Laboratoř jemných částic je zaměřena na identifikaci a analýzu jemných částic emitovaných spalovacími procesy, výrobními procesy a silniční dopravou. Kombinace několika měřicích metod pokrývá kompletní spektrum emitovaných částic při měření jejich velikosti a koncentrace. Měření probíhá buďto on-line, nebo jsou částice zachytávány na filtry pro následnou gravimetrickou či chemickou analýzu. Naše laboratoř je zaměřena především na výzkum vzniku a růstu nejmenších částic při spalovacích procesech.

Částice jsou nejčastěji odebírány přímo ze spalinovodu. Jejich koncentrace je však pro mnohé přístroje příliš vysoká a je tedy nutné spaliny ředit. Disponujeme dvěma ředičkami využívajícími odlišných principů ředění. Obě je možné vyhřívat k zamezení kondenzace prchavých látek a vodní páry.

Pro měření koncentrace hrubých i jemných částic používáme přístroj firmy Palas, umožňující on-line měření s jednosekundovým rozlišením, včetně velikostní distribuce částic. Tento přístroj je vhodný spíše pro nižší koncentrace, například pro sledování kvality ovzduší v uzavřených prostorách. Jelikož přístroj využívá principu rozptylu světla na prachových částicích, není díky fyzikálním zákonům použitelný pro nejmenší částice. Jemnou a ultrajemnou frakci prachových částic měříme analyzátory od firmy TSI. V nich jsou částice nejprve roztříděny na základě své elektrické mobility a následně zvětšeny kondenzací butanolových par. Díky tomu jsou nejmenší detekovatelné částice velké jen 2 nm, což odpovídá shluku několika málo molekul. Fyzický záchyt velikostně roztříděných částic provádíme v kaskádovém impaktoru firmy Dekati. Vyhodnocení se provádí gravimetricky s možností následné chemické analýzy. Kromě zmíněných přístrojů používáme i klasický izokinetický odběr tuhých znečišťujících látek na filtry pro gravimetrickou analýzu při dodržení postupů uvedených v normě ČSN EN 13284-1.

Spalovací zkoušky různých paliv realizujeme i v laboratorních podmínkách. V takovém případě je spalovací zařízení nahrazeno termogravimetrickým analyzátorem, v němž je drobný vzorek (hmotnosti v řádu miligramů) spalován za přísně sledovaných podmínek. Veškeré spaliny jsou následně vedeny do přístroje k analýze koncentrace částic. Výhodou této konfigurace je vysoká opakovatelnost a ovladatelnost měření. Pro analýzu vznikajících plynných produktů lze využít hmotnostní spektrometr. Disponujeme také aerosolovým generátorem, produkujícím neškodný polydisperzní aerosol o vysokých koncentracích a analyzátorem velikosti částic rozptýlených v kapalném prostředí.

Aktivity laboratoře dále zahrnují měření filtrační efektivnosti filtračních materiálů a hodnocení jejich regenerace.

Co nabízíme

• Laboratorní termogravimetrické analýzy paliv a materiálů včetně identifikace koncentrace a velikostní distribuce vznikajících jemných částic ve velikostním rozsahu 2–1000 nm.
• Identifikaci jemných částic ve spalinovodech malých spalovacích zařízení, v rozsahu 2–1000 nm.
• Identifikaci jemných částic v kapalném prostředí, 0,08–2000 µm.
• Identifikace částic v okolním prostředí (vnějším i vnitřním), v rozsahu 2–1000 nm anebo 1–105 µm.

Vybavení

V rámci měření a výzkumu jsou využívána zařízení:

• Čítač částic Palas Promo 2000
• Čítač částic TSI OPS 3330
• Elektrostatický klasifikátor TSI 3082
• Kondenzační čítače částic TSI 3775 a TSI 3752
• Kaskádový impaktor Dekati HT-DLPI+
• Termogravimetrický analyzátor NETZSCH 449 F3 Jupiter
• Kvadrupólový hmotnostní spektrometr NETZSCH QMS 403 Aëolos Quadro
• Analyzátor velikosti částic FRITSCH ANALYSETTE 22 MicroTec plus
• Aerosolový generátor TSI 3079
• Ředicí jednotka TSI 379020A
• Ejektorová ředicí jednotka Dekati DI-1000

Podrobnější informace o uvedených přístrojích naleznete v přehledu přístrojového vybavení.

Vybrané realizované projekty:

• TAČR, č.p. TJ01000331 „Redukce koncentrace jemných částic ve spalinách malých zdrojů s využitím aktivní teplotní stabilizace (2018-2019).

Vybrané publikace a výsledky:

• POLÁČIK, J.; POSPÍŠIL, J.; ŠNAJDÁREK, L. Size Distribution of Particulate Matter Emitted During Controlled Temperature Rise of Redwood Sample. TOP 2017 Proceedings of abstract. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, 2017. p. 60-60. ISBN: 978-80-227-4731-8.
• POLÁČIK, J.; POSPÍŠIL, J.; ŠNAJDÁREK, L.; SITEK, T. Influence of temperature on the production and size distribution of fine particles released from beech wood samples. In XXI. International Scientific Conference - The Application of Experimental and Numerical Methods in Fluid Mechanics and Energy 2018 (AEaNMiFMaE-2018). MATEC Web of Conferences. 168. 2018. p. 1-9. ISSN: 2261-236X.
• ŠPILÁČEK, M.; POLÁČIK, J.; POSPÍŠIL, J.; ŠNAJDÁREK, L.; SITEK, T. Fine Particles Emission from Controlled Combustion of Beech Wood in Laboratory Conditions. CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS, 2018, vol. 70, no. 1, p. 1945-1950. ISSN: 2283-9216, DOI:10.3303/CET1870325.
• POLÁČIK, J.; ŠNAJDÁREK, L.; ŠPILÁČEK, M.; POSPÍŠIL, J.; SITEK, T. Particulate Matter Produced by Micro-Scale Biomass Combustion in an Oxygen-Lean Atmosphere. ENERGIES, 2018, vol. 11, no. 12, p. 1-10. ISSN: 1996-1073, DOI:10.3390/EN11123359 [IF 2,676].
• SCHÜLLEROVÁ, B.; POLÁČIK, J.; ADAMEC, V.; HRABOVÁ, K.; POSPÍŠIL, J. Influence of temperature parameters on the production of fine particle distribution during the biomass combustion. In 18th International Multidisciplinary Scientific Geoconference SGEM 2018. Conference Proceeding. Volume 18. International multidisciplinary geoconference SGEM. 2018. p. 307-314. ISBN: 978-619-7408-70-6. ISSN: 1314-2704.
• SITEK, T.; POSPÍŠIL, J.; POLÁČIK, J.; ŠPILÁČEK, M.; VARBANOV, P. Fine combustion particles released during combustion of unit mass of beechwood. RENEWABLE ENERGY, 2019, roč. 140, č. 1, s. 390-396. ISSN: 0960-1481.

Vybrané diplomové a bakalářské práce

Při realizaci výzkumných a vývojových aktivit se snažíme spolupracovat se studenty bakalářských a magisterského studia, kdy výsledkem spolupráce jsou kvalitní bakalářské a diplomové práce. Při jejich realizaci mají možnost studenti využívat zázemí a vybavení laboratoře, zapojit do realizace řešených projektů a získat celou řadu praktických poznatků:

• KOŠŤÁL, J. Vliv provozních parametrů kotle na přítomnost jemných částic ve spalinách. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2017. 93 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D..
• HÁJEK, O. Jemné částice emitované při laboratorním spalování biomasy. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2018. 55 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D..
• SITEK, T. Ultrajemné částice generované spalovacím procesem. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2018. 89 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.

Kontakt

prof. Ing. Jiří Pospíšil, Ph.D.
Energetický ústav, FSI VUT v Brně
e-mail: pospisil.j@fme.vutbr.cz
tel.: +420 541 142 581