News

W dodatku do Gazety Wyborczej Kraków ukazał się artykuł, w którym dyrektorzy Centrów badawczych opowiadają o pracach naukowych w swoich jednostkach.

- Ceramika to nie tylko filiżanki, kubeczki i talerze. To coś znacznie więcej - uśmiecha się Barbara Chruściel, dyrektor Centrum Ceramiki i Betonów. Doskonale wie, o czym mówi. Jej zespół pracuje m.in. nad wykorzystaniem materiałów ceramicznych w implantologii medycznej, w osłonach balistycznych i kamizelkach kuloodpornych dla wojska (zastępując ceramiką stal mogą być nawet o połowę lżejsze), a nawet w komorach spalania  dla technologii lotniczych i kosmicznych.
- Wyzwania są spore, takie komory pracują w bardzo wysokich temperaturach, nadtlenek wodoru spala się tam w temperaturze powyżej 3000oC, a temperatura gazów zwykle przekracza 1500oC. Tak skrajne warunki wymagają odpowiedniego doboru materiałów, ale ceramika powinna się tu sprawdzić idealnie. Jest odporna i na bardzo wysokie temperatury, i na działanie utleniaczy   oraz zmiany ciśnień - tłumaczy Chruściel.
- Ceramika znajdzie zastosowanie wszędzie tam, gdzie są najwyższe wymagania. Na przykład w motoryzacji. Mało kto wie, że elementy ceramiczne są stosowane w tarczach hamulcowych ekskluzywnych samochodów sportowych. Żaden inny materiał nie wytrzyma takiego tarcia, jakie występuje podczas hamowania z bardzo wysokich prędkości - dodaje dr inż. Katarzyna Stec, dyrektor Centrum Materiałów Ogniotrwałych.
Oba centra to część Sieci Badawczej Łukasiewicz - Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych. Do Instytutu należy też Centrum Szkła i Materiałów Budowlanych oraz Centrum Inżynierii Środowiska. Wszystkie cztery analizują, badają, testują i certyfikują różnego rodzaju produkty zanim trafią na rynek, przede wszystkim jednak pracują nad nowymi, innowacyjnymi rozwiązaniami, czy to na zlecenie przemysłu, czy realizując własne pomysły.
- Nie uprawiamy nauki dla nauki, my przekładamy wiedzę na praktykę. Możemy niemal od razu zobaczyć, jak nauka znajduje zastosowanie w rzeczywistości i jest na bieżąco wdrażana w przemyśle - tłumaczy dyrektor Centrum Szkła i Materiałów Budowlanych Michał Wieczorek.
Jak zaznacza dr inż. Katarzyna Stec to szczególnie ważne teraz, kiedy na rynku po prostu nie ma surowców.
- Przerwanie łańcuchów dostaw postawiło przed nami ogromne wyzwanie. Musimy w niemal ekspresowym tempie tworzyć zupełnie nowe materiały bazujące wyłącznie na dostępnych nam surowcach, jednocześnie zapewniając im wszystkie właściwości materiałów dotychczas stosowanych - tłumaczy. - I muszą to być materiały praktycznie gotowe do wdrożenia.
Wyzwań jest zresztą znacznie więcej. A naukowcy muszą je wyprzedzać, jeszcze zanim przemysł przekona się, że pewnych rozwiązań potrzebuje.
- Obecnie większość zakładów przemysłowych, w których w procesach technologicznych wykorzystuje się paliwa, bazuje na paliwach konwencjonalnych, będzie się to jednak musiało zmienić. Czy to ze względu na wysokie kary związane z emisją dwutlenku węgla, czy w związku z kryzysem na rynku paliwowym - podkreśla dyrektor Centrum Inżynierii Środowiska dr Joanna Poluszyńska.
- Rynek jest dość hermetyczny, często też producenci niespecjalnie chcą iść w kierunku zmian. W końcu każda zmiana oznacza wydatki, a skoro do tej pory wszystko działało, produkt się sprzedawał, to po co coś zmieniać? - dodaje Barbara Chruściel. - Teraz jednak sytuacja jest krytyczna, choćby ze względu na dramatycznie rosnące koszty energii. Czas najwyższy na zmiany.
Dr inż. Katarzyna Stec podkreśla przy tym, że Polska ma sporo do nadrobienia. W końcu o transformacji ekologicznej przez lata myślały przede wszystkim kraje zachodnie. - A wyzwania Zielonego Ładu są naprawdę duże - zaznacza.
Jakie rozwiązania proponują więc naukowcy? Na przykład wykorzystujące... odpady. W przypadku Centrum Szkła i Materiałów Budowlanych  naukowcy skupiają się na projektach wykorzystania surowcach odpadowych z różnych gałęzi przemysłu zalegających przy zakładach produkcyjnych i przemysłowych, które do tej pory nie znalazły zastosowania. Nie jest to jednak zadanie proste.
- Najczęściej tego rodzaju materiały odpadowe nie są jednorodne, często też zawierają składnik, który wpływa niekorzystnie na proces wiązania lub zachowywania się końcowego materiału i jego właściwości - tłumaczy Michał Wieczorek. I dodaje, że w Polsce są na przykład bardzo duże składowiska fosfogipsu, które do tej pory nie znalazły sposobu na wykorzystanie=. -. Zarówno przemysł cementowy jak i gipsowy ma tu bardzo duże możliwości i potencjał w zakresie wykorzystania surowców odpadowych, również w celu zmniejszenia wykorzystania surowców naturalnych.
Naukowcy z Centrum Inżynierii Środowiska opracowali  z kolei specjalny nawóz organiczny, stworzony na bazie komunalnych osadów ściekowych i innych odpadów mineralnych.
- Wykorzystanie  przyrodnicze osadów ściekowych nie jest nowością samą w sobie, jednak stosowane do tej pory metody konieczne do ich stabilizacji były bardzo kosztowne. My opracowaliśmy metodę niskokosztową, z wykorzystaniem innego surowca odpadowego, w której przetwarzanie osadów jest w pełni bezpieczne, jednocześnie sam proces produkcji jest bezodpadowy - wymienia dr Joanna Poluszyńska.
Choć na razie nie może zdradzić wszystkich szczegółów (jednostkę obowiązują kontrakty) wiadomo, że BiOrgano-Mineral (prawdopodobnie pod taką nazwą będzie sprzedawany nawóz) wkrótce trafi na rynek. Produkt jest już dokładnie przebadany, metoda jego wytwarzania chroniona jest patentem, a nawóz nie tylko poprawia strukturę gleby, ale i całkowicie wpisuje się w założenia gospodarki o obiegu zamkniętym.
Inny pomysł, tym razem z Centrum Ceramiki i Betonów, to z kolei sposób na wykorzystanie surowców pochodzących z zakładów uzdatniania wody. Stosowane w nich filtry po wykorzystaniu trafiają na składowiska, naukowcy opracowali jednak technologię uszlachetnienia wypełniaczy filtrowych i przekształcania ich w pigment do barwienia kostki brukowej. Prace prowadzone były na konkretne zlecenie klienta, jednocześnie jednak naukowcy odkryli, że materiał może być wykorzystywany w magazynach energii pozyskiwanej ze źródeł odnawialnych.
- Magazynowanie energii to jedno z największych wyzwań naszych czasów. Rozpoczynamy również prace dotyczące opracowania wysoceefektywnych magazynów wodoru. - mówi Barbara Chruściel. - Chcemy iść w tym kierunku dalej, potrzebujemy tylko odpowiedniego partnera i finansowania.
Wodorem zajmuje się też Centrum Materiałów Ogniotrwałych. Właśnie powstaje tam opalany wodorem piec, dzięki któremu naukowcy będą mogli testować pomysły, które później będzie można wdrożyć w przemyśle.
- Musimy sprawdzić, jaki wpływ ma wodór na nasze materiały, czy działa korozyjnie, w jakich temperaturach zachodzą jakie reakcje, jakie materiały do jego stosowania zaprojektować - wymienia dr inż. Katarzyna Stec. - Jeśli u nas coś się nadtopi lub wystąpi korozja, strata będzie mała, a w ten sposób przekonamy się, co będzie się mogło sprawdzić w większej skali w przemyśle.
Naukowcy z zespołu dr inż. Stec wiedzą o tym wiele. Opracowywane przez nich materiały stosowane są praktycznie w każdej gałęzi przemysłu i choć ich nie widzimy, to m.in. dzięki nim działać mogą całe instalacje. Energetyka, petrochemia, zakłady chemiczne, włókiennicze, cementownie - wszędzie tam potrzebne są materiały ogniotrwałe, które będą odporne chemicznie, korozyjnie i będą w stanie wytrzymać temperatury nawet do 1800oC.
- Mimo że materiały, którymi się zajmujemy są wyjątkowo odporne na chemię, tarcie i temperaturę, są jednocześnie bardzo wrażliwe na uderzenia. Cała zabawa polega na tym, by połączyć wszystkie te supercechy z tą drobną słabością tak, by materiały idealnie sprawdziły się w danej gałęzi produkcji - uśmiecha się dr inż. Stec. - W zależności od potrzeb wszystkie te właściwości trzeba odpowiednio wyważyć. A że materiały ceramiczne nie są skalowalne, nawet jeśli sprawdzą się w warunkach laboratoryjnych, nie gwarantuje to, że tak samo sprawdzą się w przemyśle. Nasza praca trwa więc do pełnego wdrożenia.
Jednocześnie naukowcy pracują nad wyeliminowaniem z tego typu materiałów pierwiastków szkodliwych. Nie zawsze jednak to do końca możliwe. Tak jest na przykład z chromem, którego własności są na tyle spektakularne, że wycofać go z produkcji części materiałów zupełnie się nie da. Trzeba więc sprawić, by chrom nie był w nich szkodliwy dla otoczenia. A to już jak najbardziej możliwe. Pokazują to na przykład.... rubiny.
- Chrom zamknięty w rubinowych pierścionkach nie szkodzi przecież jego użytkownikom, a to on zapewnia im piękny kolor i przezroczystość - tłumaczy dr inż. Stec. - Dlatego my, tworząc materiały ogniotrwałe, nie wycofaliśmy się z chromu zupełnie, ale opracowaliśmy taki przebieg reakcji, żeby powstawały w nich drobinki rubinu.
Centrum Ceramiki i Betonów pracuje z kolei nad tym, by opracować technologię produkcji betonu komórkowego o znacznie obniżonej energochłonności procesu. To w tym Centrum lata temu stworzono podwaliny technologii jego wytwarzania, teraz jednak naukowcy chcą iść o krok dalej.
- Beton komórkowy jest znacznie lżejszy niż tradycyjny beton, bardzo łatwo obrabialny na placu budowy co znacznie skraca czas pracy, zarazem jest też bardzo dobrym izolatorem. Beton komórkowy produkowany jest w Polsce od połowy XX wieku, jednak ciągle istnieje przestrzeń do poprawy właściwości, a obecnie kluczowe staje się obniżenie energochłonności procesu produkcyjnego. Pracujemy nad tworzeniem z niego elementów prefabrykowanych dla budownictwa przemysłowego i modułowego. - tłumaczy Barbara Chruściel.
Jej Centrum udało się też stworzyć obniżający emisję produkt mogący zastąpić stosowane obecnie farby rozpuszczalnikowe, którymi zdobi się np. płytki ceramiczne. Byłaby to korzyść nie tylko dla środowiska, ale i pracowników, którzy teraz mają kontakt ze szkodliwymi oparami. Naukowcy pracują też nad innymi rozwiązaniami dla producentów płytek ceramicznych, które pozwoliłyby obniżyć temperaturę ich wypalania.
- Obecnie oszczędność energii rzędu nawet kilku procent już jest dużym krokiem do przodu - zaznacza Chruściel.
Nad oszczędzaniem energii intensywnie pracuje też Centrum Szkła i Materiałów Budowlanych. Budownictwo stoi teraz bowiem przed ogromnym wyzwaniem - powszechnie używany klinkier portlandzki jest niezwykle energochłonny w produkcji. A to oznacza, że coraz droższy i coraz mniej ekologiczny.
- To podstawowy składnik cementu portlandzkiego, z którego wykonuje się wszelkiego rodzaju betony, budownictwo masywne i będące spoiwem wielu materiałów budowlanych - tłumaczy Michał Wieczorek. - W przypadku betonu stosuje się już cementy popiołowe, hutnicze czy wieloskładnikowe, sprawa komplikuje się w przypadku zapraw, w których cement portlandzki jest głównym spoiwem sprawiającym, że posiadają odpowiednie właściwości użytkowe związane z wytrzymałością czy reologią. Pracujemy więc nad tym, by do produkcji cementu wykorzystać nowe surowce, zarówno naturalne jak i odpadowe co stwarza możliwości znacznego zmniejszenia emisji CO2 do atmosfery.
Jednym z najważniejszych zadań Centrum jest też badanie właściwości pożarowych i akustycznych materiałów budowlanych. W wypadku właściwości pożarowych zadanie jest tym ważniejsze, że chodzi przecież o ludzkie bezpieczeństwo.
- Jesteśmy jednym z nielicznych miejsc, w których sprawdzana jest nie tylko jak materiał reaguje na ogień, jak wpływa na rozwój pożaru ale także to, jak dany wyrób będzie zachowywał się w miejscu końcowego zastosowania, a więc np. wbudowany w inne elementy konstrukcyjne poddany działaniu warunkom symulującym pożar., Pod uwagę bierzemy też różne scenariusze pożaru: czy jest to pożar zewnętrzny, czy w pomieszczeniu,. Sprawdzamy przy tym również  w jakim stopniu wyrób hamuje dalsze rozprzestrzenianie płomieni. Jest to niezwykle istotne w przypadku nowoczesnych materiałów elewacyjnych i nie tylko. Pracujemy nad wpływem poszczególnych materiałów na bezpieczeństwo pożarowe. - tłumaczy Wieczorek.
Przy takich testach Centrum ściśle współpracuje ze strażakami. To dla nich świetna okazja do ćwiczeń - mogą w końcu sprawdzać postępowanie z ogniem w spokojnych, kontrolowanych warunkach, a nie w akcji, gdzie chodzi o jak najszybsze ugaszenie płomieni, ratowanie ludzkiego zdrowia i życia.
Okazji do ćwiczeń wkrótce będzie jeszcze więcej. Przy ul. Cementowej w Krakowie ruszyła bowiem budowa Centrum Bezpieczeństwa Pożarowego i Akustyki. To właśnie tam badane będą innowacyjne materiały budowlane i będzie to jedyne miejsce w Polsce, gdzie materiały testowane będą pod kątem ich reakcji na ogień, odporności ogniowej ścian oraz stopnia rozprzestrzeniania ognia przez ściany zewnętrzne w dużej skali oraz dachy. Sprawdzana będzie także ich izolacja akustyczna oraz pochłanianie dźwięku.
- To miejsce, gdzie po raz kolejny nauka łączy się z przemysłem - podkreśla Wieczorek. - Tak, jak jest to w całym naszym Instytucie.

Artykuł możecie przeczytać także na naszym LinkedInie: https://tiny.pl/ww7kr