Az intézetben intenzív kutatómunka folyik a lekülönbözőbb membránszeparációs technikák alkalmazásának vizsgálatára, biotechnológiai eljárások hatékonyságának javítására illetve megújuló, zöld energia előállítására a VMADI PhD hallgatóinak bevonásával. A Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport feladatai:
- a biomérnök hallgatók oktatása (szakvezetés),
- a biokémiai, biotechnológiai eljárások minél szélesebb körének megismertetése és
- a mérnökhallgatók bevezetése a membránok és alkalmazásuk világába.
Bioelektrokémiai rendszerek (BER):
A BER-en belül a legegyszerűbb készülékek a mikrobiális üzemanyagcellák (rövidítve MÜC). Ezek olyan bio-elektrokémiai eszközök, amelyek működésekor mikrobák szerves anyagot oxidálnak és így termelnek elektromosságot. Az anód térben élő mikroorganizmusok az oxidáció során elektronokat adnak le, amelyek a katódhoz vándorolva áramot hoznak létre. Ezek a mikrobiális cellák tehát a biomasszából közvetlenül elektromos áramot képesek szolgáltatni, s így teljességgel hulladékmentes „zöld" eljárással, kíméletes körülmények között megújuló „bio"-energiát állítanak elő.
Biohidrogén:
A hidrogén biológiai módszerekkel történő előállítása manapság a bioenergetika egyik legfelkapottabb területe, hiszen a hidrogén a környezetbarát jellemzői és magas energiatartalma miatt meghatározó szerepet kaphat a jövő fenntartható fejlődésének kialakításában. Ehhez azonban a biohidrogén technológiát még tovább kell fejleszteni, s az előállítás és a tisztítás kérdése a leglényegesebbek között található. Az elmúlt években csoportunk jelentős tapasztalatra tett szert az említett két területen, s főként a biohidrogén foto- és sötét fermentációs termelésére (különböző mikroorganizmusok használatával, pl.Thiocapsa roseopersicina, Thermococcus litoralis, Escherichia coli), valamint a keletkezett gáz membrános technikákkal (polimer és ionos-folyadékos membránok) történő tisztítására fókuszált.
KUTATÓCSOPORT VEZETŐ
Bélafiné Dr. Bakó Katalin
egyetemi tanár
Elérhetőségek
Tevékenység és Infrastruktúra
Fermentációs rendszerek
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
Fermentorok
- BR97 egyedi fermentorrendszer (5 l hasznos folyadéktérfogat)
- Mettler Toledo LabMax membrán bioreaktor
- Sartorius Stedim Biostat B Plus fermentor rendszer - komplett szabályozott fermentációkhoz
- Lambda Minifor (3 l névleges térfogat)
Sejtszámlálás
Primo Star mikroszkóp
A Kutatócsoportban található fermentációs rendszerek alkalmasak szabályozott, első sorban szakaszos fermentációs kutatási munkák kivitelezésére, tiszta baktérium, élesztő, fonalas gomba kultúrákkal. A fermentációk optimalizáláshoz e rendszerekben hatékonyan vizsgálhatók például a keverés paraméterei, a levegőztetés hatása aerob fermentációknál, stb. A fénymikroszkópos analízis lehetőséget nyújt a fermentáció során kialakuló sejtszám- és morfológia vizsgálatokra.
Membránszeparációs modulok, berendezések
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
Gázszeparáció
- Egyedi tervezésű gázszeparációs membrán tesztelő berendezés (GSMS-TE100)
- UBE membrán modulok (CO-C05; CO- C07FH; NM-B05A) 3 különböző méretben
- PermSelect PDMS membránok (1 db 1 m2-es, 2 db 2500 cm2-es, 1 db 10 cm2-es)
A gázszeparációs membránmodulok segítségével különböző méretskálán kivitelezett gázszeparációs feladatokat tudunk elvégezni és tanulmányozni. Elsősorban olyan komponensek elválasztására fókuszálunk, melyek a biofolyamatokban keletkező metán és hidrogén mellett melléktermékként fordulnak elő (pl. CO2, H2S). E terület a céltermékek tisztítása mellett jelentős szerepet játszanak a CO2-befogásos technológiák terén is. Emellett a gázszeparációs membránmodulok alkalmazhatók alacsonyabb fűtőértékű földgázok javítására a metán/CO2 arány javításával.
RO (fordított ozmózis)
- Egyedi tervezésű, nagy méretű berendezés
Víztisztítási feladatok elvégzésére alkalmas membrántechnikai eljárás az egyes áramok áramlási sebességeinek, nyomásának és vezetőképességének monitorozása mellett.
Ioncserélő membránok vizsgálata
- Tesztberendezés - kétkamrás üveg H alakú cellák különböző típusokban
Kétkamrás H-cellákban ioncserélő membránok alapvető tulajdonságainak, pl. ionvezető képesség, ion transzportszámok, permszelektivitás, fajlagos ellenállás, polarizációs viselkedés, funkcionális stabilitás, stb. vizsgálatát végezzük abiotikus és biotikus elektrokémiai rendszerekben való alkalmazás céljából.
Elektrodialízis
- MEGA márkájú, méretnövelt elektrodializáló berendezés 0,5 – 2,5 l / szegmens kapacitással
A berendezés segítségével elektrodialízises elválasztás végezhető el ionos komponensek eltávolítása / visszanyerése céljából összetett elegyekből. A membránmodul variálható, így az elektrodialízis alkalmazható a feladathoz illeszthető ioncserélő membránok (anioncserélő, kationcserélő, bipoláris) kombinációjával. A szeparációs egységek számának növelésével a hatékonyság is növelhető.
Ultraszűrés
- 3DTA ultraszűrő berendezés
Ultraszűrési feladatok elvégzésére alkalmas berendezés, mely segítségével inert gázzal biztosított magas nyomás tartható a hajtóerő fenntartása érdekében. A készülékben különféle ultraszűrő membránok tesztelhetők és alkalmazhatók.
Elektrokémiai mérőrendszerek
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
- PalmSens3: potenciosztát, galvanosztát, elektrokémiai impedancia spektroszkópia
- EmStat3 (PalmSens3): potenciosztát, galvanosztát
- Ivium Vertex One (4 elektródos): potenciosztát, galvanosztát, elektrokémiai impedancia spektroszkópia
A potencioszát / galvanosztát eszközpark különféle elektrokémiai mérések (pl. polarizációs, elektrokémiai impedanciás, kronoamperometriás, kronopotenciosztatikus, lineáris sweep voltammetriás, ciklikus voltammetriás, stb.) kivitelezését teszi lehetővé. Elengedhetetlen a használatuk pl. ioncserélő membránok, elektrokémiailag aktív anyagok (pl. katalizátorrétegek), elektrokémiai cellák (pl. elektrolizáló cellák, mikrobiális elektrokémiai cellák) vizsgálatára.
Spektrofotométerek
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
- Shimadzu UV-1800
- Hach DR3900 VIS
Spektrofotometriás készülékeink alkalmasak különböző komponensek spektrofotometriás mennyiségi meghatározására látható és UV tartományokban.
Rotációs vákuumbepárlók
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
- Heidolph VV2000 vákuumbepárló
A berendezés maximum 4 l kapacitással alkalmazható rutin vákuumbepárlási műveletekre.
Steril munkavégzés eszközei
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
- BA-900 lamináris boksz
- Tuttnauer 5050 MLV autokláv: akár egész fermentor sterilezésére is alkalmas
- A&E LAB autokláv: kisebb eszközök, tápközegek sterilezésére
Az autoklávok lehetővé teszik a különböző oldatok és eszközök, vagy akár egész laborméretű fermentorok gőzsterilezését. A lamináris boksz segítségével steril munkakörnyezet tartható fenn a tiszta kultúrákkal végzett mikrobiológiai feladatok (pl. törzsfenntartás, tenyésztés, inhibíciós vizsgálatok, inokulumkészítés, stb.) elvégzésére.
Kromatográfiás mérőberendezések
Bio-, Környezet- és Vegyészmérnöki Kutató-Fejlesztő Központ | Biomérnöki, Membrántechnológiai és Energetikai Kutatócsoport
Kutatási terület: Bioelektrokémiai cellák, integrált rendszerek, gázszeparáció, membránok, fermentáció, biokatalízis, bioreaktorok
- YL9100 HPLC rendszer + RID és UV-VIS detektorral
- HP5890 gázkromatográf + TCD (gázanalízishez) és FID (folyadékmintákból illékony komponensek vizsgálata) detektorral
A HPLC rendszerek segítségével elsősorban biológiai (pl. fermentációs) eredetű elegyek komponenseinek minőségi-mennyiségi meghatározását végezzük. A készülék és a rendelkezésre álló oszlopok lehetőséget nyújtanak a legtöbb fontos komponens (pl. cukrok, alkoholok, savak, antibiotikumok, stb.) meghatározására.
Együttműködő partnerek
- SunWo Kft, Budapest
- KALL Ingredients Kft, Tiszapüspöki
- Viresol Kft, Visonta
Kiemelt publikációk
- Bakonyi, P., L Koók, G Kumar, G Tóth, T Rózsenberszki, DD Nguyen, SW Chang, G Zhen, K Bélafi-Bakó, N Nemestóthy. Architectural engineering of bioelectrochemical systems from the perspective of polymeric membrane separators: A comprehensive update on recent progress and future prospects. Journal of Membrane Science 2018 (564) 508-522
- Koók, L., Nemestóthy, N., Bélafi-Bakó, K., Bakonyi, P.: The influential role of external electrical load in microbial fuel cells and related improvement strategies: A review, Bioelectrochemistry, 140 (2021) 107749
- P. Bakonyi, N. Nemestóthy, J. Ramirez, G. Ruiz-Filippi, K. Bélafi-Bakó: E. coli (XL1-BLUE) for continuous fermentation of bioH2 and its separation by polyimide membrane, International Journal of Hydrogen Energy 2012 (37) 5623-5630
- Bakonyi, P., J Dharmaraja, S Shobana, L Koók, T Rózsenberszki, N Nemestóthy, R Banu, K Bélafi-Bakó, G Kumar: Leachate valorization in anaerobic biosystems: Towards the realization of waste-to-energy concept via biohydrogen, biogas and bioelectrochemical processes, International Journal of Hydrogen Energy 2019 (44) 17278-17296