Využití odpadních substrátů a biotechnologie

---

Ekonomické aspekty recyklace fosforu z kalů ČOV pomocí termických metod s aditivací

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Recyklace fosforu z čistírenských kalů se stává stále důležitějším tématem v souvislosti s rostoucí poptávkou po hnojivech a omezenými přírodními zdroji fosforu. Termické metody zpracování kalů doplněny o aditivaci vhodnými materiály představují jednu z perspektivních cest. Přídavek přísad může přispět k přenosu těžkých kovů z popela do plynné fáze a zároveň zlepšit dostupnost fosforu ve výsledném produktu pro rostliny.
Ekonomická stránka celého procesu je však klíčová pro jeho reálnou průmyslovou udržitelnost. Práce bude zaměřena na zhodnocení nákladů a přínosů recyklace fosforu z kalů ČOV pomocí termických metod s případnou aditivací. Student provede rešerši existujících technologií, zhodnotí jejich provozní a investiční náklady, a posoudí ekonomickou výhodnost recyklace ve srovnání s klasickou těžbou fosfátových hornin.

Význam řešené problematiky:

Evropská unie označuje fosfor jako kritickou surovinu, jejíž dostupnost je strategicky omezená. Vzhledem k tomu, že většina světových zdrojů se nachází mimo Evropu, je nutné hledat cesty k recyklaci fosforu z odpadních proudů, například z kalů ČOV. Ekonomická efektivita rozhodne, zda se tyto technologie prosadí v praxi a stanou se životaschopnou alternativou k dovozu fosfátových hornin.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Stručný úvod do problematiky recyklace fosforu a jeho významu pro zemědělství.
2. Rešerše současných termických metod zpracování kalů ČOV včetně možností využití aditivace kalů.
3. Ekonomické zhodnocení recyklace fosforu z popelů kalů (např. ve formě vyrobených hnojiv) oproti klasické těžbě fosfátových hornin.
4. Diskuze faktorů ovlivňujících ekonomickou udržitelnost (např. legislativa, cena surovin a hnojiv).
5. Diskuze potenciálu implementace metod recyklace fosforu v podmínkách ČR.
6. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• https://www.youtube.com/watch?v=Y17HqUsaoj8
• Spalováním kalů vzniká popel obsahující velké množství fosforu, které může obsahem odpovídat i polovině fosforu v některých fosfátových horninách.
• Některé pilotní či plně-provozní  projekty např. v Německu, Švedsku a Japonsku již ukazují technickou proveditelnost recyklace fosforu z kalového popela.
• Přidání aditiv, např. chloridy a uhličitany může snížit obsah těžkých kovů v popelu a zlepšit jeho agronomickou hodnotu.

Metody vybíjení použitých baterií jako součást předúpravních recyklačních procesů

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Recyklace použitých baterií je klíčovým procesem pro získání cenných kovů, jako jsou lithium, kobalt nebo nikl. Vybíjení použitých baterií představuje důležitý krok předúpravných procesů, jehož cílem je zajistit bezpečnou manipulaci a připravit baterie na další kroky zpracování. Existují různé přístupy metod vybíjení zahrnující využití různých solných roztoků, mechanické míchání, případně i metody bez použití solí. Tyto postupy se liší účinností, bezpečností, časovou náročností a náklady.
Cílem bakalářské práce je poskytnout přehled současného stavu metod vybíjení použitých baterií, zhodnotit jejich výhody a nevýhody, a zároveň provést laboratorní ověření vybraného způsobu. Důležitou součástí práce bude také zasazení problematiky do kontextu procesního inženýrství a plně-provozních realizací recyklace a návaznosti na další kroky předúprav v recyklačních technologiích.

Význam řešené problematiky:

Použité baterie obsahují mnoho cenných prvků, které lze recyklací vrátit zpět do oběhu, ale také představují environmentální a bezpečnostní riziko. Vybíjení je nezbytný krok před jejich dalším zpracováním, protože minimalizuje riziko zkratu, požáru nebo výbuchu. Efektivní a bezpečné vybíjecí metody jsou proto klíčem k rozvoji udržitelných recyklačních technologií.

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Stručný úvod do problematiky recyklace použitých baterií a role vybíjení v rámci předúprav.
2. Rešerše současného stavu techniky metod vybíjení baterií.
3. Srovnání metod z hlediska účinnosti, bezpečnosti, časové a ekonomické náročnosti.
4. Přehled používaných chemických činidel a jejich koncentrací, doby vybíjení a vlivu provozních podmínek.
5. Experimentální část – předběžné laboratorní ověření vybrané metody vybíjení.
6. Propojení vybíjení s dalšími kroky předúprav v procesu recyklace baterií v kontextu plně-provozních realizací technologie.
7. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• https://www.youtube.com/watch?v=s2xrarUWVRQ
• Celosvětově recyklace množství Li-ion baterií narůstá, což činí problematiku vybíjení stále aktuálnější.
• Výzkum probíhá i na metodách vybíjení bez použití solí, které snižují environmentální zátěž.

Využitelnost nástrojů generativní umělé inteligence pro podporu řešení problémů v procesním inženýrství

Garant: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.
Vedoucí práce: Ing. Vladimír Brummer, Ph.D.

Charakteristika tématu:

Nástroje AI založené na velkých jazykových modelech (LLM), jako jsou ChatGPT, Gemini, Claude, Consensus AI, Elicit a další, se začínají využívat i v technických oborech, včetně procesního inženýrství. Tyto nástroje mohou sloužit jako podpora při řešení rovnic a výpočtů, vyhledávání odborných článků, formulaci hypotéz, návrhu experimentů, nebo při „troubleshootingu“ v technologických procesech. Jejich přínos spočívá v rychlém zpracování velkého objemu informací a snadném přístupu k odborným znalostem.
Problémem zůstává tzv. „halucinování“ AI, kdy model generuje nesprávné nebo smyšlené informace, což je v inženýrské praxi zásadní překážkou. Cílem práce je prozkoumat možnosti využití těchto nástrojů, porovnat jejich silné a slabé stránky, vyhodnotit způsoby, jak omezit halucinování AI, a provést praktické testy využití na konkrétních příkladech z procesního inženýrství.

Význam řešené problematiky:

LLM představují revoluční nástroje, které mohou urychlit práci inženýrů a usnadnit přístup k odborným informacím. Jejich integrace do procesního inženýrství může zvýšit efektivitu, snížit časovou náročnost při návrhu a řešení problémů a umožnit nové formy interakce s daty. Zároveň je však nutné mít povědomí o jejich limitech a rizicích, zejména je myšleno hledisko nespolehlivých výstupů (halucinací).

Cíle, kterých má být dosaženo:

1. Úvod do problematiky LLM a jejich fungování.
2. Rešerše současně dostupných AI nástrojů (např. ChatGPT, Gemini, Claude, Consensus AI a dalších).
3. Analýza možností využití těchto nástrojů v procesním inženýrství (výpočty, rovnice, modelování, troubleshooting, rešerše).
4. Porovnání silných a slabých stránek vybraných AI nástrojů.
5. Identifikace problému halucinací a přehled metod jejich omezení.
6. Praktické testy využití vybraných nástrojů na konkrétních příkladech z procesního inženýrství.
7. Zhodnocení všech získaných poznatků.

Zajímavosti:

• Velké množství odpovědí LLM v technických disciplínách obsahuje nepřesnosti či smyšlené prvky, pokud nejsou ověřovány.
• Konsorcia jako NIST podporují inovace a pěstuje důvěru při navrhování, vývoji, používání a správě technologií a systémů umělé inteligence (AI).
• Existují hybridní přístupy, které kombinují LLM s vědeckými databázemi, což výrazně snižuje riziko halucinací.