Pieteikuma iesniedzējiem šajā izaicinājumā ir jārisina visi turpmāk minētie mērķi:

• Inovatīvu progresīvu materiālu identificēšana un izstrāde enerģijas ieguvei, izmantojot jaunas fizikālas/ķīmiskas parādības, kas nodrošina radikālas pārmaiņas lietojumu klāstā un veiktspējā, vienlaikus samazinot atkarību no kritiski svarīgām izejvielām (CRMs)
• Progresīvo materiālu ieviešana miniaturizētā enerģijas ieguves modulī, piemēram, bet ne tikai, miniaturizētās saules baterijās, termoelektriskajos ģeneratoros (piemēram, TEG), nanotriboloģiskās/pjezoelektriskās ierīcēs, elektromagnētisko viļņu uztveršanas ierīcēs
• Miniaturizēto enerģijas ieguves moduļu integrēšana enerģētiski autonomās sistēmās (piemēram, bezvadu integrētos sensoros) un
• Ieguves moduļu salīdzinošā novērtēšana reprezentatīvā lietojuma gadījumā laboratorijas vidē (TRL 4), lai demonstrētu ievērojamus efektivitātes uzlabojumus iegūtās enerģijas ziņā, salīdzinot ar pašreizējo tehnoloģiju līmeni.

Tiek veicināta digitālo rīku, piemēram, AI, izmantošana, lai paātrinātu šo jauno materiālu identificēšanas, projektēšanas, izgatavošanas un raksturošanas procesu.

Visos priekšlikumos būtu arī jāidentificē potenciālie tirgi un to inovāciju saistītā ietekme.

Šī izaicinājuma galvenā ietekme būs:

• Jauna enerģētiski autonomu sistēmu paaudze, kas nodrošinās jaunus pakalpojumus, kuri uzlabos Eiropas iedzīvotāju dzīvi, izmantojot lietojumus tādās jomās kā diagnostika aprūpes vietā, viedas ilgtspējīgas pilsētas u.c.
• Enerģijas patēriņa un ražošanas ilgtspējas atbalstīšana saskaņā ar RePowerEU^[1] un Green Deal^[2] mērķiem, un
• IoT un enerģētiski autonomu sistēmu ilgtspējas uzlabošana kopumā.

Vērienīgi priekšlikumi, kas iesniegti šajā konkursā:

• identificēs jaunu progresīvu materiālu paaudzi miniatūriem enerģijas ieguves moduļiem, un
• sasniegs TRL 4 līmeni izstrādātajām enerģētiski autonomajām sistēmām.

Portfeļa pieeja

Atlasīto projektu portfelim būtu jāveicina dažādu progresīvu materiālu izstrāde, ko piemēro virknei miniatūru enerģijas ieguves moduļu un galīgajām integrētajām sistēmām.

Lai sasniegtu šo mērķi, projektu izvēli portfelī noteiks šādi faktori:

• Parādības, kas tiek izmantotas enerģijas iegūšanai no vides (piemēram, saules, termoelektriskās, pjezoelektriskās, nanotriboloģiskās u.c.)
• Piedāvāto progresīvo materiālu sastāvs, un
• Pielietojuma joma (piemēram, lauksaimniecība, autobūve, veselības uzraudzība, valkājamas ierīces, viedpilsētu pārvaldība, enerģijas pārvaldība, rūpnieciskā uzraudzība u.c.).

Atlasītie projekti tiks norīkoti vadīt un/vai iesaistīties portfeļa aktivitātēs, kas vērstas uz šādām prioritātēm:

• salīdzinošā novērtēšana, lai salīdzinātu piedāvātās tehnoloģijas, izmantotās parādības, izmantotos progresīvos materiālus un pieejas
• zinātnisku apsvērumu un rezultātu apmaiņa par dažādām pētītajām fizikālajām/ķīmiskajām parādībām, lai paplašinātu zināšanas un veicinātu jaunus atklājumus šajā jomā ar potenciālām paradigmas maiņām
• atziņu apmaiņa par moduļu integrāciju, lai atrisinātu iespējamās problēmas un palīdzētu virzīties uz efektīvu, darbspējīgu, enerģētiski autonomu sistēmu piegādi
• integrētas pieejas izstrāde ar dažādiem papildinošiem enerģijas ieguves moduļiem konkrētiem lietošanas gadījumiem un lai palielinātu galīgo iegūtās enerģijas daudzumu, un
• komunikācija ar mērķauditorijām, piemēram, korporācijām, investoriem, kā arī plašāku sabiedrību, lai palielinātu izpratni par šo tēmu ar mērķi paātrināt šo radikālo inovāciju ieviešanu.

Konteksts un darbības joma

Eksponenciālais IoT (Internet of Things) sistēmu un savienoto objektu izstrādes un ieviešanas pieaugums (~100 miljardi līdz 2025. gadam un ~250 miljardi līdz 2030. gadam^[3],[4]) savukārt palielinās to sensoru tīklu skaitu, kas nepieciešami datu nodrošināšanai uz vietas; aplēses liecina, ka līdz 2025. gadam to skaits sasniegs ~1 triljonu, bet līdz 2040. gadam ~10 triljonus.

Šādas paplašināšanās sekas ir proporcionāls enerģijas patēriņa pieaugums, kas apvienots ar kaitīgu ietekmi uz vides ilgtspēju: pētījumi norāda, ka kopējais IoT patērētais elektroenerģijas daudzums 2040. gadā būs vienāds ar pašreizējo kopējo globālo enerģijas patēriņu. Turklāt sensoru tīkli, kurus parasti darbina baterijas, radīs nepieciešamību katru dienu nomainīt 80 miljonus bateriju, kam būs negatīva ietekme uz plašāku vidi.

Lai mazinātu šāda ierīču skaita pieauguma ietekmi, ir nepieciešami risinājumi, kas samazinās enerģijas patēriņu un palielinās savienoto sensoru, piemēram, bezvadu sensoru tīklu (WSN), un IoT sistēmu, kurās šādi sensori ir integrēti, enerģētisko autonomiju.

Tādēļ šis izaicinājums ir vērsts uz jaunas paaudzes progresīvu materiālu^[5] izstrādi, lai nodrošinātu miniatūras integrētas enerģijas ieguves ierīces ar ievērojami uzlabotu veiktspēju salīdzinājumā ar pašreizējo tehnoloģiju līmeni, kas ļaus radīt ļoti efektīvas enerģētiski autonomas ierīces un sistēmas.

Šis izaicinājums atbalsta Eiropas Komisijas paziņojuma „Progresīvi materiāli rūpnieciskajai līderībai^[6]” mērķus, kurā tika identificēta steidzama nepieciešamība veicināt progresīvu materiālu izstrādi, lai stiprinātu ES stratēģisko autonomiju stratēģiskajās jomās, vienlaikus risinot ilgtspējas, apritīguma un drošības jautājumus.

[1] https://commission.europa.eu/topics/energy/repowereu_en

[2] https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en

[3] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-15-5584-8_3

[4] https://www.statista.com/statistics/471264/iot-number-of-connected-devices-worldwide/

[5] Progresīvi materiāli ir saprotami kā materiāli, kas ir racionāli izstrādāti, lai tiem būtu (i) jaunas vai uzlabotas īpašības un/vai (ii) mērķtiecīgas vai uzlabotas strukturālās iezīmes ar mērķi sasniegt specifisku vai uzlabotu funkcionālo veiktspēju. Tas ietver gan jaunus, topošus ražotus materiālus (augsto tehnoloģiju materiāli), gan materiālus, kas ražoti no tradicionāliem materiāliem (zemo tehnoloģiju materiāli). OECD darba apraksts par progresīviem materiāliem https://one.oecd.org/document/ENV/CBC/MONO(2022)29/en/pdf

[6] https://research-and-innovation.ec.europa.eu/research-area/industrial-research-and-innovation/chemicals-and-advanced-materials/advanced-materials-industrial-leadership_en