Ventil 2 / 2022 • Letnik 28 INTERVJU Najbolj bazične raziskave dinamike kavitacijskih mehurčkov izvedemo s pomočjo generacije plazme preko nanosekundnega fokusiranja laserske svetlobe i ntervju - proF . dr . Matevž d ular Spoštovani profesor g. Matevž Dular. Najprej vam čestitam za velik uspeh pri pridobitvi evropskega raziskovalnega projekta. Prosim vas za odgovor na nekaj vprašanj za bral- ce revije Ventil, da se še oni seznanijo z osnovnimi značilnostmi vašega projekta. Ventil: Ali nam lahko na kratko opišete, za kakšen projekt gre in kaj je bilo po vašem mnenju ključno, da ste bili uspešni? Matevž Dular: Gre za tako imenovani Proof-of- -Concept projekt, ki ga fnancira Evropski razisko- valni svet (ERC). Projekt lahko pridobijo le nosilci osnovnih ERC-projektov, ki so načeloma usmerjeni v osnovno, vrhunsko »high risk-high gain« znanost. Če se med potekanjem osnovnega ERC-projekta pokaže možnost za komercializacijo, lahko nosi- lec projekta kandidira za dodatna sredstva v she- mi Proof-of-Concept, ki pomagajo prebroditi vrzel med vrhunsko znanostjo in uporabo novih spoznaj. V okviru mojega osnovnega ERC-projekta CABUM raziskujemo vpliv kavitacije na različne kontami- nante, ki so v vodah – na primer na viruse in bak- terije. Raziskujemo najosnovnejše mehanizme, ki omogočijo, da mehurček inaktivira virus ali uniči bakterijo. V zadnjih treh letih smo ugotovili, za ka- tere mehanizme gre in kako proces intenzivirati na nivoju več mehurčkov – na nivoju hidrodinamske kavitacije. Razvili smo rotacijski generator hidrodi- namske kavitacije, ki učinkovito čisti nekatere tipe odpadnih voda. Najbližje komercializaciji tehnolo- gije smo prišli na področju tretiranja odpadnega blata, kar je tudi predmet Proof-of-Concept pro- jekta CAVIPHY. 116 Ventil 2 / 2022 • Letnik 28 INTERVJU Kar je bilo ključnega pomena za pridobitev sredstev, je gotovo heterogena ekipa, ki se ukvarja s problema- tiko čiščenja voda s kavitacijo. Pomembno je, da jo sestavljamo raziskovalci z zelo različnimi profli: stroj- ništvo, fzika, farmacija, biologija, gradbeništvo, ke- mija. Pomembno pa je tudi, da se del ekipe posveča popolnoma bazičnim raziskavam, medtem ko drugi raziskuje aplikativno plat. Komunikacija med obema ekipama je tu bistvenega pomena. Tako je pot od pr- vih spoznanj do prve, tj. pilotne, uporabe zelo hitra. Ventil: Kaj so glavni cilji projekta in kaj lahko fnan- cirate s pridobljenimi sredstvi? Matevž Dular: S sredstvi projekta lahko dokaj pro- sto upravljamo. Del jih bomo namenili za optimiza- cijo pilotnega sistema. Tu gre predvsem za optimi- zacijo hidrodinamike v pretočnem traktu stroja, ki je odvisna tudi od karakteristike tekočine, ki vsto- pa vanj. V preteklih letih smo namreč ugotovili, da že izredno majhne vsebnosti določenih snovi rahlo spremenijo viskoznost in površinsko napetost, ki posledično drastično vpliva na dinamiko kavitaci- je. Vzporedno z optimizacijo stroja bomo sredstva namenili dodatni patentni zaščiti. Končno pa je del sredstev namenjen tudi oblikovanju poslovnega na- črta, oblikovanju spin-of podjetja, licenciranju in začetni komercializaciji. Če se vrnemo k prvemu delu vprašanja: cilje pro- jekta bi lahko razdelili v štiri sklope: 1) optimizacija stroja, 2) patentiranje, 3) vzpostavitev spin-of pod- jetja in 4) komercializacija. Ventil: Ali lahko bralcem na kratko opišete osnove čiščenja odpadnih voda s kavitacijo? Matevž Dular: Kavitacija je uparjanje zaradi nena- dnega znižanja tlaka. Pojav je podoben vrenju, pri katerem pride do uparjanja zaradi dviga tempera- ture, le da je mnogo hitrejši. Navadno mehurček nastane in izgine v nekaj tisočinkah sekunde. Ob kolapsu mehurčka se pojavijo izredno visoki tlaki in temperature, nastanejo udarni valovi, ki lahko po- škodujejo bližnje površine. Kavitacijo zato največ- krat obravnavamo kot nezaželen pojav, ki povzroča hrup, znižuje izkoristek stroja ter uničuje turbine, črpalke in propelerje. Ko kavitacijo uporabljamo, prej neželene učinke obrnemo v svoj prid. Ugotovili smo, da na nečisto- če deluje v prvi vrsti z mehanskimi učinki – z viso- kimi strižnimi napetostmi in visokimi amplitudami tlačnih valov, ki nastanejo ob kolapsu mehurčka. Konkretno bomo v okviru projekta CAVIPHY kavi- tacijo generirali v rotacijskem stroju, ki poleg ka- vitiranja tekočino tudi prečrpava in je zato energij- sko učinkovitejši od konkurenčnih. Osredotočili se bomo predvsem na vodo iz usedalnega bazena, kjer s pomočjo mehurčkov najprej pospešimo po- sedanje odpadnega blata, dodatno pa sprostimo tudi hranilne snovi. S tem skrajšamo čas zadrževa- Prof. dr. Matevž Dular nja v bazenu ter povečamo proizvodnjo bioplina v anaerobnem procesu čiščenja. Prvo vodi do nižanja stroškov, drugo pa do povečanja prihodkov čistilne naprave. Ventil: Kje bi lahko bila takšna naprava najprej upora- bljiva? Imate v mislih že kakšno konkretno aplikacijo? Matevž Dular: Trenutno imamo generator vgrajen v eni čistilni napravi, kjer optimiziramo njegovo de- lovanje in odpravljamo sprotne težave. Po končani preliminarni študiji imamo dogovorjeno namestitev še v tri čistilne naprave različnih velikosti, kar bo dalo dodatne podatke o uporabnosti tehnologije. Vzporedno intenzivno delujemo tudi na področjih hidroponike, na sistemih s pitno vodo, na bazenskih vodah in na bolnišničnih odpadnih vodah. Ventil: Vaša raziskava je lep primer prenosa bazične znanosti v aplikacijo. Kateri so glavni izzivi, s kateri- mi se pri tem soočate? Matevž Dular: Meritve v bazični znanosti so »čiste«. Ko na primer raziskujemo vpliv kavitacije na viru- se, meritve najprej izvajamo na destilirani vodi, ki ji dodamo točno odmerjeno količino virusov. Aplika- cija teh raziskav je čiščenje vode, ki se uporablja za zalivanje v rastlinjakih. Ta poleg virusov vsebuje še vrsto organskih in anorganskih snovi, ki lahko, kot smo nedavno pokazali, drastično vpliva na dinami- ko kavitacije in na njeno učinkovitost. Podoben, a še bolj umazan problem so komunalne odpadne vode, ki vsebujejo nečistoče, ki jih je mehansko nemogo- če odstraniti – problem so na primer lasje, ki se za- taknejo v rotorju kavitacijskega stroja. To so težave, ki jih je težko predvideti, so seveda relativno eno- stavno rešljive, a zavirajo komercializacijo. Po drugi strani se srečujemo tudi s predvidljivimi izzivi, kot je na primer kavitacijska erozija rotorjev stroja po dolgotrajnem neprestanem delovanju. Konkurenčna prednost hidrodinamske kavitacije pred podobnimi tehnologijami pa je njen enostaven 117 Ventil 2 / 2022 • Letnik 28 INTERVJU Laboratorijska izvedba rotacijskega generatorja hidrodinamske kavitacije na katerem izvedemo prve korake od bazičnih raziskav k aplikaciji prenos iz modela v izvedbo realne velikosti. Zakoni za to so dobro poznani, saj so bili raziskani za po- trebe razvoja vodnih turbinskih strojev. Ventil: Kakšne odpadne vode je oziroma bo možno čistiti? Matevž Dular: Raziskovali smo učinek kavitacije na farmacevtike v izpustih iz bolnišničnih voda, na bakterije v vodovodnih sistemih s pitno vodo, na bakterije v procesni vodi za papirno industrijo, na mikroplastiko v odpadnih vodah, na vodo v use- dalnih bazenih čistilnih naprav, na trihalometane v bazenskih vodah … Učinkovitost od primera do primera variira. Rezultati kažejo, da je kavitacija Različni tipi kavitacije (začetna, razvita in superkavi- tacija) najučinkovitejša pri zelo umazanih vodah. Zato se s to tehnologijo lotevamo predvsem tretiranja odpa- dnega blata in komunalnih odplak. Za čistejše vode, na primer za uničevanje bakterij v vodovodnih sis- temih za pitno vodo, kavitacijo kombiniramo z dru- gim tehnologijami – na primer s hladno plazmo. Ventil: Kakšno je stanje razvoja na tem področju v svetu? Kje oziroma v katerih ustanovah v svetu je vaša »konkurenca« oziroma ali sodelujete pri razi- skovalnem delu tudi z drugimi inštitucijami? Matevž Dular: Uporaba kavitacije je postala prvič aktualna na področju kemije pred več kot 50 leti, vendar od takrat razumevanje procesa ni bistveno napredovalo. Bistven preskok smo tako naredili s prvim ERC- projektom, kjer se bližamo popolnemu razumevanju interakcije med kavitacijo in nečisto- čami. Veliko podjetij tehnologijo trži, a ne preveč uspešno, saj je za učinkovito uporabo kavitacije nujno dobro celostno poznavanje detajlov procesa (kemije, biologije, dinamike tekočin). Naša konku- renčna prednost je zagotovo tudi izjemno dobro poznavanje hidrodinamike, kar smo »podedovali« s področja turbinskih strojev. In seveda heterogena ekipa odličnih raziskovalcev. V imenu uredništva Ventil hvala za vaše odgovore in veliko uspehov tudi v prihodnje. Prof. dr. Janez Tušek Uredništvo revije Ventil UL, Fakulteta za strojništvo 118