Az elmúlt években végzett kutatásnak két pillére volt. Egyfelől a műanyagok vízfolyásokban való vándorlásának dinamikáját tártuk fel azzal a céllal, hogy a szennyeződés környezeti hatásait és azok mérséklését a jövőben megalapozott módon tervezhessük és valósíthassuk meg. A kutatás másik fő pillére a folyóban található műanyagok anyagvizsgálata és újrafelhasználási lehetőségeinek elemzése.
A projekt a PET Kupa civil kezdeményezéssel együttműködésben valósult meg, a PET Kupa biztosította a módszerek és adatok helyszíni validálásának lehetőségét, valamint mintákat és adatokat szolgáltatott. A BME kutatói részt vettek több PET Kupa szemétszedő eseményen is, valamint a folyami hulladék válogatásának folyamatába is beleláttak. Az elindult együttműködést a felek folytatni fogják.
A projekt eredményeinek bemutatására egy nemzetközi rendezvényt is szerveztünk, külföldi partnereinkkel együttműködésben. Az M4 (Measuring, Monitoring, Modelling and Managing of Plastics in Flowing Workshop) workshopot 2025. október 29-31 között szervezte meg közösen a BME és a PET Kupa Egyesület, helyszíne a BME és a PET Kupa kiskörei Folyómentő Központja volt.
Folyami műanyag transzport modellezés és validálás
A kutatás célja olyan szimulációs modelleszköz kifejlesztése volt, amely alkalmas a műanyagok folyami transzportjának, illetve a folyóban történő mozgásának és sorsának numerikus vizsgálatára. Jelenleg ugyanis nem áll rendelkezésre széles körben alkalmazható, kifejezetten erre a célra fejlesztett modelleszköz. A kutatás eredményeként létrejött, moduláris felépítésű modell különböző hidrodinamikai modellek eredményeire építve képes a műanyag részecskék folyóbeli mozgásának, ülepedésének és különböző környezeti folyamatokban való részvételének szimulációjára. A fejlesztés ezáltal a műanyagok folyami terjedésének jobb megértéséhez és a szennyezés kezelését támogató modellezési módszertan továbbfejlesztéséhez is hozzájárul.
A kutatás eredményeként egy újszerű, moduláris és jól skálázható szimulációs modelleszköz jött létre a műanyagok folyami transzportjának vizsgálatára. A fejlesztés egyik legfontosabb módszertani eredménye az Euler-i hidrodinamikai modellek és a Lagrange-i részecsketranszport-modell összekapcsolása, amely lehetővé teszi a műanyag részecskék egyedi mozgásának és sorsának részletesebb vizsgálatát. A fejlesztett modell a számítási hatékonyság növelését szolgáló hierarchikus szomszédkeresési eljárással, a kvázi-3D részecsketranszporttal, valamint a moduláris folyamatkezeléssel olyan rugalmas modellezési keretet biztosít, amely későbbi fejlesztések és további fizikai folyamatok beépítésére is alkalmas. A modell így nemcsak a vizsgált folyószakaszok műanyagszennyezésének elemzésére használható, hanem megfelelő alapot jelenthet a műanyagok folyami transzportjának szélesebb körű, nemzetközi szintű kutatásához és a kapcsolódó modellezési módszertan továbbfejlesztéséhez.
Az elméleti modell validálásának kétféle módszerét is kidolgoztuk a kutatás során és validáltuk is a Bodrog folyó hazai szakaszára, amire a fenti modellt is felépítettük.
Az egyik megközelítés a műanyag áradat nyomonkövetésének műszaki hátterének megteremtése volt, amihez nyomkövetővel ellátott, úgynevezett GPS palackokat terveztünk és raktunk össze. Ezek a palackok lehetővé teszik, hogy nyomon tudjuk követni a műanyagok útját a folyókban, így adatokat gyűjtve a modellezésbe nehezen integrálható faktorokról, mint például a növényzet általi csapdázódás.
A másik megközelítés a folyóvízi makroműanyag-szennyezés korszerű, automatizált megfigyelési módszereinek fejlesztése volt. A kutatás alapvető célja olyan képfeldolgozási és monitoring eljárás kialakítása volt, amely a hagyományos, időszakos terepi mintavételezést nagy időbeli felbontású, hosszú távon működtethető megfigyelésekkel egészíti ki. A munka során a kezdeti objektumfelismerési vizsgálatoktól egy valós környezetben működő, több mérőállomásból álló monitoringrendszer kialakításáig jutottunk el.
A fejlesztés első szakaszában különböző kamerás felvételek alapján vizsgáltuk a mesterséges intelligencián alapuló objektumdetektálás lehetőségeit. A modellt dunai, tiszai és bodrogi környezetből származó, fix kamerás és UAV-felvételeken teszteltük. A fejlesztés egyik fő kihívását az jelentette, hogy a megfigyelni kívánt tárgyak a teljes képen gyakran csak néhány pixel méretűek, továbbá növényzet, tükröződés és összetett háttér nehezíti felismerésüket.
A következő kutatási szakaszban a hangsúly az egyedi képek feldolgozásáról a folyamatos videóalapú mérésre helyeződött át. A Bodrog–Tisza–Latorca vízrendszerben fix kamerás mérőhelyekből álló megfigyelőhálózat épült ki. A kamerák által rögzített videók automatikusan kerülnek a feldolgozó rendszerbe, ahol szabványosítás, képkocka-mintavételezés, többféle csempézésű objektumdetektálás, detekcióegyesítés, területi szűrés, objektumkövetés és számlálás történik.
Az elmúlt négy év munkájának legfontosabb eredménye tehát egy módszertani fejlődési lánc kialakítása: az automatikus makroműanyag-felismeréstől a folyamatos, többállomásos, eseményszintű folyami monitoringig. A kiépített infrastruktúra a későbbiekben nemcsak tudományos vizsgálatokra, hanem szennyezési események korai felismerésére, riasztások kiadására és a beavatkozások támogatására is alkalmas lehet.
Folyami műanyag újrahasznosítási lehetőségei
A négyéves kutatási program másik átfogó célja annak vizsgálata volt, hogy a folyóvízi környezetből begyűjtött, különböző mértékben degradálódott PET-hulladék milyen feldolgozási és anyagmódosítási eljárásokkal alakítható át értéknövelt, műszaki célú termékekké. A kutatás során elsősorban a Tisza vízgyűjtő területéről, illetve a Bodrog árteréről származó PET-palackhulladékot vizsgáltuk, és a laboratóriumi anyagvizsgálatoktól jutottunk el a különböző termékprototípusok előállításáig.
A kutatás első szakaszának egyik fontos feladata a folyami PET hulladék degradáltságának meghatározása volt. Xenonkamrás gyorsított öregítési vizsgálatok alapján új, differenciális pásztázó kalorimetriai mérésekre épülő, oldószermentes termoanalitikai módszert fejlesztettünk a hulladék állapotának becslésére. A módszer a gyakorlati szempontból releváns molekulatömeg-tartományban ±6%-nál kisebb relatív hibával működött, így a hagyományos viszkozitásmérésekhez hasonló pontosság mellett egyszerűbb és környezetkímélőbb meghatározást tett lehetővé. A módszert ezt követően valós, Bodrog árteréből begyűjtött PET-hulladékon is sikeresen validáltuk.
A kutatás során többféle anyagmódosítási lehetőséget is vizsgáltunk a reciklált PET tulajdonságainak javítására; többek között a szívósítást, a heterogén gócképzést, a habosítást, az égésgátlást és a szálerősítést.
A négy év során a fejlesztéseket több feldolgozási technológiával is demonstráltuk. A megtisztított és darált folyami PET-hulladékból fröccsöntéssel, 3D-nyomtatással, lemezextrúzióval, vákuumformázással és habextrúzióval készítettünk vizsgálati mintákat és termékprototípusokat. Az előállított termékek között tálkák, 3D-nyomtatott sípok, irodai eszközök, hajó alakú kulcstartók, hőálló tálcák, valamint mikrocellás és égésgátolt lemeztermékek szerepeltek. A folyami PET-ből kiegyensúlyozott mechanikai tulajdonságú, 3D-nyomtatásra alkalmas filamenteket is fejlesztettünk. A módosított és módosítatlan filamentekből többek között hajó alakú kulcstartókat nyomtattunk, amelyek a PET Kupa rendezvényein promóciós termékként is megjelentek. Ez a fejlesztés igazolta, hogy a környezeti eredetű PET-hulladék megfelelő feldolgozás után nemcsak alapanyagként, hanem konkrét, funkcionális termékek előállítására is felhasználható, ezáltal erősítve a körforgásos gazdaság elveinek gyakorlati megvalósítását.
Tovább a kutatócsoport oldalára.
