskās un termoķīmiskās apstrādes procesa izstrāde un tā ietekme uz elektroķīmiskajiem parametriem”.

• Uzsākta uz monosaharīdu bāzes iegūtu bioogļu termiskā apstrāde 600–1000 °C temperatūrā. Procesa rezultātā iegūtas blīvas ogles, kā arī veikti detalizēti porainās struktūras mērījumi. Rezultāti liecina, ka biooglēm, kas hidrotermiski karbonizētas 250 °C un pēc tam apstrādātas 1000 °C temperatūrā, ir būtiski lielāks īpatnējais virsmas laukums nekā materiāliem, kas iegūti 300 °C temperatūrā. Pie 250 °C sasniegts virsmas laukums 211 m² g⁻¹ (izmantojot glikozi) un 110 m² g⁻¹ (izmantojot levoglikozānu), savukārt pie 300 °C attiecīgās vērtības ir ievērojami zemākas — 35 m² g⁻¹ un 8 m² g⁻¹.

• Uzsākta Bioogļu uz monosaharīdu bāzes termoķīmiskā apstrāde, kā aktivātoru izmantojot NaOH (800 °C). Lai nodrošinātu daļiņu nesabrukšanu veikta termiskā priekšapstrāde 600 ° C un tai sekojoša termoķīmiskā aktivācija. Veiksmīgas aktivācijas rezultātā tika iegūtas bioogles ar lielu īpatnējo virsmas laukumu (virs 1900 m2g-1)  saglabājot sfēriku morfoloģiju.

• Mobilitātes laikā termiski un termoķīmiski apstrādātajiem paraugiem tika noteiktas elektroķīmiskās īpašības.  Termiski 1000 ° C apstrādāti paraugi tika sagatavoti Na bateriju testiem. Apgūta tintes pagatavošana, tintes uzklāšana, eletroda sagatavošana un elektrolīta pagatavošana. Veikti “coin cell” pusšūnas cikliskās voltamperometrijas un ciklēšanas testi. Termoķīmiski apstrādāti paraugi tika sagatavoti katalizatoru testiem, kuri tika testēti ar retējošā diska elektroda metodi kā skābekļa reducēšanās katalizatori. Apgūta tintes, elektroda un elektrolīta sagadavošna. Veikti cikliskās voltamperometrijas un lineriāri skenējošās voltamperometrijas testi.

Turpinās aktivitāte Nr. 4 "Komunikācija un izplatīšana".

No 30. 11-20.12.2026 mobilitāte  “Center for Physical Sciences and Technology  (FTMC)”, Lietuvā, Viļņā:

• Vizītes sākumā tika prezentēts institūts, pēcdokturantūras projekts, mobilitātes mērķi un sasniedzamie rezultāti.
• Veikti priekšmēģinājumi skābekļa reducēšanās reakcijas un bateriju testiem, lai optimizētu sintēži un termiskās un termoķīmiskās pēcapstrādes apstākļus.
   

30.09.2025.

Projekta progresa ziņojums par periodu no 01.04.2025. līdz 30.09.2025.

Veikta aktivitāte Nr.1 "Jaunu sfērisku bioogļu (SB) un šķidro blakus produktu iegūšana, hidrotermiski karbonizējot (HTC) monosaharīdus".

• Monosaharīdi kā references materiāli HTC. Glikoze (G) un levoglikozāns (LG) tika izmantoti kā references materiāli HTC procesā dažādos apstākļos (temperatūras 150, 200, 250 un 300 °C; reakcijas laiki 4, 8 un 16 stundas; izejvielas un ūdens attiecība). Cietās daļiņas tika atdalītas ar filtrāciju un tiks izmantotas modifikācijai turpmākās aktivitātēs.
• Šķidro blakusproduktu sastāvs. HTC šķidrie blakusprodukti tika savākti un analizēti. Izmantojot potenciometrisko titrēšanu skābēm, aldehīdiem un fenoliem. Tika noteikts sausnas saturs un pH. Noskaidrots, ka, palielinot sintēzes temperatūru, šķidrajos paraugos samazinājās pH, sausnas saturs un aldehīdu koncentrācija, bet palielinājās skābju daudzums.
• Bioogles testēšana. Pēc filtrācijas un mazgāšanas cietās daļiņas tika savāktas, un tika uzsākta to raksturošana un salīdzināšana, izmantojot elementanalīzi, ķīmiskā sastāva noteikšanu (Py-GC/MS), virsmas funkcionālo grupu identifikāciju, kā arī daļiņu izmēru un morfoloģijas analīzi ar SEM. Noskaidrots, ka gan koncentrācija, gan apstrādes temperatūra un laiks ietekmēja materiāla morfoloģiju un sastāvu. Sfēriskas bioogles varēja iegūt pie 250 un 300 °C, savukārt vislielākais iznākums (28–45%) tika sasniegts 250 °C temperatūrā, ko ietekmēja izejvielas koncentrācija.

Uzsākta aktivitāte Nr. 4 "Komunikācija un izplatīšana".

• Intervija Latvijas Radio LR1, kurā tika skaidrots, kā bioogle var tikt izmantota elektriskajās ierīcēs, tostarp baterijās, degvielas šūnās un superkondensatoros. Klausīties interviju LR1
• Dalība starptautiskajā konferencē Carbon2025 ar stenda referātu: “Study of liquid and solid product formation after hydrothermal processing of carbohydrate and aromatic biomass derivatives”.

• Dalība Zinātnieku naktī 2025, iesaistot sabiedrību zinātnes popularizēšanas aktivitātēs.

   

01.04.2025.

Uzsākta projekta īstenošana.