Öndvegisstyrkir 2020
Kerfisbundin hönnun á rafefnahvötum fyrir sértæka afoxun CO2 í vistvænt eldsneyti. Verkefnisstjóri er Hannes Jónsson, Verkfræði- og náttúruvísindasvið Háskóla Íslands.
Verkefnið mun að stuðla að þróun á tækni til að framleiða eldsneyti og hráefni til efnaiðnaðar á sjálfbæran hátt með því að nota CO2 sem kolefnisuppsprettu. Efnahvatar verða þróaðir fyrir rafefnaafoxun CO2 til að mynda kolvetni og alkóhól (HCA) á sértækan hátt. Hvatar verða fundnir til að mynda eitt af eftirfarandi: metan, metanól, ethylene eða etanól. Tölvureikningar verða notaðir til að finna réttu efnin með því að reikna út gang og hraða efnahvarfanna með þéttnifella- og hraðafræði aðferðum. Atómskala líkan af rafefnafræðilegum eiginleikum skilanna milli fasta rafskautsins og raflausnarinnar verður notað og virkjunarorkan fyrir róteinda-rafeindaflutning reiknuð sem fall af álagðri spennu fyrir rafskaut úr ýmsum málmum og málmoxíðum. Út frá niðurstöðum þessara reikninga munu einfaldar vísitölur verða skilgreindar til að hægt verði að skanna yfir mikinn fjölda efna og spá fyrir um það hvort HCA muni myndast í rafefnaafoxuninni frekar en önnur efni svo sem H2, CO eða format. Vísitölurnar verða notaðar til að leita að málm eða málmoxíð yfirborðum kristalla sem og nanóögnum sem hægt er að nota sem sértæka efnahvata. Verkefnið verður unnið í samvinnu við tilraunahópa í Bandaríkjunum, Sviss, Rúmeníu og Noregi og þeir hvatar sem best koma út í reikningunum verða prófaðir á tilraunastofum, og veita þannig mikilvægar upplýsingar fyrir kennilegu rannsóknirnar. Verkefnið tengist H2020 verkefni þar sem hugbúnaður er þróaður fyrir hönnun misleitra efnahvata með tölvureikningum.
Rational catalyst design for selective electrochemical CO2 reduction to fuel
The proposed project will contribute to the development of technology for sustainable production of fuel and feedstock chemicals using CO2 as the source of carbon. Catalysts will be developed for electrochemical reduction of CO2 to form hydrocarbons and alcohols (HCA) selectively. The catalysts will give one of the following: methane, methanol, ethylene or ethanol. Promising catalysts will be identified by computer calculations of the reaction paths using density functional and rate theories. An atomic scale model of the electrochemical solid-liquid interface will be used and the applied potential varied to evaluate proton-electron transfer energy barriers of all the elementary reaction steps on several metal and metal oxide electrode surfaces. From these calculations, simple descriptors will be identified that can be used to search over a much larger set of materials and predict whether a desired HCA forms, rather than competing products such as H2, CO or formate. These descriptors will be used to computationally search for metallic and transition metal oxide alloys, including nanoparticles, that can be used as active and selective catalysts. The work will be carried out in collaboration with experimental research groups in USA, Switzerland, Rumania and Norway where the more promising catalysts will be tested, providing feedback for the theoretical studies. The project connects with a H2020 project where software is being developed for theoretical catalyst design.
Fiskveiðar til framtíðar. Verkefnisstjórar eru Erla Sturludóttir, Landbúnaðarháskóli Íslands og Gunnar Stefánsson, Raunvísindastofnun, Háskóli Íslands.
Undanfarin ár hafa miklar framfarir orðið í smíði líkana af vistkerfum hafsins sem leitt hafa til grundvallarbreytinga á nýtingu sjávarauðlinda. Markmið líkanagerðar er breytilegt: frá ákvörðun aflamarks til spurninga er tengjast vistkerfis og félagshagrænum þáttum við nýtingu sjávarauðlinda. Flækjustig þessara líkana er því mismunandi, frá einstofnalíkönum til heildrænna vistkerfislíkana. Undirstaða líkanaþróunnar fyrir vistkerfi sjávar er umfangsmikil og þverfagleg alþjóðleg samvinna, sem stefnt er að í þessu verkefni. Hér verður unnið að framþróun vistkerfisnálgunar við stjórnendastefnuhermanir (SSH) á grunni þriggja líkanaumhverfa (Atlantis, Gadget, EwE), þmt. áframhaldandi þróun og samtengingu þeirra. Líkön verða byggð á fyrirliggjandi gögnum úr fiskveiðum Íslendinga (lífmælingar, afli og haggögn) sem dæmi um hvernig innleiða megi vistkerfisnálgun við stjórn fiskveiða um heim allan. Atlantis, sem er heildrænt vistkerfislíkan, verður gert kleift að tengjast stofnmatslíkani (Gadget) svo að stjórnun fiskveiða og flotahegðun verði betur lýst í því. Með þessum viðbótum verður unnt að líkja betur eftir raunverulegu samspili hag- og vistkerfissins. Atlantis verður þannig nýtt sem hermunartól til þess að kanna eiginleika líkana (eins og EwE og Gadget) við stjórnun og stefnumótun, auk óvissu því tengdu. Helstu niðurstöður þessa verkefnis verða greiningar á stefnu stjórnvalda með SSH, hugbúnaður, þjálfun ungra vísindamanna og umhverfi til vefkennslu og miðlun til hagsmunaaðila.
Fishing into the future
Recent years have seen explosive developments in models of marine ecosystems and fundamental changes in how to utilise marine resources. Model focus varies: some single-species models use highly detailed structure and depict realistic uncertainty; others combine broad socioeconomic and multispecies aspects in a whole-of-system modelling approach. The development of such complex models has been made possible through extensive interdisciplinary international projects such as the one proposed here. The goal is to innovatively develop and link a series of modelling frameworks (Atlantis, Gadget, EwE) to facilitate ecosystem-based management strategy evaluations (MSEs). Models are parameterised using the Icelandic fisheries system (biological, catch, and economic data) as an example of how the ecosystem approach to fisheries management (EAFM) can be implemented globally. Atlantis, a whole-ecosystem model, will be modified to include Gadget so that a detailed and realistic management process and fleet dynamics are combined within an ecosystem model. With these additions, models more fully represent the emergent properties found in true social-ecological systems, and Atlantis can be used as a simulation platform to test the properties of uncertainty in strategic models used in management(e.g., Ecopath with Ecosim, Gadget). Important outcomes include analysis of fisheries policy using MSE, software packages, young scientist training, and online educational and stakeholder tools.
