Lietuvos energetikos instituto (LEI) vykdomos mokslinių tyrimų ir eksperimentinės plėtros (MTEP) veiklos, įskaitant ir parengtą „HORIZON EUROPE“ programos paraišką „New Generation of Biofuels Obtained from Waste for Sustainable Transport“, yra glaudžiai susijusios su pažangių katalizatorių, žaliųjų degalų, medžiagų inžinerijos ir anglies dioksido (CO2) panaudojimo technologijų plėtra. Šiuose tyrimuose didelis dėmesys skiriamas CO2 konversijos į metanolį, metaną ar kitus vertingus junginius procesų optimizavimui, pasitelkiant naujos kartos Cu/ZnO/γ-Al₂O₃ ir Mg-hidridų pagrindu sukurtus katalizatorius. Tyrimų tikslas – sukurti efektyvius katalizatorius, leidžiančius konvertuoti CO₂ žemesnėje temperatūroje (200–300 °C) ir slėgyje (1–10 bar), mažinant energijos sąnaudas ir skatinant CO2 utilizacijos technologijų taikymą pramonėje. Šių reakcijų kinetiką lemia paviršiaus defektų tankis, elektroninių būsenų lokalizacija bei metalo–oksido sąsajų pobūdis. Tai pokyčiai, kurie vyksta nanometriniu lygmeniu, kurių identifikavimui būtinas didelio jautrumo ir greitos dinaminės analizės priemonės. Todėl šių tyrimų tęstinumas ir kokybinė raida priklauso nuo galimybės taikyti aukšto jautrumo analitines technologijas. LEI laboratorinė bazė neužtikrina reikiamo analitinio tikslumo, būtino šiems procesams tirti. Šiuo metu nėra įrangos, suteikiančios galimybę sinchroniškai įvertinti katalizatorių paviršiaus struktūrinius pokyčius, todėl trūksta duomenų apie reakcijų selektyvumo valdymą, aktyviųjų centrų evoliuciją ir paviršiaus chemijos dinamiką. Esami prietaisai leidžia atlikti tik bendrą struktūrinę analizę (pvz., kristalinės struktūros ar paviršiaus morfologijos įvertinimą), tačiau nesuteikia galimybės nustatyti reakcinių produktų cheminės sudėties, tarpinių junginių formavimosi ar paviršiaus molekulinių pokyčių. Tai riboja galimybę analizuoti reakcijų kinetiką, selektyvumą ir katalizatorių deaktyvacijos mechanizmus. Pavyzdžiui, be dujų chromatografo nėra įmanoma kiekybiškai sekti metanolio, CO, CH₄, H₂ formavimosi greičių, o be Raman spektroskopo – identifikuoti paviršiaus karbonatų, oksidacijos būsenų ar M–O–M transformacijų, kurios tiesiogiai nulemia katalizatorių aktyvumą. Su esama įranga gautų duomenų interpretacija tampa fragmentiška. Tokie apribojimai mažina Lietuvos mokslininkų galimybes vykdyti tarptautiniu mastu konkurencingus tyrimus katalizės, žaliosios energetikos ir medžiagotyros srityse. Pagal Europos Mokslo infrastruktūrų kelrodžio (ESFRI Roadmap 2021) dokumente nurodomos prioritetinės mokslinės infrastruktūros, kurios palaiko pažangius tyrimus heterogeninės katalizės, tvarių degalų ir CO₂ konversijos srityse. Šiuose tyrimuose dažnai naudojami tokie analitiniai instrumentai kaip dujų chromatografas ir Raman spektroskopija, kurių prieinamumas svarbus užtikrinant tyrimų kokybę ir atitikimą tarptautiniams standartams. LEI, Vandenilio energetikos technologijų centre pagrindiniai iššūkiai kyla dėl dviejų esminių analitinių technologijų trūkumo – dujų chromatografijos su masių spektrometrija (GC–MS) ir Raman spektroskopijos. Pagrindinės identifikuojamos problemos: nepakankamas analitinės infrastruktūros prieinamumas, trūksta duomenų tiksliam katalizatorių veikimo vertinimui, tyrimai atliekami fragmentiškai, neefektyviai ir neatitinka tarptautinių standartų, dėl ko mažėja MTEP konkurencingumas. Tokių technologijų trūkumas ir/ar sunkus jų prieinamumas Lietuvoje lemia struktūrinį atotrūkį nuo pažangių Europos mokslinių centrų, kuriuose jau taikomos integruotos analitinės platformos heterogeninės katalizės, vandenilio energetikos, elektrokatalizės ir CO2 konversijos tyrimams. Dėl to tyrėjai susiduria su ribotomis galimybėmis dalyvauti tarptautiniuose konsorciumuose ir bendrose MTEP iniciatyvose, kuriose reikalaujama kompleksinių analitinių duomenų. Tokiu būdu mažinamas tarptautinis konkurencingumas ir apsunkinamas publikacijų rengimas aukšto lygmens mokslo žurnaluose. Šiuo projektu sprendžiama problema - struktūrinis analitinės infrastruktūros trūkumas, trukdantis nustatyti tikslius „struktūros–aktyvumo–produkto“ ryšius (Structure–Activity Relationships, SAR). Projektas atitinka Lietuvos MTEPI (Sumaniosios specializacijos) prioritetą „Nauji gamybos procesai, medžiagos ir technologijos“, patvirtintą Lietuvos Respublikos ekonomikos ir inovacijų ministro 2023 m. gegužės 24 d. įsakymu Nr. 4-285, nes projekto veiklos ir kuriama tyrimų infrastruktūra tiesiogiai prisideda prie šiame prioritete numatytų tematikų įgyvendinimo. Tai esminis įrankį naujos kartos katalizatorių kūrimui ir energetiniam naudingumui didinti. Jei problema nebus sprendžiama, tai ir toliau bus prarandamos galimybės ne tik efektyviai tęsti esamus tyrimus, bet ir įsitraukti į sparčiai augančią tarptautinę žaliosios energetikos technologijų sritį. Dujų chromatografo ir Raman spektrometro įsigijimas sudaro tarpusavyje papildančių analitinių metodų platformą, leidžiančią vienu metu stebėti tiek cheminius produktus, tiek katalizatorių paviršiaus pokyčius, kas yra būtina norint kurti tikslius reakcinės terpės ir aktyviųjų centrų sąveikos modelius. Šios technologijos viena kitą papildo: GC–MS leidžia analizuoti cheminius procesus iš produktų pusės (vertinant reakcijų rezultatus iki ppm/ppb tikslumu), o Raman spektroskopija suteikia informaciją apie molekulinius pokyčius pačioje katalizatoriaus medžiagoje (in situ režimu, su erdviškai lokalizuota (iki 500 nm skiriamosios gebos) spektrine informacija, taip užtikrinant visapusišką ir atkuriamą duomenų generavimą. GC–MS metodas taip pat suteikia galimybę taikyti masių selektyvų jonų stebėjimą (SIM režimą), kas leidžia tiksliai kiekybiškai įvertinti net ir labai mažos koncentracijos tarpius junginius, svarbius reakcijų mechanizmų nustatymui, o Raman spektroskopija yra jautri simetrinėms vibracinėms modoms, todėl tinka oksidų, hidridų, peroksidų, karbonatų ir metalų–oksidų kompleksų identifikacijai, kurie susidaro CO₂ aktyvacijos ir vandenilio perdavimo reakcijose. Be to, dujų chromatografas gali būti naudojamas su terminiu desorbentu, leidžiančiu analizuoti adsorbuotus angliavandenilius ar CO₂ aktyvavimo tarpinius produktus, kas ypač svarbu heterogeninės katalizės tyrimuose. Raman metodas taip pat leidžia tirti lazeriu indukuotus fazinius virsmus, struktūrinius defektus, kristalito dydžio pokyčius ir oksidacijos būsenų kitimą, o tai yra kritiška analizuojant MgH₂, CuO/ZnO ir kitų oksidinių–hidridinių sistemų stabilumą bei regeneracijos galimybes. Šių įrenginių diegimas leis pereiti nuo fragmentinės, atskirais metodais grindžiamos analizės, prie integruotos, daugiamodalės duomenų generavimo sistemos, leidžiančios vienoje tyrimų grandinėje apjungti produktų analizę, paviršiaus chemijos diagnostiką ir reakcinės kinetikos modeliavimą. Sukūrus aukštos pridėtinės vertės analitinę platformą bus galimą: (i) tiksliai nustatyti reakcinių produktų sudėtis ir identifikuoti tarpinius junginius, lemiančius selektyvumą; (ii) bus tiriama katalizatorių paviršiaus ir struktūriniai pokyčiai sintezės, aktyvacijos, regeneracijos metu; (iii) pritaikyta tyrimams žaliosios energetikos srityse: CO2 konversijai, vandenilio gamybai, atliekų perdirbimo produktų analizei ir pažangių medžiagų sistemų (pvz., elektrodų baterijoms, fotokatalizatorių) charakterizavimui. GC–MS ir Raman įrangos integracija sudarys sąlygas tirti elektrodų degradacijos mechanizmus ličio jonų baterijose, fotokatalitinę CO₂ redukciją, biomasės pirolizės garų cheminę sudėtį, metano sausąjį reformingą, vandenilio nešiklių konversijos produktus bei biodegradacijos reakcijų kinetiką. Projektas prisideda prie darnaus vystymosi principų įgyvendinimo, nes įsigyjama įranga bus naudojama tik aplinkai palankių technologijų tyrimams – CO₂ konversijai, biokuro sintezei, atliekų perdirbimo produktų analizei ir tvarių cheminių procesų vystymui. Projektas tiesiogiai stiprina inovatyvumą, nes sudaro sąlygas diegti pažangius analitinius metodus ir kurti aukštos pridėtinės vertės sprendimus žaliosios energetikos srityse. Taip pat tai užtikrina visišką atitiktį „Reikšmingos žalos nedarymo“ (DNSH) principui ir sudaro prielaidas mažo anglies pėdsako technologijų plėtrai. Projektas taip pat stiprina inovatyvumą diegiant pažangias analitines metodikas ir sudarant lygias galimybes naudotis infrastruktūra per atviros prieigos sistemą visoms mokslo institucijoms. Tokia praktika skatina tarpdisciplininių tyrimų plėtrą, žinių mainus ir kompetencijų sinergiją tarp akademinių ir pramonės partnerių. Projektas atitinka Jungtinių Tautų Neįgaliųjų teisių konvencijos nuostatas, užtikrindamas fizinį ir informacinį įrangos prieinamumą visiems vartotojams. Tai sudaro sąlygas lygiaverčiam dalyvavimui mokslinių tyrimų veiklose, įskaitant asmenis su negalia, ir prisideda prie įtraukaus mokslo principų įgyvendinimo. Projekto veiklos dera ir su Europos Sąjungos Baltijos jūros regiono strategijos (ES BJRS) prioritetais – „sujungti regioną“ (skatinant bendrus tyrimus atsinaujinančios energetikos ir išteklių konversijos srityse) bei „padidinti gerovę“ (stiprinant žaliosios energetikos inovacijų ir verslumo ekosistemas). Tokiu būdu projektas tiesiogiai prisideda prie Europos žaliojo kurso, pramonės dekarbonizacijos ir žiedinės ekonomikos tikslų įgyvendinimo nacionaliniu ir regioniniu mastu. Paraiška „New Generation of Biofuels Obtained from Waste for Sustainable Transport“ (proposal ID: 101235512) galutiniame programos „Europos horizontas“ ir programos „Euratomas“ paraiškų vertinime pripažinta finansuotina, tačiau Europos Komisijos finansavimo negavo dėl lėšų trūkumo.