Dr.sc. Željko Penga dolazi sa Fakulteta elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje (FESB) gdje radi na Zavodu za strojarstvo i brodogradnju. Recentni je dobitnik dvije prestižne nagrade za svoj istraživački rad – Državne nagrade za znanost u području tehničkih znanosti kao znanstveni novak za 2019. godinu (dodijeljene u prosincu 2020. godine), te nagrade za znanost Sveučilišta u Splitu u kategoriji mladih znanstvenika za 2020. godinu (dodijeljene u ožujku 2021. godine), a ujedno je i najmlađi doktor znanosti iz strojarstva na FESB-u. https://www.researchgate.net/profile/Zeljko-Penga
e-mail: zpenga@fesb.hr
U nastavku vam prenosimo njegov intervju za portal Universitas.
https://www.universitas-portal.hr/nagrada-za-znanstvene-novake-u-splitskim-rukama/
- Na čemu trenutno radite, recite nam pobliže čime se bavite?
Završio sam preddiplomski i diplomski studij strojarstva, doktorirao sam iz područja računalne dinamike fluida i eksperimentalne analize vodikovih membranskih gorivnih članaka. Bavim se računalnom analizom strujanja fluida i simultanim prijenosom topline i tvari, te eksperimentalnim ispitivanjima, validacijom i optimizacijom, u svrhu poboljšanja radnih značajki gorivnih članaka i različitih hidrauličkih i termodinamičkih sustava. Radim u velikom dijelu u suradnji s drugim ustanovama, poglavito inozemnim, zbog potrebe za vrlo skupocjenom opremom i visoko-obučenim kadrom koji se bavi vodikovim tehnologijama. Od međunarodnih suradnji bih istaknuo suradnju sa Sveučilištem Oxford, Sveučilištem Jiangsu, Tehničkim sveučilištem u Grazu, institutom ZSW iz Ulma u Njemačkoj, a od domaćih suradnju s partnerima s projekta STIM-REI.
- Dobitnik ste državne nagrade i sveučilišne nagrade za znanost u području tehničkih znanosti. Stoji u obrazloženju da su nagrade dodijeljene za znanstvenu produktivnost, ali i posebno za postignute originalne rezultate koji se odnose na područje matematičke i eksperimentalne analize vodikovih membranskih gorivih članaka i obnovljivih izvora energije. Recite nam nešto više o ovome?
Matematička i eksperimentalna analiza su međusobno povezane. Većina istraživača se bavi jednim ili drugim područjem, međutim prema mojem dosadašnjem iskustvu potrebno se baviti i jednim i drugim kako bi se došlo do relevantnih saznanja. Za određenu problematiku od značaja, na računalima visokih performansi izrađujem matematičke modele različitih stupnjeva kompleksnosti, koje zatim kalibriram i validiram rezultatima eksperimentalnih mjerenja koja izvodim u suradnji s kolegama u laboratorijima u Hrvatskoj i inozemstvu. Nakon što model precizno opisuje stanje ustanovljeno eksperimentalnim mjerenjima, na računalu ispitujem utjecaje različitih preinaka na performanse, od geometrijskih preinaka do promjene radnih parametara kao što su npr. kemijski sastav, temperatura, tlak, i sl., te vršim optimizaciju određenih značajki u cilju dobivanja željenih radnih karakteristika. Na koncu proces rezultira razvojem sustava superiornih performansi pri čemu je značajno umanjen financijski izdatak potreban za poboljšanja jer se ispitivanje vrši na računalu, te rezultira uvidom u velik broj potencijalnih nedostavaka tijekom rada koje je teško eksperimentalno ustanoviti, a vrijeme potrebno za izvršiti velik broj proračuna je puno kraće od uobičajene izrade većeg broja prototipa koje je zatim potrebno dugotrajno eksperimentalno ispitivati. Osim računalne analize, bavim se razvojem eksperimentalnih postava i mjerenjima jer su matematički proračuni i eksperimentalna validacija u međusobnoj korelaciji, te je gotovo uvijek potrebno ispitati neočekivane pojave uočene u numeričkom modelu, te ih eksperimentalno verificirati, a u tu svrhu je potrebno simultano modificirati eksperimentalni i računalni postav temeljem tekućih saznanja. Moje područje interesa su obnovljivi izvori energije, s žarištem na vodikovim tehnologijama, poglavito vodikovim membranskim gorivnim člancima, ali se također bavim i značajnim brojem drugih područja u kojima vršim matematičke analize i uspoređujem podatke s mjerenjima koja su radili drugi istraživački timovi (procesi miješanja, analiza hidrauličkih strojeva, analiza materijala s promjenama agregacijskih stanja, modeliranjem stacionarnih i nestacionarnih kemijskih procesa, itd.). Što se tiče posebno postignutih rezultata iz područja matematičke i eksperimentalne analize, oni su posljedica moje suradnje s drugim ustanovama u inozemstvu i Hrvatskoj. U suradnji s istraživačima sa Sveučilišta Oxford, UK, te Sveučilišta Jiangsu, Kina (koji su me kontaktirali jer su pročitali moj rad koji im je bio interesantan) radim na razvoju sustava membranskih gorivnih članaka koja se bazira na konceptu varijabilnog temperaturnog polja, koje sam razvio i detaljno obradio u svojoj doktorskoj disertaciji, u spregu s varijabilnom raspodjelom katalizatora (u kojem se između ostalih komponenti nalaze nanočestice skupocjene platine). Tijekom dosadašnje suradnje smo uspjeli postići povećanje maksimalne gustoće struje u gorivnom članku u iznosu od čak 69%, pri čemu smo smanjili količinu platine za 18%, što znači da bi gorivni članak u kojem bi se primijenio novorazvijeni koncept mogao biti značajno manjih dimenzija (i posljedično manjeg ekonomskog troška) i vrlo konkurentan u automobilskom sektoru. Trenutno intenzivno radimo na razvoju nekoliko novih oblika polja strujanja kako bi se postigla dodatna poboljšanja radnih značajki membranskih gorivnih članaka, pri čemu kolege sa Sveučilišta Jiangsu izrađuju eksperimentalne instalacije primjenom naprednih tehnologija kao npr. 3D printanje i sinteriranje metala za bipolarne ploče te optimizacijom procesa nanošenja slojeva nanočestica na substrat katalitičkog sloja.
Suradnja s Tehničkim sveučilištem u Grazu temelji se na razvoju potpuno novog oblika polja strujanja koje se temelji na biomimetici, oponašanju izgleda kože morskog psa, tzv. shark-skin flow field, pri čemu su rezultati ispitivanja ustanovili da se na taj način mogu značajno poboljšati radne značajke membranskog gorivnog članka. Dotično istraživanje je napravljeno u sklopu projekta u kojem su glavni partneri automobilski gigant Volkswagen, te najveći privatni institut za ispitivanje toplinskih strojeva AVL List GmbH. Također je razvijen novi sustav za dijagnostiku i prikupljanje podataka tijekom rada gorivnih članaka koji se temelji na tehnologiji tiskanih pločica i značajno je jeftiniji od sustava za sličnu namjenu koji postoje na tržištu, a za novorazvijeni dijagnostički sustav i senzore se trenutno sastavljaju patentne aplikacije.
U suradnji s istraživačima s instituta ZSW u Ulmu, Njemačka, razvio sam do sada najkompleksniji i izrazito precizan matematički model membranskih gorivnih članaka koji su kolege s instituta ZSW validirali rezultatima mjerenja dobivenih neutronskom radiografijom koja koristi nuklearni reaktor kao izvor neutrona za vizualizaciju pojave vode tijekom rada, i kao rezultat naše suradnje otkriveni su uzroci nedostataka uočenih tijekom rada na njihovom svežnju gorivnih članaka koji do tada nisu bili poznati.
Na domaćem projektu STIM-REI radim, između ostalog, na razvoju vodikovog mikro-gorivnog članka koji će služiti kao alternativan izvor napajanja za uređaje kao što su primjerice umjetne pužnice za osobe oštećenog sluha, pacemakeri i sl. Prednost mikro-gorivnih članaka je mogućnost postizanja potrebnog radnog napona sa uređajem značajno manjih dimenzija spram baterija (dimenzije bi bile reda veličine od nekoliko milimetara, pri čemu su sastavnice u dimenzijama od nekoliko desetaka mikrometara) pri čemu bi takav sustav mogao neometano raditi značajno duže vrijeme kada se usporedi s konvencionalnim baterijama koje se koriste u takvim sustavima, te bi vrijeme punjenja vodika kojim se uređaj izravno napaja bilo samo nekoliko minuta. Kao potencijalna zamjena za baterije sa značajnim brojem prednosti, primjene mikro gorivnog članka su vrlo široke. U daljnjim fazama projekta planira se napajanje raznih vrsta senzora kojima bi se na taj način omogućio dugotrajan rad, te kasnije razvoj sustava za mobilne telefone, prijenosna računala i sl.
- U 2019. i 2020. godini objavili ste ukupno 8 znanstvenih članaka u časopisima vrlo visokog faktora odjeka, ali ste bili i mentor studentskog tima koji je osvojio 1. mjesto na međunarodnom natjecanju ESTECO. Recite nam više? U 2019. sam objavio 4 znanstvena rada u međunarodnim časopisima, trebalo ih je biti i više ali sam boravio tri mjeseca na Tehničkom sveučilištu u Grazu, kao istraživač poslijedoktorand, te sam radio na razvoju membranskih gorivnih članaka za automotivne primjene na nekoliko njihovih projekata, što oduzima veliku količinu vremena, pa nisam imao dovoljno vremena za pisanje većeg broja radova, a osim dotičnih radova sam u 2019. imao i 14 konferencijskih radova koji su nastali kao rezultat suradnje s drugim istraživačima. U 2020. godini sam objavio 4 znanstvena rada u međunarodnim časopisima, te 3 konferencijska rada, na broj konferencijskih radova je bitan utjecaj imala trenutna epidemiološka situacija.
Bio sam mentor studentima na međunarodnom natjecanju ESTECO koje je bilo tematski vezano za hibridne micro-grid sustave, pri čemu je bio cilj razviti optimalan sustav obnovljivih izvora energije za grad u Indiji. Studenti su osvojili 1. mjesto u konkurenciji s 42 sveučilišta iz cijelog svijeta. Moja podrška se očitovala u obučavanju studenata u razvoju naprednih matematičkih modela primjenom računalne dinamike fluida u svrhu analize performansi obnovljivih izvora energije kao što su aktivno-hlađeni fotonaponski paneli te Arhimedova turbina, pri čemu su studenti dobili posebne pohvale jer su jedini razvili tako kompleksne modele, dok su drugi timovi koristili manje sofisticirane metode.
- Što Vam predstavlja nagrada i koji su planovi za budućnost?
Počašćen sam time što sam dobitnik Državne nagrade za znanost za znanstvene novake i Nagrade za znanost Sveučilišta u Splitu, jer mi to predstavlja priznanje za dosadašnji i veliku motivaciju za daljnji rad. Planiram se baviti daljnjim razvojem sustava s obnovljivim izvorima energije i membranskim gorivnim člancima u suradnji s istraživačima u Hrvatskoj i inozemstvu jer smatram da su membranski gorivni članci budućnost automobilske industrije.
