Charakterystyka prac badawczych Stypendystów

Komentarze

Transkrypt

Charakterystyka prac badawczych Stypendystów
DoktoRIS
PROGRAM STYPENDIALNY
NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA
CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW
CZĘŚĆ DRUGA
DoktoRIS
PROGRAM STYPENDIALNY
NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA
CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW
CZĘŚĆ DRUGA
ISBN 978-83-7328-321-3
Szanowni Państwo!
Członek Zarządu
Województwa Śląskiego
Kazimierz Karolczak
Prorektor ds. Nauki
i Współpracy
z Gospodarką
prof. dr hab.
Andrzej Kowalczyk
Uniwersytet Śląski
Przekazujemy Państwu drugą część publikacji
zawierającej opisy zainteresowań badawczych
Stypendystów projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego Śląska realizowanego
wspólnie przez Samorząd Województwa Śląskiego
i Uniwersytet Śląski w Katowicach.
Charakterystyki badań naukowców zostały w niej
pogrupowane w obszary technologiczne uznane
za kluczowe dla rozwoju województwa śląskiego.
Wierzymy, że o sile gospodarki Śląska zdecydują
wiedza i innowacyjne pomysły naszych Stypendystów, gdyż globalna gospodarka rozwija się przede
wszystkim dzięki innowacyjnym rozwiązaniom
oraz współpracy biznesu z nauką.
Ufając, że warto inwestować w przyszłościowe
nowatorskie projekty i zachęcać do ich wykorzystywania podmioty gospodarcze, oddajemy
w Państwa ręce niniejszą publikację. Mamy nadzieję, że przedstawione w niej obszary badań
staną się inspiracją dla zawiązania współpracy,
a dzięki temu wydatnie przyczynią się do rozwoju
technologicznego i innowacyjności naszego regionu.
SPIS TREŚCI
TECHNOLOGIE MEDYCZNE
(OCHRONY ZDROWIA)
Katarzyna Basa
Wojciech Ciszek
Katarzyna Czarnecka
Marta Danch-Wierzchowska
Marzena Dołbniak
Karolina Gajda
Tomasz Gaweł
Agnieszka Gawlas-Mucha
Michalina Gramatyka
Przemysław Hahn
Dorota Hudy
Tomasz Jadczyk
Przemysław Jędrusik
Magdalena Jędzierowska
Katarzyna Kral
Łukasz Król
Aleksandra Krzywoń
Marcin Kubeczko
Anna Kwiatkowska-Mazurek
Paulina Maksym-Bębenek
Anna Marcisz
Marta Orłowska
Kamila Osadnik
Monika Paluch-Ferszt
Katarzyna Papaj
Anna Papież
Kinga Piżuch
Marcin Pruba
Agata Ptaszek-Budniok
Bartłomiej Pyciński
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
Ryszard Sordyl
Ewelina Spaczyńska
Dawid Szweda
Róża Szweda
Natalia Śmigiel-Gac
Patrycja Tudrej
Magdalena Zorychta
42
43
44
45
46
47
48
TECHNOLOGIE DLA
ENERGETYKI I GÓRNICTWA
Paweł Bargiel
Mateusz Brzęczek
Aleksandra Dryjańska
Piotr Feliński
Przemysław Jamrozik
Sylwia Jankowska
Katarzyna Jasiak
Marcin Kratofil
Piotr Kubica
Izabella Maj
Damian Pawłowski
Monika Radlik
Magdalena Szindler
Przemysław Ściubidło
Magdalena Tarnacka
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
TECHNOLOGIE
DLA OCHRONY
ŚRODOWISKA
Dorota Babilas
Beata Baka
Wojciech Bogacz
Kinga Bondarczuk
70
71
72
73
Piotr Celary
Karolina Chwiałkowska
Dominika Dąbrowska
Piotr Gutwiński
Artur Jaroń
Anna Jarosławiecka
Gabriela Kamińska
Ewelina Kilian
Piotr Klikowicz
Marta Kowalik-Wolska
Katarzyna Kowalska
Michał Kowalski
Barbara Krakowska
Aleksandra Krzywicka
Maciej Kurzydło
Ewa Laskowska
Bartłomiej Macherzyński
Ariel Marchlewicz
Anna Nowacka
Urszula Nowakowska
Monika Nowrotek
Joanna Orzeł
Małgorzata Pawlik
Agnieszka Placek
Iwona Pokorska-Silva
Anna Poskart
Krzysztof Rajczykowski
Agnieszka Rorat
Magdalena Stec
Dariusz Szeremeta
Anna Szymonik
Dorota Środek
Agata Świerc
Edyta Trzebińska
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
Małgorzata Wiącek
Krzysztof Wolski
Magdalena Wójtowicz
108
109
110
TECHNOLOGIE
INFORMACYJNE
I TELEKOMUNIKACYJNE
Kamil Dworak
Michał Frątczak
Tomasz Grzejszczak
Agnieszka Knoppik-Wróbel
Jolanta Konieczkowska
Sebastian Kurczyk
Katarzyna Łaba
Tomasz Nowak
Sandra Pluczyk
Grzegorz Poprawa
Jakub Rosner
Janusz Rygał
Michał Waluś
Tomasz Wesołowski
Paweł Zassowski
Tomasz Żyrek
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
PRODUKCJA
I PRZETWARZANIE
MATERIAŁÓW Agnieszka Benduch
Aneta Jakubus
Jarosław Jasiński
Tymoteusz Jung
Lech Kalinowski
Jagoda Krzysteczko
Aneta Krzyżańska
132
133
134
135
136
137
138
Andrzej Milewski
Marzena Ogórek
Dariusz Pyszny
Kamila Zdrodowska
139
140
141
142
PRZEMYSŁ MASZYNOWY,
SAMOCHODOWY,
LOTNICZY I GÓRNICZY
Sebastian Barwinek
Rafał Kaczmarek
Ewa Lisiecka
Hubert Michalczuk
Barbara Nieradka
Paweł Nowak
Aneta Olszewska
Marcin Procek
Wojciech Radwański
Justyna Skowronek
Milena Trzaskalska
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
NANOTECHNOLOGIE
I NANOMATERIAŁY
Maria Bańczyk
Małgorzata Berdys
Agnieszka Godziek
Maciej Kapkowski
Karina Kocot
Mateusz Korzec
Magdalena Laskowska
Beata Marcol
Marek Matussek
Krystian Mistewicz
Iwona Nawrot
Anna Nowak
Joanna Palion-Gazda
Michał Sitarz
Agata Szłapa
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
TECHNOLOGIE
MEDYCZNE
(OCHRONY ZDROWIA)
KATARZYNA BASA
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny
Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Opracowanie nowych materiałów kompozytowych dla stomatologii
o zwiększonej odporności przeciwdrobnoustrojowej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Głównym celem badań jest otrzymanie materiału
kompozytowego przeznaczonego na płyty protez
stomatologicznych o zwiększonej odporności przeciwdrobnoustrojowej. W pierwszej fazie badań
zostanie wybrany materiał akrylowy spośród
tworzyw dostępnych na rynku protetycznym. Jako
wypełniacz o własnościach przeciwdrobnoustrojowych zostaną zastosowane materiały ceramiczne
zawierające srebro. W ramach prowadzonej pracy
badawczej zastanie opracowana technologia wprowadzenia wypełniaczy do osnowy polimerowej za
pomocą mieszalnika turbulentnego lub/oraz planetarnego młynka kulowego. W następnym kroku zostaną wykonane badania za pomocą skaningowego
mikroskopu elektronowego oraz spektrometru EDS,
których celem będzie: potwierdzenie obecności wypełniaczy w osnowie, ocena stopnia agregowania
cząstek w zależności od zastosowanej technologii
mieszania. W kolejnym etapie przeprowadzone
zostaną badania aktywności przeciwdrobnoustrojowej otrzymanych kompozytów we współpracy
z Katedrą i Zakładem Mikrobiologii i Immunologii
w Zabrzu oraz badania nasiąkliwości i rozpuszczalności. Następnie na maszynie wytrzymałościowej
przeprowadzone zostaną badania wytrzymałości
na zginanie i rozciąganie oraz pomiary mikrotwardości metodą Vickersa. Badanie kąta zwilżania
zostanie przeprowadzone metodą leżącej kropli.
Dodatkowo zostaną przeprowadzone badania
trybologiczne obejmujące badania ścieralności
metodą ball on disc oraz pomiary współczynnika
tarcia w środowisku sztucznej śliny.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Użytkowanie protez sprzyja powstawaniu stomatopatii przez zwiększenie lokalnego obciążenia
tkanek oraz czasu jej kontaktu z mikroorganizmami. Obecnie brak jest materiałów polimerowych
przeznaczonych do wykonywania płyt protez wykazujących zwiększoną odporność na kolonizację
przez drobnoustroje występujące w jamie ustnej,
a badania naukowe dowodzą, że płyty protez są
kolonizowane przez mikroorganizmy już w pierwszych miesiącach użytkowania. W rezultacie wyniki przeprowadzonych badań przyczynią się do
zniwelowania istotnych dolegliwości klinicznych.
Efektem ekonomicznym będzie znaczące zmniejszenie liczby pacjentów wymagających leczenia
skutków stomatopatii protetycznych i grzybic
jamy ustnej.
12
WOJCIECH CISZEK
Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii
Instytut Fizyki, Zakład Fizyki Medycznej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Badanie wpływu dawek diagnostycznych promieniowania X na tkankę kostną
w okresie pediatrycznym metodą konfokalnej mikroskopii fluorescencyjnej
oraz spektrofluorymetrii indukowanej laserowo
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Ochrona przed promieniowaniem jonizującym
stosowanym rutynowo w diagnostyce medycznej wydaje się tematem zamkniętym. Analizując
doniesienia naukowe z ostatnich lat oraz wymogi
prawne obowiązujące w różnych krajach, można
spostrzec, że wciąż należy zachowywać ostrożność
w tych zagadnieniach. Istotne jest stałe monitorowanie narażenia pacjentów i wdrażanie zasad
zapewniających redukcję tego narażenia, jak np.
zasada ALARA (tzn. stosować dawki tak niskie,
żeby minimalizować ryzyko chorób, ale uzyskać
obraz wartościowy diagnostycznie). Osoby bardzo
młode z uwagi na intensywny rozwój organizmu
są nawet kilkanaście razy bardziej narażone na
negatywne skutki promieniowania jonizującego
w stosunku do osób dorosłych, co znajduje coraz
częstsze potwierdzenie w publikacjach, a ponadto
stanowi kluczowy element dla prawidłowej profilaktyki chorób nowotworowych.
Projekt badawczy ma na celu ocenę zagrożenia,
jakie niesie diagnostyczne promieniowanie X dla
pacjentów w bardzo młodym wieku, tzn. noworodków i małych dzieci, na podstawie badania
zmian biochemicznych kośćca modelu zwierzęcego z wykorzystaniem nowoczesnych metod
spektroskopowych. Oszacowany zostanie wpływ
dawek diagnostycznych stosowanych w klasycznej
rentgenodiagnostyce oraz tomografii komputerowej na pojawianie się uszkodzeń lub dysfunkcji
metabolicznych mogących prowadzić do indukcji
zmian nowotworowych na podstawie dostępnych
zaleceń prawnych określających maksymalną
dawkę, jaką można zdeponować jednorazowo.
13
Przewidywane wyniki badań projektu pomogą
stwierdzić, w jakim stopniu dawki diagnostycznego promieniowania X są bezpieczne dla osób
w bardzo młodym wieku, określając granicę między szkodą a pożytkiem i uściślając tym samym
poziom dopuszczalnych dawek maksymalnych.
Popularyzacja wyników badań przyczyni się do
podniesienia świadomości personelu medycznego,
a to z kolei uczuli personel zlecający i wykonujący
badania rentgenograficzne na to, aby nie stały się
one przyczyną przykrych następstw dla zdrowia
pacjentów.
KATARZYNA CZARNECKA
Śląski Uniwersytet Medyczny, Wydział Lekarski
Katedra i Klinika Chorób Wewnętrznych, Autoimmunologicznych i Metabolicznych,
Centrum Badawczo-Rozwojowe American Heart of Poland
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Procedury hybrydowe wykonywane u chorych
z wielonaczyniową chorobą wieńcową
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przezskórna angioplastyka wieńcowa z implantacją stentu oraz rewaskularyzacja chirurgiczna
to obecnie stosowane metody leczenia choroby
wieńcowej. Połączenie tych dwóch technik może
zapewnić optymalny sposób postępowania terapeutycznego. Wykorzystanie technik chirurgii
małoinwazyjnej, takich jak MIDCAB, umożliwia
prowadzenie procedur na bijącym sercu, bez użycia krążenia pozaustrojowego, z zachowaniem
ciągłości klatki piersiowej. Logicznym wydaje się
połączenie techniki MIDCAB w celu wszczepienia
pomostu LIMA-LAD lub LIMA-D1, z możliwością
implantacji stentów do pozostałych segmentów
tętnic wieńcowych, tj. do prawej tętnicy wieńcowej
oraz do tętnicy okalającej. Innowacyjną stroną tego
projektu jest jednoczasowość wykonywanych
procedur – podczas jednego znieczulenia wykonuje się zabieg hybrydowy. Rezultatem jest pełna
rewaskularyzacja naczyń wieńcowych, skrócenie
czasu leczenia i hospitalizacji, szybka rehabilitacja
i powrót do pracy.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Planowane jest powstanie nowoczesnego Sercowo-Naczyniowego Centrum Edukacji Endoskopowej
i Endowaskularnej. W realizacji przedsięwzięcia
zostanie wykorzystane dotychczas zdobyte doświadczenie CBR AHP w organizacji konferencji
i warsztatów. Podczas sesji, dzięki wykorzystaniu
szerokopasmowych złącz internetowych, lekarze
będą mogli niemalże na żywo uczestniczyć w procedurach zabiegowych, doskonaląc swój warsztat
zawodowy. Doświadczenia nabyte podczas organizacji takich warsztatów można wykorzystać
poprzez transfer technologii, wspomagając inne
ośrodki naukowo-medyczne na Śląsku w tworzeniu
podobnych infrastruktur teleinformatycznych.
Bardzo ważnym rezultatem gospodarczym dla
województwa śląskiego może być nasilenie się
zjawiska turystyki medycznej, w celu nabycia
przez pacjentów z innych krajów usługi zdrowotnej
wysokiej jakości po konkurencyjnej cenie. Istotne
jest więc inwestowanie w technologie medyczne,
dzięki którym możliwy jest wzrost innowacyjności
województwa śląskiego.
14
MARTA DANCH-WIERZCHOWSKA
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Automatyczna fuzja obrazów medycznych
w warunkach dużych odkształceń
dla zastosowań diagnostyki nowotworów piersi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zadaniem fuzji obrazów medycznych jest uzyskanie informacji komplementarnej, wynikającej ze
złożenia wyników dwóch typów badań. Badania
obrazowe rezonansu magnetycznego (MR – Magnetic Resonance), ze względu na dużą rozdzielczość
i czułość, stanowią podstawowe narzędzie oceny
zmian anatomicznych w obrębie tkanek miękkich.
Nałożenie na obraz MR obrazu z badania funkcjonalnego pozytronowej tomografii komputerowej
(PET – Positron Emission Tomography) pozwoli
na określenie metabolizmu zmian widocznych
w badaniu MR. W obu typach badań ułożenie
pacjentki różni się – w jednym pacjentka leży
na plecach, w drugim ułożona jest na brzuchu,
a piersi umieszczone są w specjalnych cewkach
wzmacniających jakość uzyskiwanego obrazu.
Praca ma na celu stworzenie oprogramowania
umożliwiającego jednoznaczne przekształcenia obu
obrazów do wspólnej przestrzeni. Jednoznaczne
zestawienie informacji z wymienionych powyżej
badań, w postaci fuzji obrazów, pozwoli na uzyskanie pełnej informacji diagnostycznej.
15
Stworzone oprogramowanie będzie w dużym stopniu automatyczne, co pozwoli na jednoczesne
przetwarzanie dużych zbiorów danych wykorzystywanych np. w analizie retrospektywnej. Skróci
to czas oczekiwania na wyniki, jak również samą
diagnozę, umożliwiając szybsze leczenie, co nie
jest bez znaczenia w bieżącym procesie diagnostycznym oraz terapeutycznym. Automatyczne
oprogramowanie, które nie wymaga wyszkolenia
dodatkowego operatora, lecz może być stosowany przez istniejący personel oraz na istniejącym
w placówce leczniczej sprzęcie, ma zdecydowanie
większą szansę na praktyczne zastosowanie kliniczne. Dodatkowo oprogramowanie umożliwiające
precyzyjne przekształcenia obrazu pozwoli na
przeprowadzanie badań we względnie wygodnej
dla pacjenta pozycji, a nie jak do tej pory w umożliwiającej najlepsze porównanie wyników badań.
Poprawi to komfort badań i tak wystarczająco
męczących, zarówno fizycznie, jak i psychicznie.
Dodatkowo wyniki fuzji obrazów pozwolą chirurgowi na dokładną lokalizację guza oraz określenie
struktury jego oraz tkanek otaczających, co spowoduje powszechniejsze stosowanie częściowej
mastektomii (zachowującej pierś), a nie całkowitej
jak do tej pory. Będzie to miało niebagatelny wpływ
na kondycję psychiczną pacjentów i ich otoczenia.
MARZENA DOŁBNIAK
Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
Zakład Inżynierii Systemów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Metody obliczeniowe w analizie ewolucji heterogenicznych
populacji komórek nowotworowych i ich odpowiedzi na różne formy terapii
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Komórki ludzkie, zarówno w organizmie, jak i hodowli komórkowej, wykazują się znacznym zróżnicowaniem morfologii, kinetyki oraz odpowiedzi
na zewnętrzne wymuszenia. Heterogeniczność
powoduje m.in. zwiększenie odporności populacji komórkowych, a w efekcie całego organizmu, na zmieniające się warunki zewnętrzne.
Z jednej strony pozwala ona np. na efektywne
zwalczenie infekcji w organizmie, ale z drugiej
strony jest przeszkodą w efektywnym leczeniu
nowotworów. Większa heterogeniczność populacji komórek nowotworowych oznacza bowiem
mniejszą skuteczność stosowanych protokołów
chemo- bądź radioterapii. Badania, prowadzone
w ramach pracy doktorskiej, mają na celu zrozumienie mechanizmów decydujących o heterogeniczności komórek zdrowych i nowotworowych,
w tym również tych związanych z komunikacją
międzykomórkową i jej powiązań z karcynogenezą.
Zostaną opracowane nowe modele: stochastyczne
oraz przestrzenne. Opracowane modele pozwolą na
lepsze odwzorowanie rzeczywistości w badaniach
symulacyjnych. Zrozumienie heterogenicznego
charakteru odpowiedzi komórkowych na stres
jest niezbędnym warunkiem postępu zarówno
w biologii, jak i medycynie. Ukierunkowanie tej
heterogeniczności wniesie duży wkład również
do nowej dziedziny inżynierii, jaką jest biologia
syntetyczna.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Planowane badania mają na celu opracowanie
z jednej strony narzędzi bioinformatycznych pozwalających na wyznaczanie parametrów modeli
matematycznych, opisujących dynamikę wzrostu
nowotworów i źródła heterogeniczności populacji
komórek nowotworowych, a z drugiej metod obliczeniowych do badania wpływu różnych form
oraz protokołów terapii na wielkość i charakter tych
populacji. Opracowane metody i narzędzia pozwolą
zarówno na zdobycie nowej wiedzy dotyczącej
związków pomiędzy heterogenicznością komórek
nowotworowych a prognozowanymi wynikami
terapii, jak i na wykorzystanie wniosków płynących
z analiz obliczeniowych do zmian w dotychczas
stosowanych protokołach leczenia i wskazanie
możliwych kierunków indywidualizowania terapii.
16
KAROLINA GAJDA
Politechnika Śląska, Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
Centrum Biotechnologii, Bioinżynierii i Bioinformatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Cykl komórkowy a odpowiedź komórek
nowotworowych i prawidłowych na stres oksydacyjny
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Radioterapia jest jedną z głównych metod leczenia
chorób nowotworowych. Jednak jej zastosowanie
jest zawsze związane z ryzykiem wczesnych i późnych powikłań popromiennych, przy czym ryzyko
to jest zależne od indywidualnych cech i podłoża
genetycznego pacjenta. Mechanizmy powikłań
popromiennych nie są w pełni poznane.
Prowadzone badania skupiają się na szukaniu
zależności pomiędzy reaktywnymi formami tlenu
ROS (Reactive Oxygen Species), a zmianą cyklu
komórkowego oraz miRNA w wyniku ekspozycji
komórek na promieniowanie jonizujące. Celem
pracy doktorskiej jest określenie mechanizmu
odpowiedzi komórkowej na promieniowanie
jonizujące i zahamowanie cyklu komórkowego
oraz identyfikacje zmieniających poziom miRNA
zaangażowanych w tę odpowiedź. Eksperymenty
są przeprowadzane na liniach komórkowych
nowotworowych (Hct116, Me45, K562) oraz prawidłowych (NHDF). Porównywana jest kinetyka
indukowania i zanikania ROS, a także oceniona
przeżywalność komórek i typów śmierci w komórkach poddanych działaniu jonizującemu
lub po zahamowaniu cyklu komórkowego. Identyfikacja miRNA, których poziom zmienia się
pod wpływem promieniowania jonizującego lub
zahamowania cyklu komórkowego, pozwoli na
zbadanie roli miRNA w odpowiedzi komórkowej
na te dwa czynniki. Zarówno zachowanie po
ekspozycji na promieniowanie, jak i zahamowanie
cyklu komórkowego komórek różnego typu, o różnych cechach morfologicznych, może być nieraz
17
całkowicie odmienne, prowadząc do zwiększonej
proliferacji, zatrzymania cyklu komórkowego lub
apoptozy.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Pomimo zainteresowania tematyką odpowiedzi
komórek na promieniowanie jonizujące jest niewiele prac, gdzie prezentuje się systemowe podejście
do badań. W doniesieniach literaturowych brak
jest informacji na temat związku indukcji reaktywnych form tlenu oraz zmian miRNA w cyklu
komórkowym lub po napromienieniu. Wiedza ta
jest niezbędna do przewidzenia odpowiedzi komórkowej na to promieniowanie oraz dostosowania
odpowiednich dawek i sposobów dawkowania
promieniowania podczas radioterapii. Wyniki
badań przyczynią się do lepszego zrozumienia
mechanizmów odpowiedzi komórkowej na promieniowanie jonizujące.
TOMASZ GAWEŁ
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny
Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Opracowanie technologii wytwarzania oraz badanie struktury
i własności innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem projektu jest opracowanie autorskiej technologii wytwarzania oraz badanie, poznanie i opis
struktury, a także spodziewanych unikatowych
własności innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych wytworzonych metodą
selektywnego spiekania laserowego (Selective Laser
Sintering – SLS) do zastosowania jako implanty
w przypadku ubytków podniebienia. Harmonogram prac obejmuje:
a. Etap kliniczny: pobranie wycisków gipsowych
od pacjentów z ubytkami podniebienia.
b. Etap projektowy: zaprojektowanie modelu
wirtualnego (3D) odwzorowującego ubytek
w wycisku gipsowym.
c. Etap wytwórczy: wytworzenie z proszku tytanu zaprojektowanego modelu (porowate
rusztowanie) z zastosowaniem urządzenia do
selektywnego spiekania laserowego i wtryśnięcie pod ciśnieniem w pory powierzchni tytanowego rusztowania polimeru z grupy akrylanów
i/lub elastomerów.
d. Etap badawczy: eksperymenty materiałoznawcze obejmujące analizę struktury fazowej, składu chemicznego, zmian stężenia pierwiastków
na linii: warstwa powierzchniowa–rdzeń, badania mikroskopowe, badania powierzchni
właściwej chropowatości i porowatości oraz
wybranych własności mechanicznych nowo
opracowanych innowacyjnych porowatych
materiałów biomimetycznych, tj. materiałów,
których funkcjonalne odpowiedniki, w postaci
kości i tkanek miękkich, występują w naturze
w organizmie ludzkim.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Efektem końcowym realizacji projektu będzie przede wszystkim otrzymanie innowacyjnych porowatych materiałów biomimetycznych, które będą:
lekkie, porowate, chropowate i biokompatybilne.
Ważnym elementem jest bliższe poznanie i opis
metodyki wytwarzania nowoczesnych materiałów
wytworzonych z proszków metalowych metodą
SLS poddanych procesowi wtryskiwania w pory
powierzchniowe spieczonego laserowo rusztowania tworzyw termoplastycznych z grupy akrylanów i/lub elastomerów. Projekt ma również służyć
poznaniu i opisowi struktury, a także własności
nowo opracowanych materiałów, mających znaleźć
zastosowanie jako implanty w przypadku ubytku
podniebienia u pacjentów. Istotnym elementem jest
też możliwość dalszych badań klinicznych mających na celu umożliwienie w dalszej perspektywie
czasowej wszczepiania takiego implantu pacjentom z ubytkiem w podniebieniu. Niewątpliwie
możliwość wprowadzenia tak zaprojektowanych
implantów na rynek znacznie poprawi jakość życia
pacjentów z ubytkiem podniebienia.
18
AGNIESZKA GAWLAS-MUCHA
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny
Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
Zakład Materiałów Nanokrystalicznych i Funkcjonalnych
oraz Zrównoważonych Technologii Proekologicznych
[email protected]; [email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Biozgodne stopy magnezu z wapniem
o regulowanej szybkości rozpuszczania
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Stopy magnezu są nową klasą materiałów biodegradowalnych, inaczej bioresorbowalnych,
biomateriałów do zastosowań ortopedycznych.
Potencjalne korzyści płynące z własności stopów
Mg to wartość modułu sprężystości zbliżona do
sprężystości kości. Biokompatybilność i własności
aktywne dla kości oraz eliminacja zabiegu wyjęcia
implantu z organizmu dzięki jego regulowanej
rozpuszczalności w ciele pacienta są głównymi
zaletami zastosowania tego stopu. Celem naukowym prowadzonej pracy jest zbadanie własności
i struktury nowoczesnych biodegradowalnych,
ultralekkich stopów na bazie magnezu. Zadaniem
technologicznym jest opracowanie sposobu odlewania poprzez odpowiedni dobór parametrów
procesu. Kolejnym etapem pracy jest prowadzenie
badań i sprawdzenie zdolności otrzymanego stopu
do przeróbki plastycznej, a także określenie jego
parametrów fizykochemicznych przed i po obróbce.
Ważnym aspektem badań są badania mechaniczne
i korozyjne, które skierują nowe światło na własności otrzymanego stopu, biokompatybilność
i biodegradowalność.
19
Głównym celem aplikacyjnym w przyszłości badanych stopów jest wykorzystanie ich głównie
jako materiały do zastosowań ortopedycznych.
Jednakże pobocznymi aplikacjami mogą stać się
elementy urządzeń, które mają dobre własności
wytrzymałościowe przy względnie małej masie.
MICHALINA GRAMATYKA
Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie w Warszawie
Oddział w Gliwicach
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Metformina i resweratrol jako potencjalne czynniki przeciwdziałające
kardiotoksycznym efektom promieniowania jonizującego i antracyklin
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Wraz z doskonaleniem metod wykorzystywanych w terapii chorób nowotworowych wydłużył się czas przeżycia pacjentów po pomyślnie
zakończonym leczeniu onkologicznym. Coraz
częściej ujawniają się jednak długoterminowe
efekty uboczne leczenia, dotyczące między innymi
uszkodzeń układu sercowo-naczyniowego (tzw.
kardiotoksyczność). Szacuje się, że zaburzenia sercowe o różnym natężeniu wynikające bezpośrednio
z leczenia onkologicznego mogą wystąpić nawet
u około 30% pacjentów.
W związku z ryzykiem uszkodzenia układu sercowo-naczyniowego podczas leczenia onkologicznego
istnieje konieczność zastosowania skutecznych
metod zapobiegawczych. Obecnie podstawową
strategią zmniejszenia ryzyka niepożądanych
efektów kardiotoksycznych jest monitorowanie
stężenia biomarkerów skorelowanych ze stopniem
uszkodzenia serca, jednak pomiary markerów
umożliwiają jedynie kontrolowanie dawki, a nie
zapobieganie uszkodzeniom serca. Alternatywą
staje się zastosowanie środków o charakterze kardioprotekcyjnym, łagodzących bądź całkowicie niwelujących toksyczny wpływ terapii przeciwnowotworowej na serce. W badaniach biomedycznych
testowanych jest wiele substancji o aktywności
cytoprotekcyjnej. Należą do nich między innymi
resweratrol i metformina, których właściwości
sugerują możliwą aktywność kardioprotekcyjną
i potencjalne działanie osłonowe w przypadku
stosowania w trakcie terapii onkologicznej.
Przedmiotem badań jest ocena, czy potencjalne
czynniki cytoprotekcyjne, metformina i reswe-
ratrol, redukują toksyczny wpływ antracyklin
i promieniowania jonizującego na komórki sercowe
(ludzkie kardiomiocyty w hodowli in vitro), oraz
jaki jest mechanizm ich hipotetycznego działania
kardioprotekcyjnego.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zastosowanie związków kardioprotekcyjnych,
ograniczających toksyczne efekty uboczne terapii
przeciwnowotworowej, może stać się istotnym
rozwiązaniem problemu kardiotoksyczności. Wiele
danych literaturowych wskazuje, że zastosowanie
czynników kardioprotekcyjnych w trakcie radiolub chemioterapii może pozwolić na obniżenie
toksyczności terapii względem komórek sercowych.
Co więcej, zastosowanie niektórych kardioprotektantów jest w stanie zwiększyć skuteczność samej
terapii nowotworowej.
20
PRZEMYSŁAW HAHN
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Badania nad biosyntezą 2-deoksyglikozydów z udziałem 2-glikozydaz
i ocena ich aktywności biologicznej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zakres prowadzonych w ramach projektu badań
dotyczy nowatorskich rozwiązań związanych
z enzymatyczną syntezą 2-deoksyglikozydów.
Praca dotyczy wykorzystania materii odpadowej
na bazie węglowodanów jako surowca mającego
istotne składniki medium hodowlanego do produkcji preparatu enzymatycznego. Zastosowane
techniki hodowli na podłożu stałym (Solid State
Fermentation) zapewniają ekonomiczne pozyskanie enzymów wykorzystywanych do syntezy
glikozydów. Niebywałą zaletą w aspekcie syntezy
glikozydów jest wysoce stereoselektywna metoda
enzymatyczna wobec tradycyjnych metod chemicznych, które charakteryzują się wieloetapowością oraz niską stereoselektywnością. Kolejną zaletą
stanowiącą przewagę enzymów nad katalizatorami
chemicznymi jest fakt, iż synteza jest wolna od toksycznych reagentów i katalizatorów chemicznych,
stanowiących duży problem w przypadku wdrożeń
metod produkcji do celów farmaceutycznych,
kosmetycznych czy spożywczych, gdzie odbiorcą
finalnym jest człowiek.
21
Przedstawiony projekt badawczy ma na celu rozwój
ukierunkowany na ochronę zdrowia ludzkiego
przed chorobami grzybiczymi – drożdżycami, które
dotykają niejednego z nas. Drożdżyca do dziś jest
jedną z najbardziej marginalizowanych chorób.
Tymczasem nawet u 80% osób mogą występować
drożdżaki, które powodują np. grzybice ogólnoustrojowe, stanowiące zagrożenie dla ludzkiego
układu odpornościowego.
Efektem pracy będzie opracowana zarówno metodyka pozyskiwania biokatalizatora – b-glikozydaz,
jak i dobrane warunki syntezy 2-deoksyglikozydów. Dzięki bezpośredniej ocenie aktywności
przeciwgrzybiczej, we współpracy ze Śląskim
Centrum Chorób Serca, możliwy będzie dalszy
ukierunkowany rozwój badań w przedstawianym
zakresie chorób grzybiczych.
DOROTA HUDY
Politechnika Śląska
Centrum Biotechnologii, Bioinżynierii i Bioinformatyki Śląska BIO-FARMA
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Modelowanie procesów regulacji ekspresji genów
komórek prawidłowych i nowotworowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem pracy doktorskiej jest stworzenie modelu
regulacji ekspresji genów komórek prawidłowych
oraz nowotworowych opierającego się na zależnościach miRNA – mRNA. Micro RNA mogą łączyć się
z transkryptem z pełną komplementarnością i powodować degradację mRNA albo z niepełną komplementarnością powodującą blokadę translacji.
W celu zbadania tych procesów przeprowadzono
wiele eksperymentów badających wpływ micro
RNA na mRNA oraz białko powstające z danego
transkryptu. Wykorzystano plazmid psiCHECK-2
(Promega), zawierający dwa geny reporterowe:
lucyferazy pochodzące od świetlika (Firefly) i renilli
(Renilla reniformis). Eksperymenty te przeprowadzono na komórkach nowotworowych, badając
zarówno pełną, jak i niepełną komplementarność
(miRNA – mRNA). Sprawdzono poziomy mRNA
genów reporterowych i poziom aktywności białka
(luminescencja) przekładający się na jego ilość
w badanym materiale.
Dodatkowo planuje się przeprowadzenie izolacji
polisomów metodą ultrawirowania w gradiencie
sacharozy. Pozwoli to na określenie, czy wyselekcjonowane do badań mRNA biorą udział w intensywnym tworzeniu białek, czy może nie podlegają
procesowi translacji. Kontynuowanie badań może
dać odpowiedź na pytanie, dlaczego tak się dzieje,
i jakie to niesie ze sobą konsekwencje.
Następnie na podstawie zebranych danych zostanie
opracowany model matematyczny, służący do prognozowania procesów zachodzących w komórkach,
a zarazem pozwalający na określenie, czy dana pula
komórek może się nadawać do dalszej hodowli
w celach, np. eksperymentalnych, medycznych.
Ma to znaczenie zwłaszcza w przypadku komórek
nieunieuśmiertelnionych prawidłowych, które
wraz z kolejnymi podziałami starzeją się i mogą
tracić pożądane właściwości, np. wytwarzania
konkretnych białek, bądź po prostu mogą zaniechać
podziałów komórkowych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Stworzony w ramach pracy doktorskiej model
może znaleźć zastosowanie np. w diagnostyce
laboratoryjnej do określenia przydatności komórek do przeszczepów komórkowych, określić ich
wiek biologiczny. Pozwoli również badać wpływ
zmian poziomów micro RNA na poziom zmian
transkryptów i ich białek. Usprawnić to może
wybór genu docelowego w terapii genowej, albo
sprawdzić, czy manipulacja poziomem miRNA
może odwrócić niepożądane zmiany zachodzące
w procesach komórkowych.
22
TOMASZ JADCZYK
Śląski Uniwersytet Medyczny
III Katedra, I Klinika Kardiologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Stężenie bioaktywnych fosfolipidów i wybranych
składowych układu dopełniacza w zawale serca
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Choroby układu sercowo-naczyniowego stanowią
główną przyczynę zgonów na świecie. Jedną ze
strategii poszerzenia panelu terapeutycznego jest
zastosowanie komórek macierzystych i progenitorowych (SPC). Dotychczas przeprowadzone badania
wskazują, że u pacjentów z zawałem serca dochodzi
do mobilizacji komórek macierzystych do krwi
obwodowej i następczej rekrutacji do strefy okołozawałowej. Proces ten może być odpowiedzialny
za naprawę miokardium, jednak na chwilę obecną
wiele aspektów pozostaje niejasnych.
Celem prowadzonych badań jest analiza czynników
odpowiedzialnych za mobilizację komórek macierzystych ze szpiku kostnego do krwi obwodowej
u pacjentów w ostrej fazie zawału mięśnia sercowego. Praca doktorska dotyczy oceny dynamiki
zmian osoczowego stężenia sfingozyno-1-fosforanu
(S1P), kluczowego lipidu wykazującego aktywność
biologiczną oraz składowych układu dopełniacza
C3a, C5a, C5b-C9. Najnowsze doniesienia naukowe
wskazują na kluczowe znaczenie powyższych
czynników w procesie rekrutacji SPC. Dane na
temat udziału wymienionych chemoatraktantów poszerzą wiedzę teoretyczną niezbędną do
prowadzenia dalszych badań, mających na celu
opracowanie nowych strategii farmakoterapii.
23
Wiedza na temat wpływu bioaktywnych fosfolipidów i składowych dopełniacza może pomóc w optymalizacji strategii terapeutycznych i ewaluacji
czynników prognostycznych pacjentów z zawałem
serca. Uzyskane wyniki, w dalszej perspektywie,
mogą przyczynić się do opracowania nowych schematów farmakoterapii z uwzględnieniem leków,
które mają potencjał wzmocnienia mobilizacji
komórek ze szpiku do krwi. Fingolimod, zarejestrowany i dopuszczony do obrotu agonista receptora
S1P, jest jednym z potencjalnych kandydatów.
Wiedza w zakresie tematycznym pracy doktorskiej ma szansę realnie wpłynąć na postępowanie
diagnostyczne i terapeutyczne. Opracowanie technologii pozwalającej na bardziej skuteczną terapię
zawału serca to także oszczędność dla systemu
opieki zdrowotnej, co związane jest z redukcją
kosztów leczenia powikłań przewlekłych, wśród
których niewydolność serca stanowi główny problem. Podstawowym założeniem prowadzonych
badań jest wzrost potencjału naprawczego komórek
macierzystych.
PRZEMYSŁAW JĘDRUSIK
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
System do automatycznej identyfikacji i klasyfikacji
wybranych gatunków pasożytów
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Cały projekt opiera się na akwizycji, przetwarzaniu
i analizie danych mikroskopowych. Do analizy,
weryfikacji, selekcji i klasyfikacji obrazów medycznych zostaną użyte algorytmy genetyczne,
sztuczne sieci neuronowe, szeroko rozumiane
klasyczne i nieklasyczne (nieparametryczne) metody statystyczne.
Analizowane dane medyczne w postaci obrazów
mikroskopowych obejmują różne grupy pasożytów
znajdujących się w różnych stadiach rozwojowych.
Zróżnicowanie materiału badawczego umożliwi
kompleksową analizę i gwarantuje obiektywne
wyniki badań.
Powstały w trakcie analizy danych medycznych
system umożliwi wygenerowanie automatycznej
podpowiedzi analizującemu materiał badawczy.
Skuteczna i ekonomiczna walka z pasożytami jest
kluczowym elementem działalności wielu przedsiębiorstw w województwie śląskim, poczynając od
specjalistycznych laboratoriów diagnostycznych,
szpitali, kończąc na stacjach epidemiologicznych.
Zgromadzenie odpowiedniej bazy danych pozwoli
na skuteczne ocenianie również całych terapii,
leczenia pacjentów. Daje to ogromne możliwości
wirtualnej nauki dla lekarzy, obserwacji działania
danych grup bakterii czy pasożytów, podejmowania decyzji na każdym etapie, jak również jeszcze na
etapie niezaordynowania odpowiedniego leczenia.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
System ma na celu umożliwienie firmie, której
zadaniem jest przygotowanie wyników badań nad
zagrożeniami bakteryjnymi, czy też pasożytniczymi, przy użyciu dokładnej analizy, identyfikacji
i klasyfikacji, zwiększenie trafności i skuteczności
prowadzonych badań. Narzędzie to umożliwi wizualną prezentację wyników, których odpowiednia ocena ma olbrzymi wpływ na mieszkańców
naszego województwa. W wielu przypadkach
analiza materiału biologicznego nastręcza niebagatelnych trudności, jak również nakładów
finansowych, związanych z wieloetapową i żmudną
analizą. Zaprojektowany system będzie umożliwiał znaczną redukcję ponoszonych nakładów
finansowych przez laboratoria diagnostyczne czy
stacje epidemiologiczne. Zainteresowanie jest tym
większe, gdyż składają się na to wszelkiego typu
zanieczyszczenia i zagrożenia, których wpływ
na zdrowie i życie mieszkańców jest niezwykle
istotny. Rozszerzenie możliwości analizy, zwiększenie zakresu prowadzonych analiz pozwolą na
gruntowne i wielorakie przebadanie materiału,
dając w efekcie paletę wyników wielu podejrzewanych zagrożeń. Natychmiastowy dostęp do
wyników, uchroni przed powikłaniami i umożliwi
wdrożenie bardzo szybko odpowiedniej terapii,
co jest w dzisiejszych, trudnych ekonomicznie
czasach najbardziej pożądanym aspektem szeroko
rozumianej ochrony zdrowia.
24
MAGDALENA JĘDZIEROWSKA
Uniwersytet Śląski
Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Wykorzystanie metod analizy i przetwarzania obrazów w ocenie
i diagnostyce parametrów biomechanicznych rogówki
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Odpowiadając na zapotrzebowanie środowiska
medycznego, w badaniach zajęto się analizą obrazów oraz parametrów biomechanicznych rogówki,
pochodzących z urządzenia Corvis ST, będącego
jednym z dwóch komercyjnie dostępnych na świecie tonometrów bezkontaktowych, pozwalających
na wyznaczenie parametrów biomechanicznych
oka i jednocześnie jedynym nagrywającym ruch
rogówki podczas jej odkształcenia na wysokorozdzielczym filmie wideo. Tonometry bezkontaktowe,
pozwalające na pomiar ciśnienia wewnątrzgałkowego, stosowane są w badaniach przesiewowych
m.in. w kierunku wczesnego rozpoznawania jaskry. Nowoczesny tonometr Corvis ST dostarcza
ponadto informacje o grubości rogówki oraz wielu
parametrów biomechanicznych rogówki, dotychczas niedostępnych dla tradycyjnych urządzeń.
Niestety te wciąż nowe parametry wymagają
szczegółowych badań oraz analiz, tak aby mogły
być rzetelnym kryterium wspomagającym lekarzy
w diagnozowaniu chorób oczu.
Celem pracy jest stworzenie oprogramowania,
które umożliwi, w pełni automatyczny sposób,
wyznaczenie oraz analizę parametrów biomechanicznych rogówki oka na podstawie jej obrazów,
pochodzących z tonometru Corvis ST. Głównym
zadaniem jest opracowanie nowatorskiego algorytmu, umożliwiającego automatyczną analizę
sekwencji obrazów odkształcenia rogówki pod
wpływem strumienia powietrza i wydobycie wyników ilościowych dotyczących parametrów biomechanicznych. Algorytm będzie wykorzystywać
25
znane obecnie oraz nowe techniki przetwarzania
obrazów, które umożliwią powtarzalną i automatyczną analizę obrazów rogówki.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W województwie śląskim istnieje wiele placówek
medycznych, posiadających nowoczesny tonometr
Corvis ST. Jednakże, co zauważają sami lekarze
okuliści, potencjał techniczny tego urządzenia,
a zwłaszcza możliwość pozyskania parametrów
biomechanicznych, jest wykorzystywany jedynie
w niewielkim stopniu. Interpretacja, tych wciąż
nowych dla lekarzy danych, dostarcza wielu problemów.
Prezentowane badania dają lekarzom szansę wskazania większej liczby danych diagnostycznych,
pozyskiwanych z obrazu rogówki, a tym samym
umożliwiają poprawę dokładności stawianej diagnozy. Klasyfikacja opracowanych parametrów
będzie pomocna m.in. w korekcji wartości ciśnienia wewnątrzgałkowego, tak aby pozyskiwana
wielkość była rzeczywista, niezaburzona zmienną
grubością rogówki oraz innymi właściwościami
mechanicznymi.
Bez wątpienia wyniki badań przyczynią się do
innowacyjności i konkurencyjności placówek,
w których zostaną wdrożone, co tym samym korzystnie wpłynie na rozwój i poziom oferowanych
świadczeń medycznych na terenie całego województwa śląskiego.
KATARZYNA KRAL
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny, Katedra Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Synteza i ocena aktywności biologicznej pochodnych urydyny
jako potencjalnych środków przeciwgrzybiczych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Syntaza chitynowa jako cel molekularny przy
projektowaniu potencjalnych terapeutyków w tym
środków przeciwgrzybiczych stanowi aktualnie
obszar zainteresowania wielu grup badawczych.
Wynika to z funkcji, jaką enzym pełni w komórce grzyba. Fakt, iż chityna nie jest składnikiem
ludzkiej komórki, powoduje, że związki hamujące
jej syntezę bądź w znacznym stopniu obniżające
aktywność syntazy chitynowej stają się potencjalnymi środkami przeciwgrzybiczymi. Daje to szansę
na pozyskanie substancji o selektywnym działaniu,
a więc bezpiecznych dla zdrowych komórek.
Prowadzone badania realizowane są etapami,
na które składają się: zaprojektowanie struktury
cząsteczek, modelowanie komputerowe i optymalizacja zaprojektowanych struktur, synteza
chemiczna, wydzielenie i oczyszczenie związków,
potwierdzenie ich struktury.
Ponadto w ramach badań wyizolowany zostanie
enzym i przeprowadzona ocena aktywności biologicznej finalnych produktów. Specyfika związków wykorzystywanych w badaniach, jakimi są
pochodne cukrowe, wymaga kilkuetapowych
syntez, włącznie z reakcjami protekcji i deprotekcji
odpowiednich grup funkcyjnych. Jest to niezbędne
do zachowania regioselektywności reakcji i otrzymania pożądanej struktury produktu.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Oczekuje się, że syntezowane w ramach pracy
analogi naturalnych antybiotyków wykażą aktywność przeciwgrzybiczą i zostaną kandydatami
na insektycydy lub terapeutyki.
Aby było to możliwe, konieczne jest opracowanie
wydajnych metod syntezy substratów wykorzystywanych w reakcjach. Prowadzone w nowatorski
sposób badania m.in. z wykorzystaniem reaktora
mikrofalowego oraz z wykorzystaniem metod
spektroskopowych mogą w znacznym stopniu
przyczynić się do wzrostu innowacyjności procesu, a przez to podnieść konkurencyjność firm
województwa śląskiego wykorzystujących opracowane procedury. Warto podkreślić, iż syntezowane pochodne urydynowe stale cieszą się
dużym zainteresowaniem na światowych rynkach,
a z uwagi na ich trudną dostępność takie wdrożenia
w obszarze fine chemicals byłyby dużą szansą dla
poprawy sytuacji na rynku śląskich firm sektora
biotechnologicznego i farmaceutycznego.
26
ŁUKASZ KRÓL
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Nowe narzędzia do poszukiwania miejsc wiązania miRNA
i innych „niekodujących” cząsteczek RNA na bazie adnotacji do 1000
genomów z uwzględnieniem mechanizmów modyfikacji potranskrypcyjnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Ekspresja genów jest jednym z podstawowych
mechanizmów funkcjonowania komórek – procesem, w ramach którego przechowywana w DNA
informacja jest zamieniana za pośrednictwem
między innymi mRNA (messenger RNA) na pełniące określone role białka. Proces ten nie zachodzi
ze stałą intensywnością, lecz jest odpowiedzią na
aktualne zapotrzebowanie komórki. Do niedawna
uważano, że cząsteczkami regulującymi ten proces
i samym jego produktem są właśnie wyłącznie białka. Zgodnie z obecnym stanem wiedzy w procesie
tym uwzględnić należy – zarówno jako mechanizm
regulujący, jak i jako produkt – całą rodzinę „niekodujących” cząsteczek RNA takich, jak miRNA.
Znanych jest obecnie ponad 30 000 cząsteczek
miRNA występujących u ponad 200 gatunków.
Mechanizm, którym miRNA wpływają na ekspresję
genów, nie jest do końca poznany. Wprowadzając
uproszczenie, można powiedzieć, że miRNA posiadają swoje miejsca wiązania w regulowanym
genie, przy czym mogą one znajdować się zarówno
w jego obszarach wpływających bezpośrednio na
strukturę produktu (eksonach), obszarach bezpośrednio kontrolujących ekspresję (promotorach),
jak i niekodujących intronach, a nawet obszarach
międzygenowych. W połączeniu z faktem, że dopasowanie między miRNA a jego celem nie jest
idealne, sprawia to, że problem przewidywania
miejsc wiązania miRNA nie jest wyczerpany.
Jednymi z licznych procesów regulowanych przez
miRNA są mechanizmy naprawy DNA. Ich zmniejszona skuteczność jest utożsamiana z podatnością
organizmu na choroby nowotworowe. W pierwszej fazie badań przeanalizowano – uzupełniając
27
występujące w zbiorze braki danych – zbiór polimorfizmów DNA w poszukiwaniu tych znacząco
powiązanych z radiowrażliwością. Analizowane
są one obecnie pod kątem występowania miejsc
wiązania miRNA. W tym celu planowane jest wykorzystanie zbioru wielu genomów, np. z projektu
1000 Genomów, w celu zwiększenia mocy badań.
Sam rozmiar badanych danych pociąga za sobą
wiele problemów technicznych wymagających
wykorzystania specjalistycznego oprogramowania
do analizy danych o rozmiarze tego rzędu.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Identyfikacja miejsc w genomie powiązanych
z podatnością na zachorowanie na nowotwory
oraz radiowrażliwością pomogłaby w stworzeniu
testów pozwalających na wykrycie wśród pacjentów grup ryzyka oraz indywidualizację leczenia.
Wiedza na temat mechanizmów wpływu miRNA
na ekspresję genów może pozwolić na stworzenie
nowych leków regulujących ekspresję właśnie za
pomocą miRNA. Samo doświadczenie z analizy
dużych zbiorów danych może zostać wykorzystane
w innych obszarach, np. technologiach informacyjnych i telekomunikacyjnych.
ALEKSANDRA KRZYWOŃ
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Rola sygnalizacji międzykomórkowej w odpowiedzi
na promieniowanie ultrafioletowe
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Komórki naszego organizmu doznają stresu, głównie oksydacyjnego, nie tylko w wyniku oksydacyjnych procesów metabolicznych, ale także pod
wpływem zewnętrznych czynników fizycznych
takich, jak promieniowanie UV, promieniowanie
jonizujące i wiele innych czynników chemicznych
(leki, czynniki środowiska). W obszarze moich
zainteresowań znajduje się promieniowanie ultrafioletowe, które oprócz dobroczynnego wpływu
na organizm człowieka jest odpowiedzialne za
indukcje nowotworów skóry, z których bardzo
niebezpieczny jest czerniak złośliwy. Promieniowanie UV, które może uszkadzać komórki skóry
bezpośrednio, może także indukować popromienny efekt sąsiedztwa (bystander effect) – zjawisko obserwowane w komórkach, które nie były
bezpośrednio napromieniowane, lecz otrzymały
sygnały (głównie uszkadzające) wysyłane przez
komórki napromieniowane. Celem moich badań
jest zbadanie występowania efektu sąsiedztwa
po ekspozycji na trzy pasma promieniowania UV
(UVA, UVB i UVC) oraz poszukiwanie mechanizmów odpowiedzialnych za to zjawisko.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania mogą mieć duże znaczenie medyczne.
Jeżeli efekt sąsiedztwa występuje po UV i ma charakter uszkadzający, może on także brać udział
w indukowaniu mutacji i transformacji nowotworowej nie tylko w komórkach skóry, bowiem sygnały
molekularne odpowiedzialne za to zjawisko mogą
prawdopodobnie docierać do komórek oddalonych
od miejsc eksponowanych na UV. Jeżeli badania
in vitro wykażą, jaki charakter mają cząsteczki sygnalizacyjne, będzie to wskazówką, jak należałoby
opracować schematy postępowania w kierunku
radioprotekcji przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego z uwzględnieniem
efektu sąsiedztwa (współpraca z Centrum Onkologii, Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, oddział
w Gliwicach).
28
MARCIN KUBECZKO
Śląski Uniwersytet Medyczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Ocena związku między stężeniem wybranych cytokin i witaminy D
u pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przewlekła białaczka limfocytowa (chronic lymphocytic leukemia, CLL) jest najczęstszą postacią
białaczki w Europie i Ameryce Północnej. Jest to
choroba nowotworowa limfocytów dojrzałych
morfologicznie, występujących we krwi obwodowej, szpiku kostnym, węzłach chłonnych i innych
narządach. Przewlekła białaczka limfocytowa
posiada kilka wyjątkowych cech wyróżniających
ją spośród innych nowotworów. W momencie
diagnozy często podejmuje się decyzję o dalszej
obserwacji, a nie rozpoczęciu leczenia. Ponadto
istotny wpływ stymulujący proliferację komórek
białaczkowych ma otaczające je mikrośrodowisko,
w tym komórki dendrytyczne i limfocyty T, które
mogą oddziaływać bezpośrednio lub poprzez wydzielane cytokiny. Stężenia cytokin są regulowane
między innymi przez witaminę D, która oprócz
wpływu na gospodarkę wapniowo-fosforanową,
wodno-elektrolitową i hormonalną wykazuje
liczne działanie plejotropowe, w tym na zjawiska
związane z proliferacją i różnicowaniem komórek
należących do układu immunologicznego. Wykazano, że niedobór witaminy D zwiększa ryzyko
wystąpienia nie tylko osteoporozy, ale także wielu
chorób nowotworowych, autoimmunologicznych
i sercowo-naczyniowych. Niedobór witaminy D
wiąże się także z gorszym rokowaniem pacjentów
z przewlekłą białaczką limfocytową: skraca czas
przeżycia całkowitego oraz czas do konieczności
rozpoczęcia chemioterapii. W projekcie badany jest
związek pomiędzy witaminą D oraz cytokinami
w grupie pacjentów z przewlekłą białaczką limfocytową. Brane są pod uwagę zarówno wyjściowe
29
stężenia witaminy D oraz cytokin oznaczanych
metodą multiplex, w tym m.in.: IFN-γ, IL-1β, IL-1ra,
IL-2, IL-4, IL-5, IL-6, IL-7, IL-8, IL-9, IL-10, IL-12, IL-13,
IL-15, IL-17, IP-10, MCP-1, MIP-1α, MIP-1β, TNF-α, jak
i zmiany zachodzące pod wpływem uzupełniania
niedoboru witaminy D.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Trwają poszukiwania zarówno nowych metod
leczniczych, jak i czynników prognostycznych
oraz predykcyjnych dla pacjentów z przewlekłą
białaczką limfocytową, która jest obecnie chorobą
nieuleczalną, o wysoce zróżnicowanym przebiegu.
Poszczególne cytokiny mogą stać się celem terapeutycznym oraz zostać wykorzystane do planowania leczenia już znanymi substancjami. Z kolei
niedobór witaminy D jest potencjalnie pierwszym
modyfikowalnym czynnikiem prognostycznym
w przewlekłej białaczce limfocytowej.
ANNA KWIATKOWSKA-MAZUREK
Śląski Uniwersytet Medyczny
Studium Doktoranckie Wydziału Lekarskiego w Katowicach
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Ocena przydatności badania rezonansu magnetycznego
z uwzględnieniem nowoczesnych technik
w diagnostyce raka gruczołu krokowego w populacji Górnego Śląska
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Projekt jest związany z diagnostyką obrazową raka
gruczołu krokowego w rezonansie magnetycznym.
Celem pracy było wczesne wykrycie raka gruczołu
krokowego w badanej grupie mieszkańców Górnego Śląska poprzez poszerzenie podstawowej
diagnostyki o badanie MR.
Rak gruczołu krokowego jest drugim pod względem
zapadalności po raku płuc i trzecim pod względem
przyczyny zgonu nowotworem w męskiej populacji
w Polsce. W związku z wprowadzeniem w latach
90. do profilaktyki PSA odnotowano wzrost liczby
zachorowań na raka prostaty. Umieralność z powodu raka gruczołu krokowego w ostatnich latach
obniżyła się o około 40%. Częstość występowania
raka gruczołu krokowego zwiększa się z wiekiem.
W badanej grupie mieszkańców Górnego Śląska
częstość występowania raka gruczołu krokowego
była największa u mężczyzn powyżej 60 roku życia.
Badanie MR prostaty jest wykonywane u pacjentów z podejrzeniem raka w badaniu fizykalnym,
u pacjentów z wysokim PSA, nieprawidłowym
wynikiem badania ultrasonograficznego i nieprawidłowym wynikiem biopsji. Przednia część strefy
przejściowej jest trudno dostępna w badaniu fizykalnym i w biopsji, dlatego powinna być oceniana
w badaniu MR. Wskazaniem do badania MR jest
ocena nacieku torebki gruczołu i pęcherzyków
nasiennych. W badaniu MR ocenia się stopień
zaawansowania procesu nowotworowego, planuje
się leczenie i ocenia efekty leczenia.
Badanie wykazało, że rezonans magnetyczny jest
przydatną metodą skracającą ścieżkę diagnostyczną. Od stycznia 2012 do marca 2015 zbadano 155
mężczyzn w wieku 18–84 lata (średnia wieku 60 lat)
w Samodzielnej Pracowni Diagnostyki Obrazowej
„Tomograf“ w Tychach. Badania wykonano na
aparacie 1,5T Avanto I Class SQ Engine i 3T Spectra
firmy Siemens z użyciem cewki powierzchniowej.
74 pacjentów miało wysoki PSA. Celem wykluczenia raka gruczołu krokowego zostało wykonane
badanie MR i biopsja. U 30 pacjentów ze znacznie
podwyższonym PSA został wykryty rak prostaty w badaniu MR i potwierdzony w biopsji u 29
badanych. U 51 pacjentów z podwyższonym PSA
został wykryty łagodny przerost gruczołowy w badaniu MR i potwierdzony w biopsji. U 74 pacjentów
gruczoł krokowy był prawidłowy w badaniu MR
i w biopsji.
Nowoczesne metody, do których zalicza się dyfuzję, perfuzję, spektroskopię, przyczyniają się do
wykrywania nowotworów we wczesnym stadium,
wcześniejszego wdrożenia leczenia i zmniejszania
umieralności.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badanie MR jest przydatną metodą skracającą
ścieżkę diagnostyczną raka gruczołu krokowego.
Projekt wychodzi naprzeciw oczekiwanion pacjentów, administracji służby zdrowia oraz Regionalnej
Strategii Innowacji Województwa Ślaskiego na
lata 2013–2020.
30
PAULINA MAKSYM-BĘBENEK
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny, Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Badania nad syntezą kopolimerów szczepionych
zawierających jednostki polieterowe i ich wykorzystaniem
jako nośniki substancji biologicznie aktywnych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania dotyczą zaprojektowania
nowych amfifilowych kopolimerów o strukturze
szczepionej, bazujących na makromonomerach
funkcjonalizowanych grupami hydroksylowymi,
to jest hydrofilowym metakrylanie poli(glikolu
etylenowego) (PEGMA) oraz hydrofobowym metakrylanie poli(glikolu propylenowego) (PPGMA).
Celem badań jest otrzymanie pH-czułych i/lub
termoczułych kopolimerów mających potencjalne zastosowanie w medycynie i farmacji, jako
polimerowych nośników substancji biologicznie
aktywnych, tj. indometacyny (IMC)[1] lub kwercetyny (QUE)[2]. Podjęcie niniejszej tematyki wiąże się
z ciągle wzrastającym zainteresowaniem dotyczącym wykorzystania polimerów w technologiach
medycznych. Związki te są stosowane z powodzeniem w medycynie od wielu lat, gdzie współtworzą
m.in. systemy kontrolowanego uwalniania leków
(Drug Delivery System, DDS). Aby polimer mógł
zostać zakwalifikowany jako potencjalny nośnik
substancji aktywnej, powinien być nietoksyczny,
kompatybilny z tkankami ludzkiego organizmu
oraz posiadać dobrze zdefiniowaną strukturę [3, 4].
[1] S.A. Surwase, J.P. Boetker, D. Saville, B.J. Boyd, K.C. Gordon,
L. Peltonen, C.J. Strachan Mol. Pharmaceutics, 10 (2013) 4472
[2] M. Materska Pol. J. Food Nutr. Sci. 58 (2008) 407
[3] W.B. Liechty, D.R. Kryscio, B.V. Slaughter, N.A. Peppas Annu.
Rev. Chem. Biomol. Eng. 1 (2010) 149
[4] B.D. Ulery, L.S. Nair, C.T. Laurencin, J. Polym. Sci. B Polym. Phys.
49 (2011) 832
31
Mimo że zaprojektowanie nowego nośnika leku jest
procesem wymagającym, poprzedzonym szczegółową charakterystyką na każdym etapie procesu, nie
należy rezygnować z prowadzenia tego typu badań,
zwłaszcza na terenie województwa śląskiego, gdzie
niewiele ośrodków naukowo-badawczych zajmuje
się tą tematyką. Wybór składu i struktury nośnika,
jak i substancji aktywnych (głównie wykazujących
działanie przeciwzapalne) w projekcie podyktowany był analizą zapotrzebowania na DDS mogące
mieć potencjalnie największe znaczenie w leczeniu
schorzeń charakterystycznych dla regionu Śląska,
w tym m.in. zawodowych przewlekłych chorób
układu ruchu. Choroby te charakterystyczne
są dla grup zawodowych wykonujących ciężkie
i długotrwałe prace fizyczne (np. górników). Jako
związki aktywne zaproponowano IMC oraz QUE.
Indometacyna należy do grupy niesteroidowych
leków przeciwzapalnych (NLPZ), wspomagając
tym samym m.in. leczenie chorób stawów i kręgosłupa. Z kolei QUE wykazuje zarówno działanie
przeciwzapalne, jak i przeciwalergiczne. Uzyskanie
pozytywnych wyników badań pozwoli stwierdzić,
czy nowe struktury kopolimerów szczepionych
w przyszłości mogą zostać poddane bardziej specjalistycznym testom pod kątem nośników leków
o dłuższym czasie ich uwalniania.
ANNA MARCISZ
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Modele matematyczne i algorytmy analizy eksploracyjnej danych
jako narzędzia wspomagające optymalizację jakości i kosztów opieki
zdrowotnej pacjentów diabetologicznych rejonu Górnego Śląska
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przedmiotem pracy doktorskiej jest konstrukcja
modeli matematycznych, które pozwolą na oszacowanie kosztów leczenia pacjentów diabetologicznych rejonu Górnego Śląska oraz powiązanie
wysokości świadczeń finansowanych ze środków
NFZ z podstawowymi parametrami klinicznymi, w tym z wiekiem pacjenta, czasem trwania
choroby, obciążeniem innymi chorobami oraz
czynnikami środowiskowymi, a także parametrami
związanymi z opieką medyczną (np. dostępem do
leczenia w poradni diabetologicznej, częstością
hospitalizacji).
Główne prace, w ramach pracy doktorskiej, skupiać
się będą na skonstruowaniu zaawansowanych,
wielowymiarowych modeli matematycznych przy
użyciu odpowiednich narzędzi statystycznych.
Zastosowane zostaną m.in. uogólnione modele
liniowe (GLM), w szczególności wielowymiarowe
modele regresyjne, modele z interakcjami i bez
interakcji, modele z transformacjami nieliniowymi. Wykorzystane zostaną również techniki
grupowania do znalezienia podgrup pacjentów
generujących wysokie oraz niskie koszty opieki
medycznej.
Ponadto przeprowadzone zostaną analizy epidemiologiczne, w ramach których oszacowany
zostanie wskaźnik zachorowalności (incidence
rate) oraz chorobowości (prevalence) dla cukrzycy typu I i II (w zależności od płci, wieku itd.) dla
województwa śląskiego. Na podstawie danych
epidemiologicznych zbudowany zostanie również
model predykcyjny, dzięki któremu przeprowadzona zostanie prognoza zachorowalności na cukrzycę
typu I i II na kolejne lata dla Górnego Śląska.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki planowanego projektu dostarczą cennych informacji o sytuacji diabetologicznej województwa śląskiego, w tym również kosztów
opieki medycznej. Skonstruowane w projekcie
modele pozwolą na predykcję zachorowalności
oraz kosztów w zależności od różnych czynników
(np. wieku, płci). Prognozy takie będą niezwykle
cenne przy opracowywaniu planu rozwoju oraz
budżetu na kolejne lata dla województwa śląskiego,
gdyż pozwolą uwzględnić programy do walki z cukrzycą, wydatki związane bezpośrednio z opieką
medyczną, koszty wynikające z czasowej lub stałej
niezdolności do pracy z powodu powikłań cukrzycy
itp. Wyniki będą miały również przełożenie na
bezpośrednią sytuację chorych, przyczynią się
do polepszenia jakości życia oraz wzrostu jakości
świadczeń medycznych.
32
MARTA ORŁOWSKA
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Porównanie składu jakościowego i ilościowego
wybranych gatunków tymianku oraz ich właściwości biologicznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Ziołolecznictwo ludowe to domowy sposób stosowania mieszanki ziół lub pojedynczego zioła jako
środka przeciwko różnym chorobom ludzkim.
Jedną z ważniejszych roślin leczniczych uprawianych w Polsce jest tymianek pospolity (Thymus
vulgaris L.). Stosowany jest w terapii leczniczej
ze względu na bogaty skład chemiczny: olejki
eteryczne, flawonoidy, garbniki, kwasy fenolowe, związki triterpenowe, liczne cukry oraz sole
mineralne zasobne również w glin. Roślina ta
ma właściwości bakteriobójcze, przeciwzapalne,
przeciwskurczowe, przeciwgrzybicze oraz przeciwutleniające. W przedstawionych badaniach
szczególną uwagę skupiono na związkach fenolowych, które w znacznym stopniu odpowiadają
za lecznicze właściwości tymianku. Związki te
odpowiadają między innymi za właściwości przeciwutleniające tymianku. Antyoksydanty są to
związki chemiczne neutralizujące wolne rodniki,
które u ludzi mogą być czynnikami uszkadzającymi
komórki organizmu. W ostatnich latach obserwuje
się ogromne zainteresowanie fizjologiczną rolą
oraz występowaniem antyoksydantów znajdujących się w wielu składnikach pokarmowych.
Ze względu na niedostateczną wiedzę na temat
tych ważnych dla naszego organizmu związków,
dużą część badań poświęcono ich aktywności
oraz przypisaniu odpowiednim substancjom ich
właściwości przeciwutleniających.
33
Analiza ilościowa i jakościowa związków fenolowych zawartych w tymianku (ich zdolności
antyoksydacyjnych) oraz pestycydów pozwoli na
dokładne poznanie właściwości leczniczych tych
roślin, co może doprowadzić do wprowadzenia
na rynek dostępnych dla każdego, bezpiecznych,
tanich leków ziołowych. Tak uzyskane leki ziołowe
mogą mieć bezpośredni, pozytywny wpływ na
stan zdrowia mieszkańców województwa śląskiego. Wysoka innowacyjność tych badań może
przyczynić się do próby wpisania tymianku jako
leku ziołowego do ziołowej Farmakopei Polskiej.
Dodatkowo powstały na bazie tymianku lek może
przyczynić się do skutecznej walki z chorobami
lub do wspomagania leków syntetycznych, a co za
tym idzie, do podniesienia poziomu i jakości życia
mieszkańców regionu Śląska.
KAMILA OSADNIK
Śląski Uniwersytet Medyczny
Wydział Farmaceutyczny z Oddziałem Medycyny Laboratoryjnej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Badanie możliwości otrzymywania kopolimeru simwastatyny z L-laktydem
oraz analiza procesu degradacji otrzymanego materiału polimerowego
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przełomem w inwazyjnym leczeniu choroby wieńcowej było zastosowanie stentów wieńcowych.
Implantacja stentu w miejsce zwężenia w tętnicy
wieńcowej przywraca poprzednią średnicę światła
naczynia, co skutkuje redukcją objawów dławicy
piersiowej oraz zmniejsza ryzyko zawału serca
i nagłego zgonu sercowego. Zabieg implantacji
stentu wiąże się jednak z uszkodzeniem ściany
naczynia, co może skutkować nadmierną reakcją
naprawczą prowadzącą do przerostu neointimy
i ponownego zwężenia światła naczynia czyli
restenozy. Dobrym rozwiązaniem okazało się powleczenie metalowego rusztowania stentu powłoką
polimerową, uwalniającą lek antymitotyczny
zapobiegający restenozie. Uszkodzenie, podczas
zabiegu implantacji stentu, powłoki uwalniającej
lek sprzyja nawrotowi zwężenia światła naczynia
oraz może zwiększać ryzyko rzadkiego, ale groźnego, powikłania, jakim jest zakrzepica w stencie.
W badaniach skupiono się na syntezie kopolimeru
L-laktydu z simwastatyną, który może być wykorzystany jako materiał konstrukcyjny resorbowalnego polimerowego stentu. Za główną strategię
metodyczną przyjęto zastosowanie polimeryzacji
z otwarciem pierścienia laktonowego w obecności
nietoksycznego inicjatora. Reakcja ta jest często
stosowana w produkcji materiałów implantacyjnych, ponieważ łączy proces wytwarzania wysokocząsteczkowych i nietoksycznych materiałów.
Determinantą w wyborze simwastatyny jako
monomeru jest obecność pierścienia laktonowego
w strukturze chemicznej, natomiast z uwagi na
jej wielokierunkowe właściwości terapeutyczne,
takie jak hamowanie proliferacji komórek mięśni
gładkich, właściwości przeciwzapalne oraz obniżające poziom cholesterolu, jest lekiem powszechnie
stosowanym w terapii choroby wieńcowej.
W związku z tym, że simwastatyna, wraz z L-laktydem, będzie stanowiła biodegradowalne rusztowanie stentu, to zostanie wyeliminowana konieczność powlekania stentu powłoką polimerową
uwalniającą lek, która, jak wspomniano, może ulec
uszkodzeniu w trakcie jego implantacji.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Spodziewanym efektem realizacji pracy doktorskiej jest opracowanie innowacyjnego systemu
do kontrolowanego uwalniania simwastatyny.
Wprowadzenie i związanie simwastatyny z łańcuchem poli-L-laktydu zwiększy kontrolę nad
kinetyką uwalniania substancji leczniczej oraz
może poprawić bezpieczeństwo implantacji stentu.
34
MONIKA PALUCH-FERSZT
Uniwersytet Śląski
Instytut Fizyki, Zakład Fizyki Jądrowej i Jej Zastosowań
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Kliniczne zastosowanie weryfikacji rozkładu dawek
opartej na metodzie TL w całym procesie leczenia w teleradioterapii
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania związane są z pomiarem dawki u pacjentów poddanych radioterapii z uwzględnieniem
procesów przygotowawczych i kontrolujących
proces leczenia, takich jak TK, symulacja (RTG),
weryfikacja ułożenia pacjenta podczas napromieniania 2D (iViev GT) i 3D (XVI). Wielkość dawki
zdeponowanej w pacjencie w całym procesie leczenia, w obszarze pola terapeutycznego i poza nim,
określonych na podstawie badań diagnostycznych,
a pochodzących od promieniowania pierwotnego
i rozproszonego jak również zbyt dużego obszaru
diagnostycznego czy kontrolującego, do których
wykorzystywane są urządzenia radiologiczne,
może mieć wpływ na powstanie efektów ubocznych terapii, takich jak wczesne odczyny popromienne jak również indukowanie nowotworów
wtórnych u pacjentów poddanych radioterapii.
Na wielkość tej dawki, jak pokazują doniesienia
literaturowe, ma wpływ również niedoszacowanie
dawki w obszarach poza polem terapeutycznym
w przygotowanych planach leczenia pacjentów
z użyciem systemów planowania leczenia, korzystających z niezbyt doskonałych algorytmów
obliczeniowych. Brak jednoznacznych informacji
o wielkości dawek deponowanych w pacjencie podczas wyżej wymienionych procesów, podawanych
przez producentów urządzeń radiologicznych,
terapeutycznych oraz informacji o dawce całkowitej podczas procesu leczenia, stanowi powyższy
projekt innowacyjnym.
35
Teleradioterapia ulega cały czas zmianom polegającym na usprawnieniu procesu leczenia
i zwiększaniu stopnia kontroli dozymetrycznej
czyli weryfikacji rozkładu dawki w obszarze nowotworowym pacjenta. Obejmuje ona nie tylko
sam akt napromieniania obszaru nowotworu,
lecz także diagnostykę obszaru chorobowego za
pomocą tomografu komputerowego, przygotowanie do leczenia (np. symulacja leczenia – w trakcie
której są wykonywane zdjęcia rtg), a także proces
kontroli przebiegu leczenia. Wszystkie powyższe
czynności związane są z dostarczeniem dodatkowej
dawki promieniowania pacjentowi. Jeżeli lekarze
i fizycy wiedzieliby, jakie dodatkowe dawki można
uzyskać w trakcie tych czynności, mogliby tak
opracować plan leczenia, aby wykorzystać je do
procesu leczenia; nie stanowiłyby niepożądanej
dawki, która powoduje nowotwory wtórne lub
zwiększenie ryzyka powikłań w tzw. narządach
krytycznych.
KATARZYNA PAPAJ
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
Katedra Chemii Organicznej, Chemii Bioorganicznej i Biotechnologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Ocena przemian metabolicznych oraz biodostępności wybranych
pochodnych genisteiny o stwierdzonej aktywności przeciwnowotworowej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Syntetyczne pochodne genisteiny zostały zaprojektowane i otrzymane w celu poprawy biodostępności, stabilności oraz aktywności wyjściowego
izoflawonu. Badania przesiewowe prowadzone
in vitro na liniach komórek nowotworowych pozwoliły stwierdzić, iż wybrane związki wykazują
dużo wyższy potencjał antyproliferacyjnym niż
sama genisteina. Kolejnym etapem badań nad tymi
związkami jest określenie zależności biodostępności
i metabolizmu od struktury związków.
Celem niniejszego projektu jest oznaczenie metabolizmu oraz biodostępności wybranych pochodnych genisteiny w warunkach in vitro oraz in vivo
z wykorzystaniem modelu zwierzęcego.
Badania z wykorzystaniem modelu Caco-2 posłużą do określenia tempa absorpcji komórkowej
całkowitej ilości substancji przetransportowanej
w czasie wewnątrzkomórkowej akumulacji oraz
metabolizmu badanych pochodnych, zachodzącego
w komórkach jelita cienkiego. Dodatkowo wykonane zostaną badania mające na celu scharakteryzowanie metabolizmu pochodnych genisteiny
zachodzącego w wątrobie, z wykorzystaniem ludzkich immortalizowanych hepatocytów (Fa2N-4).
W ostatnim etapie prac zostanie określona biodostępność tych związków i ich metabolizm zachodzący w warunkach in vivo u szczura po podaniu
doustnym oraz stopień i szybkość transportu
biernego wybranych pochodnych przez sztuczną błonę lipidową.
Przeprowadzone badania staną się podstawą do
wyłonienia kilku związków, których struktura zapewnia wysoką aktywność biologiczną oraz dobrą
biodostępność po podaniu doustnym, a równocześnie sprawia, że związki te są stabilne w organizmie.
Wybrane związki zostaną wykorzystane do badań
nad ich wpływem na rozwój guza w modelach
zwierzęcych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Choroby nowotworowe stanowią poważny problem cywilizacyjny, z którym zmaga się środowisko naukowe na całym świecie. Mimo że w ciągu
ostatnich kilkudziesięciu lat obserwuje się znaczącą
poprawę diagnostyki chorób nowotworowych oraz
łatwy dostęp do leczenia, wciąż notuje się wysoką
śmiertelność pacjentów, świadczącą o niedostatecznej skuteczności obecnie stosowanych terapii.
Dlatego niezwykle ważne są wysiłki zespołów
badawczych, zmierzające do opracowania nowych
strategii w terapii nowotworów, polegających
na wytworzeniu leków o ściśle ukierunkowanej
aktywności przeciwnowotworowej oraz wykazujących mniejsze w porównaniu do dotychczas
stosowanych terapeutyków efekty uboczne.
Niniejszy projekt pozwoli na wyłonienie z dużej puli
związków, charakteryzujących się wyższą aktywnością przeciwnowotworową niż genisteina, takich
pochodnych, które równocześnie są wchłaniane
w jelicie i pozostają stabilne w organizmie. Tym
samym, spodziewane wyniki pozwolą wskazać
związki o możliwym zastosowaniu terapeutycznym. Dotychczas przeprowadzone badania wykazały, iż w warunkach in vitro badane pochodne
mogą korzystnie poprawiać efekty radioterapii
jako związki radiouczulające.
36
ANNA PAPIEŻ
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Metody integracji danych transkryptomicznych w kontekście
badania tła genetycznego chorób społecznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Przedmiotem pracy doktorskiej jest zaproponowanie metodyki integracji danych pochodzących
z wysokoprzepustowych eksperymentów biologicznych. Łączenie danych transkryptomicznych
typu mikromacierzowego może skutkować identyfikacją biomarkerów wielu chorób społecznych.
Badania zostaną przeprowadzone na dwóch niezależnych zbiorach danych pochodzących z badania
ekspresji w limfocytach pacjentek cierpiących na
raka piersi, poddanych radioterapii. Próba badawcza została dobrana tak, by w obu przypadkach
zawierała porównywalne liczby pacjentek wrażliwych na promieniowanie i promienioopornych.
Chipy mikromacierzowe umożliwiają badanie
zmian ekspresji tysięcy genów naraz w celu ustalenia zwiększonej ich aktywności w odpowiedzi
na dane warunki eksperymentalne. Integracja
danych tego typu pozwoli na walidację in silico
zbiorów genów proponowanych w pojedynczych
eksperymentach jako sygnatury genowe promieniowrażliwości. Wykorzystane zostanie tu
podejście zarówno oddzielnej analizy eksperymentów, a następnie ich wzajemna walidacja,
jak i szereg metod łączenia p-wartości, będących
wynikiem testowania statystycznego. Ten typ
zaawansowanej analizy statystycznej wprowadza
możliwość zwiększenia mocy testowania genów
różnicujących poprzez zwiększenie liczby próbek.
Algorytmy te umożliwią również dokładniejsze
poznanie oddziaływań między genami w ramach
ścieżek sygnałowych, które uczestniczą w procesach odpowiedzi na dawki promieniowania
jonizującego, wykorzystywane w radioterapii.
37
Możliwość wykrycia genów, które są odpowiedzialne za procesy związane ze zwiększoną lub
zmniejszoną reakcją na promieniowanie jonizujące,
pociąga za sobą szansę personalizacji radioterapii
chorób nowotworowych. Dostosowanie wysokości dawek promieniowania, jak również czasu
pomiędzy podaniem dawek, pozwoli nie tylko
zredukować koszty związane z leczeniem powikłań,
ale również zwiększy komfort życia pacjenta po
zakończeniu leczenia.
Ponadto zaproponowana metodyka łączenia eksperymentów może znależć zastosowanie w różnorodnych problemach biomedycznych, których rozwiązanie tkwi w badaniach nad transkryptomem.
KINGA PIŻUCH
Uniwersytet Śląski, Instytut Nauki o Materiałach
Śląskie Międzyuczelniane Centrum Edukacji i Badań Interdyscyplinarnych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Struktura i właściwości porowatych stopów
na bazie NiTi do zastosowań medycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem prowadzonych badań jest wytworzenie porowatego stopu na bazie NiTiCo za pomocą metody
metalurgii proszków, w celu uzyskania stopu o jeszcze lepszej biokompatybilności, dobrej odporności
korozyjnej, wysokiej przyswajalności biologicznej,
oraz dobranie odpowiednich warunków spiekania,
w której odwracalna przemiana martenzytyczna
będzie zachodzić na całej objętości. W ramach
założonego celu pracy będą podjęte badania na
materiale w stanie wyjściowym oraz na spiekach
wykonanych metodą spiekania swobodnego w piecu próżniowym. Analiza składu chemicznego oraz
obserwacja mikrostruktury przeprowadzane będą
na skaningowym mikroskopie elektronowym
JSM-6480 firmy JEOL. Identyfikację fazową otrzymanych spieków przeprowadzono na dyfraktogramach zmierzonych przy użyciu dyfraktometru
X’ Pert Pro. Metoda DSC (Skaningowa Kalorymetria
Różnicowa) umożliwi badanie efektów cieplnych
towarzyszących procesom zachodzącym podczas ogrzewania i chłodzenia badanych próbek
oraz określenie charakterystycznych temperatur
przemian fazowych i sekwencji przemian. Dzięki
metodzie metalurgii proszków można wytworzyć
implanty o złożonym kształcie, co pozwoliłoby
na wytworzenie implantu o zadanym kształcie.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Finalnym efektem przyjętego projektu będzie
opracowanie technologii wytwarzania porowatych
stopów NiTiCo wykazujących zjawiska pamięci
kształtu. Przewiduje się zastosowanie tak wytworzonego materiału do wykonywania implantów
medycznych służących jako substytuty ubytków
kostnych lub implantów służących do zespoleń
odłamów kostnych. Implanty ze stopów z pamięcią
kształtu umożliwiają usprawnienia i uproszczenie
wielu operacji oraz nie tylko ułatwiają interwencję
chirurgiczną, ale przede wszystkim obniżają inwazyjność zabiegu, czyniąc go o wiele bezpieczniejszym. Produkcja stopów na bazie NiTiCo w Polsce
przyniosłaby także spore oszczędności finansowe
ze względu na dodanie dodatku stopowego – kobaltu, który wpływa w znaczący sposób na wielostopniowy przebieg przemiany martenzytycznej.
Zaproponowane w projekcie nowe rozwiązania
polegają na wprowadzeniu w Polsce technologii produkcji nowych materiałów i wdrożeniu
wyrobów medycznych na rynek rodzimy oraz
europejski. Byłby to również znaczący wkład
innowacyjny w światowe osiągnięcia dotyczące
nowoczesnych sposobów wytwarzania porowatych stopów, wykazujących efekt pamięci kształtu.
38
MARCIN PRUBA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Instytut Fizyki, Zakład Badań Strukturalnych i Magnetycznych
[email protected]; [email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Hipertermia jako metoda leczenia nowotworów
z wykorzystaniem ferro fluidów i nanomateriałów magnetycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Temat pracy i badania naukowe ukierunkowane są
na zastosowanie zjawiska hipertermii magnetycznej w zwalczaniu komórek nowotworowych. Jednym z celów pracy jest budowa symulatora organizmu ludzkiego służącego do badania zachowania
nanocząstek magnetycznych w szybkozmiennym
polu magnetycznym. Prowadzone w tym zakresie
badania mają na celu uzyskanie najbardziej zbliżonego układu imitującego ośrodek tkanki ludzkiej. Projekt układu pozwoli na zbadanie wpływu
kształtu cewki indukcyjnej na rozkład temperatury w objętości fantomu. Zbudowane stanowisko
pomiarowe umożliwi pomiar rozkładu zmiennego pola magnetycznego w obszarze badanym
w zależności od kształtu oraz rozmiarów cewek
indukcyjnych. Na tej podstawie zostaną ustalone
optymalne parametry zastosowane do nagrzewania
indukcyjnego roztworu nanocząstek magnetycznych w fantomach o różnej gęstości oraz tkankach
organicznych.
39
Drugą pod względem częstotliwości przyczyną
zgonów, po chorobach serca i układu krążenia,
są choroby nowotworowe. To schorzenie wydaje się wciąż nieuleczalne; za większość zgonów
z powodu nowotworów odpowiadają bowiem
przerzuty, a nie guz pierwotny. Klasyczne metody
postępowania to obecnie (i zapewne w najbliższej
przyszłości) operacyjne wycięcie guza i ewentualnie
chemioterapia oraz radioterapia. Okoliczności te
zmuszają do poszukiwania innych metod leczenia
nowotworów, które zwiększą szanse wyzdrowienia
i mogą być stosowane z powodzeniem obok terapii
klasycznych.
Prezentowane zagadnienie cechuje się wyjątkową
innowacyjnością w dzisiejszym świecie nauki. Pozwoli otworzyć wiele możliwości technologicznych
w dziedzinie diagnostyki medycznej, inżynierii
biomedycznej i inżynierii materiałowej.
AGATA PTASZEK-BUDNIOK
Politechnika Śląska
Katedra Chemii Organicznej, Bioorganicznej i Biotechnologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Tiokarbaminiany pochodne alkoholi jako donory odpowiednich grup
zabezpieczających w reakcjach alkilowania pochodnych cukrowych
oraz jako związki o potencjalnej aktywności biologicznej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przedmiotem badań prowadzonych w ramach pracy
doktorskiej jest grupa pochodnych N-alkilo i N-arylo
O-tiokarbaminianów pochodnych alkoholi aromatycznych. Praca obejmuje opracowanie i zoptymalizowanie metody otrzymywania N-allilo, N-fenylo
i N-benzylo tiokarbaminianów pochodnych alkoholi
aromatycznych. Otrzymane związki mogą zostać
wykorzystane na dwóch płaszczyznach badań.
Pierwsza dotyczy wykorzystania otrzymanych
O-tiokarbaminianów jako świetnych donorów
w reakcjach alkilowania różnych pochodnych cukrowych, które mogą zostać wykorzystane jako
półprodukty do syntezy farmaceutyków. Drugim
sposobem wykorzystania otrzymanych O-tiokarbaminianów jest oznaczenie ich aktywności
przeciwgrzybiczej zarówno na szczepach grzybów
drożdżopodobnych izolowanych z materiału klinicznego, jak i na odpowiednich patogenach roślin.
Tiokarbaminiany są pochodnymi kwasu tiokarbamoilowego i kwalifikowane są one do związków
siarkoorganicznych. Wyróżniamy dwie izomeryczne formy tiokarbaminianów: O-tiokarbaminiany
i S-tiokarbaminiany oraz cykliczne tiokarbaminiany
i ditiokarbaminiany. Tiokarbaminiany posiadają liczne właściwości biologiczne i chemiczne. W zależności
od budowy wykazują one działanie bakteriobójcze,
grzybobójcze, insektobójcze i chwastobójcze.Wstępne wyniki badań pokazują, że niektóre otrzymane
pochodne O-tiokarbaminianów posiadają zadowalającą aktywność przeciwgrzybiczą w odniesieniu
do popularnego leku środka przeciwgrzybiczego
jakim jest Fluconazol.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania wykonywane w ramach pracy doktorskiej
opierają się na poszukiwaniu oraz otrzymaniu
nieopublikowanych jak dotąd innowacyjnych
połączeń posiadających potencjalne właściwości
przeciwgrzybicze. Rozwój badań nad otrzymaniem
i scharakteryzowaniem właściwości biologicznych
O-tiokarbaminianów przyczyni się do rozwoju
sektora badań biologicznych, chemicznych, medycznych, w tym w szczególności badań związanych z technologiami medycznymi. Prowadzenie
dodatkowych badań nad zależnością struktury
i finalnej aktywności O-tiokarbaminianów może
przyczynić się do dalszego rozwoju badań nad tą
klasą związków.
40
BARTŁOMIEJ PYCIŃSKI
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
System śledzenia obrazu ultrasonograficznego w chirurgii małoinwazyjnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Tematem pracy doktorskiej jest stworzenie systemu
śledzenia pacjenta, jego obrazu tomografii komputerowej oraz obrazu ultrasonograficznego, podczas
zabiegów chirurgicznych. Na pozycję pacjenta na
stole operacyjnym nakładana jest trójwymiarowa
rekonstrukcja jego ciała wykonana na podstawie
obrazu TK. Ponadto położenie głowicy USG jest
śledzone w przestrzeni, a nagrywany przez nią
obraz jest także wizualizowany. Całość wyświetlana
jest na żywo w różnych trójwymiarowych perspektywach. Cały system przed wykorzystaniem
w rzeczywistych warunkach podczas operacji zostanie gruntownie przetestowany w laboratorium
pod względem niezawodności i dokładności na
dedykowanych fantomach pomiarowych.
41
Realizowana praca doktorska będzie miała bezpośrednie zastosowanie w chirurgii jamy brzusznej,
szczególnie w chirurgii laparoskopowej. Obecnie
lekarze chirurdzy wykonują operacje, mając do
dyspozycji wcześniejszy obraz TK jamy brzusznej,
który nie zawsze w pełni oddaje stosunki anatomiczne występujące w chwili wykonywania
zabiegu. Na wzrost dokładności określenia aktualnej lokalizacji zmiany patologicznej wpływa
możliwość obrazowania ultrasonograficznego
podczas zabiegu. System nawigacji umożliwia
śledzenie obrazu USG, narzędzi i kamery laparoskopowej oraz prezentowanie trójwymiarowego
modelu TK jamy brzusznej wraz ze śledzonymi
obiektami. Rozwiązanie takie ułatwia chirurgowi odnalezienie narzędziami laparoskopowymi
odpowiedniej struktury oraz może pomóc podjąć
decyzję odnośnie do wyboru sposobu postępowania. Wyświetlanie obrazu śródoperacyjnego
USG sprawi, że zmniejszy się ryzyko wystąpienia
powikłań śródoperacyjnych (m.in. usunięcie zbyt
dużego marginesu zdrowej tkanki) oraz pooperacyjnych (np. późne krwawienie). Bardzo istotne
jest spodziewane skrócenie czasu trwania operacji (obniżenie kosztów operacji w związku ze
zmniejszonym zużyciem leków znieczulających)
oraz skróceniem okresu rekonwalescencji pacjenta
i czasu niezdolności do pracy.
RYSZARD SORDYL
Śląski Uniwersytet Medyczny
Katedra i Klinika Neurochirurgii SUM
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Wykorzystanie trójwymiarowych modeli geometrycznych do oceny
wpływu morfometrii guza oraz siodła tureckiego na efekty endoskopowego
przezklinowego leczenia olbrzymich gruczolaków przysadki mózgowej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prowadzone badania mają na celu ułatwienie
planowania leczenia operacyjnego gruczolaków
przysadki mózgowej.
Szczególnym wyzwaniem dla współczesnej neurochirurgii są gruczolaki olbrzymie (największy
wymiar przekracza 4 cm). Ich terapia wymaga
współpracy specjalistów z różnych dziedzin medycyny, w tym przede wszystkim: neurochirurgii, endokrynologii, okulistyki i onkologii. Mimo to nie zawsze
udaje się osiągnąć sukces terapeutyczny. Nierzadko
neurochirurg musi zrezygnować z totalnej resekcji
zmiany, aby poprawić pooperacyjną jakość życia
pacjenta. Wśród czynników mogących w pewnym
stopniu determinować wyniki leczenia wymienia
się stopień nacieku guza na zatokę jamistą oraz jego
rozmiar [1], zwłaszcza oceniany wolumetrycznie [2].
Nie stworzono jednak do tej pory narzędzia pozwalającego na dokładne przedoperacyjne planowanie
stopnia resekcji takiego guza.
W badaniu zostanie rozwięta metodyka zaproponowana w pracy Hofstetter et al. [2]. Dzięki
współpracy z lokalną firmą bioinformatyczną
powstaną trójwymiarowe rekonstrukcje operowanych w naszej Klinice Neurochirurgii olbrzymich
gruczolaków przysadki mózgowej. Tak otrzymane
modele 3D zarówno samych guzów, jak i ich bezpośredniego otoczenia posłużą do dokładnej analizy
statystycznej wpływu parametrów morfometrycznych na stopień resekcji guza, uzyskiwany efekt
kliniczny oraz ryzyko powikłań pooperacyjnych.
[2] Hofstetter C.P., Nanaszko M.J., Mubita L.L., Tsiouris J., Anand V.K.,
Schwartz T.H. Volumetric classification of pituitary macroadenomas predicts outcome and morbidity following endoscopic
endonasal transsphenoidal surgery. Pituitary 15:450-463, 2012.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Najważniejszym z planowanych efektów badania
jest stworzenie systemu trójwymiarowej klasyfikacji olbrzymich gruczolaków przysadki na podstawie
ich morfometrii oraz stosunku do ważnych struktur
tej okolicy. Narzędzie to umożliwi neurochirurgowi
lepsze przygotowanie się do zabiegu operacyjnego
(wybór najkorzystniejszego dostępu do guza oraz
zaplanowanie stopnia resekcji zmiany). Powinno
ono również umożliwić lepsze szacowanie ryzyka
zdarzeń niepożądanych indywidualnie dla każdego pacjenta. Informacja taka powinna zostać
przedstawiona w prosty sposób osobie chorej przed
rozpoczęciem leczenia.
Dodatkowo wypracowany w ten sposób algorytm
przestrzennej analizy 3D będzie mógł być wykorzystywany do oceny innych patologii tej lokalizacji.
[1] de Paiva Neto M.A., Vandergrift A., Fatemi N., Gorgulho A.A., Desalles A.A., Cohan P., Wang C., Swerdloff R., Kelly D.F. Endonasal
transsphenoidal surgery and multimodality treatment for giant
pituitary adenomas. Clin Endocrinol (Oxf). 2010 Apr;72(4):512-9
42
EWELINA SPACZYŃSKA
Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyczno-Fizyczno-Chemiczny
Instytut Chemii, Zakład Chemii Organicznej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Badanie profilu aktywności przeciwnowotworowej
wybranych pochodnych chinoliny
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania będą dotyczyć grupy związków zawierających w swej strukturze fragment chinoliny. Związki
oparte na szkielecie chinoliny charakteryzują się
szeroko pojętą aktywnością biologiczną. Pochodne
chinoliny wykazują właściwości przeciwgrzybicze,
przeciwbakteryjne, przeciwastmatyczne, przeciwzapalne, a także aktywność wobec integrazy
wirusa HIV. Szczególnie interesująca jest ich aktywność przeciwnowotworowa. Prowadzone
badania wpisują się w zakres technologii medycznych, gdyż dotyczą syntezy nowych pochodnych
chinolinowych, badania ich wpływu na komórki
nowotworowe in vitro, poznania mechanizmu
śmierci komórek traktowanych badanymi związkami oraz badania mechanizmów ich działania. Dodatkowym kierunkiem jest określenie możliwości
wykorzystania pochodnych chinolinowych jako
fluorescencyjnych sond molekularnych w badaniach biotechnologicznych. Multidyscyplinarny
charakter prowadzonych badań ściśle wiąże się
z obszarem technologii medycznych.
Nurt badań wpisuje się w nowatorski temat badawczy związany z poszukiwaniem sposobu zwalczania
chorób nowotworowych, które od dziesięcioleci
stanowią jedną z głównych przyczyn zgonów
na świecie.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Województwo śląskie jest najbardziej zurbanizowanym i uprzemysłowionym regionem Polski, liczącym prawie 4,6 mln mieszkańców (12% ludności
Polski). Według Śląskiego Rejestru Nowotworów
43
w 2011 r. w województwie śląskim zarejestrowano łącznie 17 872 zachorowań na nowotwory
złośliwe. W porównaniu z liczbą zanotowanych
zachorowań w 1999 r. liczba ta wzrosła o 13,4%.
Zgodnie z danymi z tego samego roku w województwie śląskim odnotowano łącznie 11 647 zgonów
z powodu nowotworów złośliwych, to jest o 14,2%
zgonów więcej niż w 1999 r. Dane te ukazują zagrożenie nowotworami na Śląsku. Ciągły wzrost
zachorowań oraz zgonów ukazuje istotność badań
dotyczących zwalczania chorób nowotworowych.
Tematyka badawcza pracy doktorskiej jest ściśle
związana z problematyką zwalczania chorób nowotworowych. Realizacja zaplanowanych celów
badawczych pozwoli na wykorzystanie badań
w rzeczywistej terapii przeciwnowotworowej.
Ważnym aspektem prowadzonych prac jest możliwość wykorzystania pochodnych chinoliny jako
fluorescencyjnych sond molekularnych w badaniach biotechnologicznych. Potencjał takiego
kierunku zastosowania jest o tyle istotny, że nie
wymaga długotrwałych i kosztownych badań
klinicznych niezbędnych w przypadku zastosowań medycznych. Koszt wprowadzenia takiej
technologii jest mniejszy, co ma istotne znaczenie
w przypadku tak niedofinansowanej gałęzi jak
biotechnologia.
Dotychczasowe wyniki wskazują, że pochodne
chinoliny mogą być potencjalnymi lekami przeciwnowotworowymi. Poszukiwanie nowych leków
przeciwnowotworowych stanowi jedno z wyzwań
współczesnej walki z chorobą nowotworową. Synteza nowych związków, zawierających w swej
strukturze szkielet chinoliny, a także wyjaśnienie
mechanizmów działania mogą przynieść przełom
w walce z nowotworami.
DAWID SZWEDA
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Poli(metakrylany glikoli oligoetylenowych) w roztworze i na powierzchni
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej mają na celu opracowanie innowacyjnych,
biozgodnych, termosterowalnych powierzchni
polimetakrylanowych do otrzymywania izolowanych arkuszy komórkowych. Do otrzymywania
termoczułych powierzchni wykorzystywane będą
nowoczesne metody chemii polimerów – kontrolowane polimeryzacje łańcuchowe. Głównym
zagadnieniem wniosku jest uproszczenie i standaryzacja procedury otrzymywania oraz zwiększenie
skali syntezy i rozmiaru powierzchni do hodowli
komórek. Pozwoli to zmniejszyć ilość rozpuszczalników i reagentów wykorzystywanych podczas
syntezy termoczułych powierzchni oraz skróci
czas potrzebny na ich przygotowanie. Badania biologiczne polegające na ocenie biozgodności i efektywności otrzymanych powierzchni w hodowli
i odczepianiu arkuszy komórek będą wykonane
we współpracy z zespołem biologów, z którym doktorant nawiązał współpracę. Końcowym efektem
będzie opracowanie zoptymalizowanej metody
otrzymywania powierzchni termoczułych oraz
przygotowanie gotowej do wdrożenia na rynek
technologii produkcji.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wykorzystanie termoczułych powierzchni do
hodowli i uzyskiwania arkuszy komórkowych zdecydowanie redukuje liczbę uszkodzonych komórek,
co ma miejsce w wyniku stosowanych dotychczas
sposobów mechanicznego bądź enzymatycznego
ich oddzielania od podłoża. Arkusze podstawowych
komórek skóry fibroblastów i keratynocytów,
a w przyszłości także innych typów komórek, otrzymane na termoczułych powierzchniach polimerowych, mogą zostać wykorzystane w medycynie
rekonstrukcyjnej i biotechnologii. Zorientowanie
proponowanej w projekcie tematyki badawczej
w stronę uproszczenia procedury otrzymywania
termoczułych podłoży, ich standaryzacji, zwiększenia skali syntezy oraz zwiększenie powierzchni
termoczułych podłoży umożliwi także opracowanie
przyszłej technologii ich produkcji.
44
RÓŻA SZWEDA
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Macierze polimerowo-peptydowe do detekcji enzymów proteolitycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem pracy doktorskiej jest synteza i charakterystyka powierzchni polimerowo-peptydowych
do zastosowań w detekcji enzymów oraz jako
podłoża do hodowli komórkowych. W ramach
pracy opracowano efektywne metody syntezy
peptydów i ich specyficznej immobilizacji na powierzchni krzemowej poprzez linkery z poli(glikolu
etylenowego) (PEG). Powierzchnie wykorzystano
do detekcji trypsyny i chymotrypsyny jako modelowych proteaz. W celu optymalizacji ustalono
wpływ długości zastosowanego linkera PEG na
efektywność takich powierzchni jako platform
analitycznych w detekcji enzymów. Projekt, jako
kontynuacja badań w ramach pracy doktorskiej,
obejmuje syntezę i charakterystykę termoczułych
powierzchni z poli[metakrylanu(glikolu etylenowego)] (PEGMA), wzbogaconych w aktywną
sekwencję peptydową (RGD, IKVAV) wspomagającą proces hodowli komórek. Ponadto ustalona
zostanie zależność pomiędzy zastosowaną metodą
modyfikacji powierzchni PEGMA i wynikającą
z niej ilością peptydu a efektywnością podłoża
w hodowli arkuszy komórek skóry, co ma istotne znaczenie przy komercjalizacji otrzymanych
rusztowań oraz stanowi podstawę do rozwoju
medycyny rekonstrukcyjnej.
45
Powierzchnie polimerowo-peptydowe znajdują
wiele potencjalnych zastosowań. Jednym z obszarów zastosowań jest diagnostyka kliniczna,
gdzie otrzymywane powierzchnie (macierze) polimerowo-peptydowe można wykorzystać jako
nowoczesne platformy analityczne do detekcji
enzymów (biomarkerów). Natomiast wzbogacone
w peptydy proadhezyjne termoczułe powierzchnie polimerowe są stosowane jako innowacyjne
rusztowania w hodowli komórek. Zastosowanie
termoczułych powierzchni pozwala na otrzymanie
arkuszy komórek bez zniszczenia utworzonej przez
komórki macierzy zewnątrzkomórkowej. Prace
w ramach projektu są skoncentrowane na wzbogaceniu termoczułych powierzchni polimerowych
otrzymanych w CMPW PAN w bioaktywne sekwencje peptydowe, co jest krokiem w kierunku ich
optymalizacji niezbędnej do wdrożenia. Oczekuje
się, że obecność peptydów na podłożu poprawi
adhezję komórek i ich proliferację, przyspieszając tym samym proces otrzymywania arkuszy
komórek skóry.
NATALIA ŚMIGIEL-GAC
Akademia im. Jana Długosza
Wydział Matematyczno-Przyrodniczy
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Synteza bioresorbowalnych kopolimerów o specjalnych właściwościach
zoptymalizowanych do zastosowania
jako materiał do formułowania rusztowań komórkowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zaplanowane badania naukowe mają na celu otrzymanie i charakteryzację nowych nieopublikowanych dotychczas w literaturze, bioresorbowalnych
kopolimerów, poliestrów, poliestroamidów czy
poliestrowęglanów o specjalnych właściwościach
zoptymalizowanych pod kątem zastosowania jako
materiał do formułowania różnorodnych rusztowań przeznaczonych do hodowli komórek. Badania
skupiają się na otrzymaniu materiałów o wysokiej
biokompatybilności, dopasowanych właściwościach
mechanicznych, powierzchniowych i degradowanych
do konkretnego zastosowania w inżynierii tkankowej. Istotą badań jest polepszenie oddziaływań
biologicznych z żywymi komórkami w porównaniu
do obecnie stosowanych komercyjnych poliestrów
alifatycznych, wyciszając odpowiedzi zapalne, wspierając przyleganie i rozpłaszczenie komórek oraz proliferacje czy wprowadzenie sterowanej biodegradacji
rusztowań komórkowych. Sterowanie własnościami
otrzymanych materiałów osiągane jest przez dobór
składu i modyfikację głównego łańcucha kopolimerów.
Otrzymane materiały na bieżąco będą weryfikowane
pod względem ich przydatności przez podstawowe
badania przebiegu hodowli wyselekcjonowanych linii
komórkowych na rusztowaniach w porównaniu do
badań prowadzonych na materiałach komercyjnych,
co pozwoli wybrać właściwy kierunek optymalizacji.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Jednym z najważniejszych wyzwań współczesnej
medycyny jest odtworzenie w pełni funkcjonalnej
tkanki, która zastąpi uszkodzoną lub utraconą. Większości rozległych uszkodzeń tkanek czy narządów
organizm nie jest w stanie samoistnie zregenerować, dlatego poszukuje się nowych metod hodowli
tkanek, gdzie istotną rolę odgrywają materiały
tworzące podłoże ich wzrostu. Dotychczasowe
stosowane metody rekonstrukcji chirurgicznej,
transplantologiczne stosowane w praktyce klinicznej mają znaczne ograniczenia, a w niektórych
przypadkach są w ogóle niemożliwe do wykonania.
W większości tego typu zabiegów istnieje wysokie
ryzyko odrzutu czy infekcji. Wad tych w dużej części
można uniknąć przez zastosowanie innowacyjnych
metod zabiegowych wykorzystujących techniki
inżynierii tkankowej. W dzisiejszych czasach rośnie
zapotrzebowanie na nowe materiały medyczne
o specjalnych właściwościach ze względu na wzrost
chorób cywilizacyjnych, nowotworowych. Mieszkańcy Śląska należą do grupy ludzi o stosunkowo
wysokim ryzyku narażenia na wypadki. Nie można
również lekceważyć faktu starzenia się naszego
społeczeństwa, co związane jest oczywiście również
z gwałtownym wzrostem ilości chorób związanych z wiekiem (np. choroby stawów, serca, naczyń
krwionośnych, degeneracji kręgosłupa). Wszystko
to sprawia, że rozwój gospodarki śląskiej w obszarze
medycyny regeneracyjnej jest koniecznością.
Dlatego zaawansowane innowacyjne badania związane z doskonaleniem technik i materiałów stosowanych
w inżynierii tkankowej są tak ważne. Badania prowadzone w ramach mojej pracy doktorskiej powinny
ułatwić rozwiązanie wielu obecnie obserwowanych
problemów związanych z prowadzonymi hodowlami
komórek i tkanek. W związku z tym opracowane
biomateriały, biorąc pod uwagę specyfikę rynku
leków i wyrobów medycznych, mogą mieć duże
znaczenie aplikacyjne, ale w nieco dalszej przyszłości
stać się przedmiotem wdrożeń w wyspecjalizowanych
firmach związanych z rynkiem materiałów.
46
PATRYCJA TUDREJ
Centrum Badań Translacyjnych i Biologii Molekularnej Nowotworów
Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie, Oddział w Gliwicach
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Wpływ komórek macierzystych trzewnej tkanki tłuszczowej
na kancerogenezę jajnika i agresywność komórek raka
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Rak jajnika ma najgorsze rokowania wśród
wszystkich nowotworów ginekologicznych. Przyczyn tego zjawiska jest kilka. Pierwszą z nich jest
późna diagnoza związana z brakiem swoistych
objawów we wczesnych stadiach choroby oraz
z brakiem biomarkerów nadających się do testów
przesiewowych i wczesnej diagnostyki. Kolejnym
problemem jest fakt, że chociaż w początkowej
fazie leczenia większość guzów bardzo dobrze
odpowiada na leki, jednak z czasem rozwija się
oporność na chemioterapię i choroby nie udaje
się dłużej powstrzymać.
Nowatorskie badania prowadzone przez naszego
amerykańskiego partnera w MD Anderson Cancer
Center w Houston w Terasie wykazały, że komórki
raka jajnika mogą być stymulowane do większej
agresywności i chemiooporności przez swoiste
komórki macierzyste, odkryte w trzewnej tkance
tłuszczowej (omental-derived adipose stem cells,
OASC). Koreluje to z obserwacjami, że kobiety
otyłe częściej chorują na raka jajnika i mają gorsze
wyniki leczenia.
Celem niniejszego projektu jest zbadanie biologicznych oddziaływań pomiędzy komórkami raka jajnika a komórkami macierzystymi
(OASC). Efektem prowadzonych badań będzie
identyfikacja komórkowych szlaków sygnałowych oraz konkretnych genów, aktywowanych
bądź wyciszanych w komórkach raka jajnika
pod wpływem ich oddziaływania z komórkami
macierzystymi. Dotychczas przeprowadzono
eksperymenty z wykorzystaniem mikromacierzy DNA dla oceny globalnego profilu ekspresji
genów w komórkach raka stymulowanych przez
47
komórki OASC. Dalsze prace będą obejmowały
scharakteryzowanie wybranych genów oraz
weryfikację ekspresji potencjalnych genów markerowych w preparatach pooperacyjnych raka
jajnika innymi metodami (ilościowej reakcji PCR
oraz immunohistochemii).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Innowacyjne podejście do walki z rakiem jajnika,
proponowane w ramach niniejszego projektu,
bazuje na wykorzystaniu biologii medycznych
w celu lepszego poznania molekularnych podstaw
procesu nowotworowego oraz dla znalezienia nowych biomarkerów, które usprawnią diagnostykę
oraz umożliwią indywidualizację, a tym samym
zwiększenie skuteczności leczenia pacjentek z rakiem jajnika. Badania te powinny przyczynić się
do znalezienia potencjalnych markerów molekularnych przydatnych w praktyce klinicznej,
a także pomogą znaleźć odpowiedź na pytanie,
jaki jest mechanizm stymulacji kancerogenezy
jajnika u kobiet z wysokim indeksem masy ciała.
MAGDALENA ZORYCHTA
Politechnika Śląska
Wydział Mechaniczny Technologiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie medyczne (ochrony zdrowia)
problem badawczy:
Predykcja cech funkcjonalnych implantów ubytków żuchwy na podstawie
numerycznych badań symulacyjnych przenoszenia obciążeń zgryzowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem projektu jest opracowanie metodyki badań
modelowych MES przenoszenia obciążeń zgryzowych w układzie stomatognatycznym, którą
zastosowano do badań symulacyjnych zespoleń
kikutów żuchwy w przypadku rozległych ubytków
żuchwy z przerwaniem jej ciągłości.
Wirtualne modele zostały przygotowane w oprogramowaniu do projektowania inżynierskiego CAD
(Solidworks) w sposób umożliwiający analizę wpływu cech osobniczych na kryterialne wartości
naprężeń w tkankach i implantach. W badaniach
symulacyjnych kluczowe było odwzorowanie
warunków podparcia modelu żuchwy w stawie
skroniowo-żuchwowym oraz warunków obciążeń zgryzowych, zwłaszcza działania najbardziej
niekorzystnych dla zespolenia implantu z kością
skośnych sił towarzyszących żuciu.
Na podstawie uzyskanych rezultatów badań symulacyjnych stwierdzono, że opracowana metodyka
pozwala na ocenę wpływu różnych rozwiązań
materiałowych i konstrukcyjnych implantów na
naprężenia w strefie zespolenia implantu z kikutami żuchwy.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Poziom innowacyjności projektu jest unikalny,
ponieważ aktualnie przedstawiane implanty ubytków żuchwy z przerwaniem jej ciągłości nie są
stosowane klinicznie. Niepowodzenia kliniczne
aktualnie stosowanych rozwiązań implantów
stawu skroniowo-żuchwowego wynikają z niedoszacowania efektów przeciążeniowych tkanki
kostnej, co potwierdza brak poprawnej metody
oceny nośności wytrzymałości ich połączenia
z kikutami żuchwy.
Osiągnięcie celu pracy znajduje przełożenie na
zwiększenie potencjału innowacyjnego województwa śląskiego ze względu na stworzenie możliwości
wsparcia ośrodków medycznych w planowaniu
leczenia złamań żuchwy i patologii SSŻ, a przede
wszystkim opracowania zasad wytwarzania poprawnie zaprojektowanych pod względem nośności
implantów rozległych ubytków żuchwy.
Ze względu na praktyczny aspekt pracy i spodziewane efekty współpracy ze stroną medyczną
planuje się wykonanie prototypów implantów,
zwłaszcza w technologii selektywnego spiekania
laserowego. Wykonanie badań materiałowych
struktury, składu chemicznego oraz własności
korozyjnych, a także własności wytrzymałościowych pozwoli na przedkliniczną ocenę jakości
i biotolerancji implantów.
48
49
50
TECHNOLOGIE
DLA ENERGETYKI
I GÓRNICTWA
PAWEŁ BARGIEL
Politechnika Śląska, Instytut Techniki Cieplnej
Zakład Termodynamiki, Gospodarki Energetycznej i Chłodnictwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Techniczno-ekonomiczna analiza technologii dekompresji gazu ziemnego
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Na całym świecie tranzyt gazu ziemnego drogą
lądową realizowany jest najczęściej wymuszonym
przepływem gazu w gazociągach, pod wysokim ciśnieniem. W celu przystosowania gazu
ziemnego do odbioru obniża się jego ciśnienie
na stacjach redukcyjno-pomiarowych (SRP). SRP
wchodzą w skład każdej sieci gazowej o charakterze przesyłowym bądź dystrybucyjnym.
W Polsce powszechnie stosowana jest technologia
redukcji ciśnienia gazu na zaworze dławiącym
z wcześniejszym podgrzewem gazu. Choć technologia ta jest dojrzała, jest nieekonomiczna
i oznacza marnotrawstwo energii, co sugeruje
konieczność poszukiwania alternatywnych rozwiązań. Spółki transportujące oraz dystrybuujące
gaz ziemny podchodzą jednak z dużą rezerwą
do wprowadzania nowych technologii. Jest to
podyktowane wysokimi karami za ewentualne
przerwy w dostawie, co z kolei sprawia, że bezpieczeństwo dostaw ma dla spółki większe znaczenie
niż aspekty ekonomiczne wynikające wprost
z eksploatacji stacji. Stanowi to jedną z przyczyn
zastoju rozwoju w tej dziedzinie.
Aplikacyjność nowych rozwiązań musi być zatem
poparta badaniami uwzględniającymi bezpieczeństwo ich stosowania. Technologie wykluczające
bądź ograniczające podgrzew przed dekompresją
gazu ziemnego prowadzą do niskich temperatur
gazu na wylocie z SRP (spadek temperatury wynika z efektu Joule’a-Thomsona bądź nieizentropowej ekspansji gazu). Spadek temperatury do
niskich wartości może spowodować przekroczenie
warunków równowagi fazowej gazu ziemnego,
co stanowi zagrożone dla stabilnej pracy całego
obiektu.
Głównym celem pracy doktorskiej jest określenie,
czy oraz w jaki sposób dostępne nowe technologie dekompresji gazu ziemnego można stosować
w polskiej sieci gazowej w sposób ciągły, bezpieczny
i ekonomicznie atrakcyjny, a co za tym idzie, skorzystać na oszczędności, jaką oferują.
W ramach pracy doktorskiej i we współpracy
z Polską Spółką Gazownictwa, oddział w Zabrzu,
określona zostanie częstotliwość występowania
parametrów termodynamicznych gazu ziemnego,
które sprzyjałyby zaistnieniu warunków przekroczenia równowagi fazowej gazu. Parametry
te zostaną określone na podstawie dostępnych
modeli fizycznych na drodze teoretycznej oraz
eksperymentalnie.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Owocem prowadzonych badań naukowych będzie poszerzenie wiedzy w zakresie stosowalności
nowych technologii dekompresji gazu ziemnego
w polskiej sieci gazowej. Wiedza ta będzie mogła
stanowić dodatkowe wsparcie dla dyrekcji spółek gazowniczych przy podejmowaniu decyzji
o wprowadzeniu nowych technologii bądź pozwoli
określić nowy kierunek, w jakim powinna zmierzać
poprawa jakości gazu ziemnego.
52
MATEUSZ BRZĘCZEK
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Analiza możliwości zwiększenia efektywności elektrowni gazowo-parowej
bez i z instalacją wychwytu i sprężania CO2
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zasadniczym celem pracy jest analiza możliwości zwiększenia sprawności termodynamicznej
oraz efektywności ekonomicznej nowoczesnego trójciśnieniowego układu gazowo-parowego
z przegrzewem wtórnym pary zintegrowanego
z instalacją separacji i sprężania CO2. Rozpatrywane będą różne warianty chłodzenia układu
przepływowego turbiny gazowej, tj. chłodzenie
powietrzne otwarte i zamknięte oraz chłodzenie
zamknięte parą. Modelowanie turbiny gazowej
obejmie również analizę spalania sekwencyjnego
turbiny gazowej. Praca obejmować będzie analizę
efektywnego wykorzystania ciepła odpadowego
badanego bloku. Wyniki analizy ekonomicznej
bloku z różnymi koncepcjami zwiększenia jego
sprawności pozwolą na identyfikację najbardziej
rentownego rozwiązania. Celem rozprawy w zakresie termodynamiki jest opracowanie algorytmu
obliczeniowego pozwalającego prześledzić zmiany
parametrów w wybranych wariantach. Celem
obliczeń ekonomicznych jest wyznaczenie podstawowych wskaźników ekonomicznych, w tym
granicznej ceny sprzedaży energii elektrycznej
oraz kosztu emisji unikniętej. Charakterystyki
ekonomiczne wyznaczane będą zarówno w funkcji
parametrów procesowych, jak i makro- oraz mikroekonomicznych.
53
Wyniki badań mogą mieć praktyczne zastosowanie
przede wszystkim w sektorze energetycznym,
obejmującym także projektowanie nowoczesnych
bloków gazowo-parowych i dobór ich optymalnej
struktury. Najwięksi producenci turbin gazowych
(m.in. Siemens, GE) prowadzą badania w zakresie nowych koncepcji chłodzenia łopatek turbin
gazowych. Zastosowanie chłodzenia parowego
w turbinie gazowej, analizowanego w mojej pracy,
pozwoli na zwiększenie sprawności elektrowni
gazowo-parowych. Możliwe jest osiągnięcie sprawności netto bloku powyżej 61%. Grupa TAURON
przewiduje budowę bloku gazowo-parowego na
terenie województwa śląskiego. Dodatkowymi
impulsami do budowy układów gazowo-parowych
są: aktualna obniżka cen gazu ziemnego, wydobycie gazu z łupków, wzrost kosztów uprawnień
do emisji CO2 oraz rosnące wymagania związane
z ochroną środowiska. Wyniki badań w zakresie
optymalizacji kotłów odzyskowych mają możliwość
praktycznego zastosowania, ponieważ na terenie
województwa śląskiego istnieją przedsiębiorstwa
takie, jak Foster Wheeler czy Rafako, będące jednymi z większych producentów kotłów odzyskowych
w Polsce i Europie.
ALEKSANDRA DRYJAŃSKA
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Instytut Maszyn i Urządzeń Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Wpływ wybranych parametrów
na charakterystyki energetyczne i ekonomiczne elektrowni
z kotłem fluidalnym, tlenownią kriogeniczną i instalacją CCS
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Od kilku lat na całym świecie trwają badania
naukowe nad opracowaniem technologii zeroemisyjnych dla węglowych bloków energetycznych.
Jedną z nich jest spalanie tlenowe, wymagające
dostarczenia tlenu w ilości kilku–kilkudziesięciu
tysięcy ton na dobę. Wśród obecnych metod produkcji tlenu warunki te jest w stanie spełnić jedynie
kriogeniczna separacja składników powietrza.
Dzięki integracji tlenowni kriogenicznej z obiegiem
parowym, w którym ze względów technicznych
wykorzystuje się częściową recyrkulację spalin,
znacznie ułatwione staje się wychwytywanie
CO2 ze spalin, a układ sekwestracji CO2 jest mniej
energochłonny niż w przypadku wychwytu CO2
przewidzianego dla technologii post-combustion
w istniejących już blokach energetycznych. Do
analizy wykorzystywany jest model bloku energetycznego o nadkrytycznych parametrach pary.
Modele poszczególnych instalacji technologicznych
zbudowane są w programach obliczeniowych
GateCycle i Aspen. Integracji tych komponentów
dokonano przy użyciu arkusza kalkulacyjnego
Microsoft Office Excel i kodów własnych. Celem
badań jest wyznaczenie m.in. charakterystyk
sprawności wytwarzania energii elektrycznej
w funkcji parametrów związanych z układem tlenowni, gdyż ma ona największy wpływ na ubytek
tej sprawności. Prowadzone badania mają umożliwić ocenę elektrowni pod kątem jej sprawności
oraz efektywności ekonomicznej, a zastosowanie
analizowanej technologii ma przyczynić się do
osiągnięcia wymagań Pakietu Klimatyczno-Energetycznego.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Jednym z głównych celów badań jest wskazanie
metod separacji CO2 i jego sprężania, dotyczących
zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych do atmosfery. Konsekwencją wprowadzenia Pakietu
Klimatyczno-Energetycznego 3×20 oraz Systemu
Handlu Emisjami jest wzrost opłat za emisję CO2
w blokach energetycznych. Proponowana analiza
elektrowni nadkrytycznej typu oxy ma na celu
poprawę sprawności takiego bloku do wartości
sprawności osiąganych przez węglowe bloki konwencjonalne. Zakładanym efektem badań jest
określenie redukcji wzrostu cen sprzedaży energii
elektrycznej odbiorcom, ale także ceny jej produkcji. Większość elektrowni znajdujących się na
terenie Śląska (i reszty kraju) wykorzystuje paliwa
kopalne. Z tego względu opracowanie technologii
zero- czy prawie zeroemisyjnych dla energetyki, jak
również ocena opłacalności inwestycji w budowę
rozpatrywanej elektrowni typu oxy, są istotne dla
województwa śląskiego. Wyniki badań mogą przyczynić się do poprawy efektywności wytwarzania
energii elektrycznej, dzięki czemu możliwe będzie
ograniczenie wykorzystywania zasobów paliw
oraz redukcja emisji CO2 do atmosfery.
54
PIOTR FELIŃSKI
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Katedra Ciepłownictwa, Ogrzewnictwa i Wentylacji
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Budowa i badanie efektywności energetycznej
układu magazynowania ciepła
wykorzystującego materiały zmiennofazowe
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
W województwie śląskim sektor budownictwa
mieszkalnego, mający znaczący udział w zapotrzebowaniu na energię, zaopatrywany jest w ciepło
pochodzące głównie ze scentralizowanych sieci
ciepłowniczych w miastach oraz wytwarzany
na potrzeby własne bezpośrednio u odbiorców
na terenach pozamiejskich. Duże zagęszczenie
ludności oraz przemysłu w aglomeracjach na
terenie województwa śląskiego powoduje, że
istotnym problemem jest zanieczyszczenie powietrza, a w szczególności znajdujące się w nim
pyły powstałe ze spalania paliw stałych. Poprawa
jakości powietrza możliwa jest przez zwiększenie
efektywności energetycznej sieci ciepłowniczych
oraz wykorzystanie lokalnych źródeł energii,
w szczególności odnawialnych. Produkcja ciepła
ze źródeł odnawialnych przyczynia się również do
obniżenia tzw. niskiej emisji na terenach pozamiejskich. Jednakże zastosowanie odnawialnych źródeł
energii, a w szczególności energii promieniowania
słonecznego w systemach rozproszonych wiąże się
z problematyką obejmującą rozbieżności między
zapotrzebowaniem na ciepło a dostępnością energii
służącej do jego wytworzenia. Problem okresowości
występowania energii promieniowania słonecznego oraz zmienności zapotrzebowania na ciepło
może być rozwiązany przez innowacyjne układy
magazynowania ciepła. Dodatkowo obserwowany
obecnie trend zmniejszania zapotrzebowania na
ciepło budynków przez ich termomodernizację
sprawia, że istnieje również potrzeba efektywnego
magazynowania ciepła powstałego podczas produkcji energii elektrycznej w elektrociepłowniach.
Dlatego też wykorzystanie w takich układach ma-
55
teriałów zmiennofazowych, które są w stanie zmagazynować większą ilość ciepła od stosowanych
obecnie rozwiązań konwencjonalnych, poprawi nie
tylko sprawność cieplną konwersji fototermicznej
w instalacjach słonecznych, lecz także efektywność
energetyczną sieci ciepłowniczych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zwiększenie stopnia wykorzystania energii promieniowania słonecznego poprzez zastosowanie
układu magazynowania ciepła wykorzystującego
materiały zmiennofazowe wpłynie korzystnie na
rozwój przedsiębiorstw zajmujących się produkcją oraz projektowaniem instalacji związanych
z energetyką słoneczną. Dodatkowo możliwość
zastosowania tego typu układów w celu poprawy
efektywności energetycznej sieci ciepłowniczych,
w znaczącym stopniu wpłynie na rozwój sektora
energetyki, a w szczególności przedsiębiorstw
zajmujących się produkcją i przesyłem energii oraz
projektowaniem przeznaczonych do tego instalacji
na terenie województwa śląskiego, co zwiększy
innowacyjny potencjał tego regionu.
PRZEMYSŁAW JAMROZIK
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Materiałowej i Metalurgii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Stabilność mikrostruktury w wysokiej temperaturze złączy spawanych
ze stali X7NiCrWCuCoNbNB25–23–3–3–2 (Sanicro 25)
i stopu 23Cr–45Ni–7W–Ti–Nb (HR6W)
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Rozwój technologii energetycznych jest możliwy
jedynie z rozwojem materiałów i technologii spawania spełniających podwyższone wymagania
odpowiednich właściwości użytkowych. Proponowane badania są pionierskie w kraju i pozwalają
na zdobycie wiedzy związanej z prognozowaniem
trwałości elementów konstrukcyjnych z nowych
materiałów. W szczególności dotyczy to nowoczesnych materiałów Sanicro 25 oraz HR6W do
zastosowań w kotłach na nadkrytyczne parametry pary powyżej 650ºC. Badane materiały już
w fazie eksperymentalnej cechują się lepszymi
właściwościami mechanicznymi i korozyjnymi
niż stosowane dotychczas. Harmonogram prac
obejmuje:
––analizę procesów wydzieleniowych oraz stabilności mikrostruktury po długotrwałym wyżarzaniu,
––przeprowadzenie badań odporności na korozję
wysokotemperaturową w agresywnym środowisku,
––przeprowadzenie badań odporności na utlenianie
w parze wodnej,
––przeprowadzenie badań właściwości mechanicznych złączy spawanych w wysokiej temperaturze oraz analizę procesów wydzieleniowych po
próbach pełzania.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowanie charakterystyk materiałowych badanych materiałów pozwoli na zdobycie odpowiedniej wiedzy pod kątem planowanej w kraju
budowy i projektowania nowoczesnych bloków
nadkrytycznych. Zaplanowane długotrwałe badania materiałowe w podwyższonej temperaturze pozwolą na analizę stabilności procesów
wydzieleniowych w złączach spawanych i materiale podstawowym. Badania odporności na
korozję złączy spawanych w wysokiej temperaturze
w środowisku O2+HCl+SO2+N2 oraz w parze wodnej
pozwolą na uzupełnienie wiedzy oraz opracowanie
charakterystyk odporności na korozję wysokotemperaturową oraz utlenianie w parze wodnej.
Wykonanie badań właściwości żarowytrzymałych
w wysokiej temperaturze ma na celu określenie
trwałości złączy spawanych w przyjętych podwyższonych parametrach pary >650ºC i ciśnieniu
30 MPa. Określenie stabilności mikrostruktury
w próbach pełzania oraz podczas długotrwałego
wyżarzania w temperaturze 700–750ºC pozwoli
na określenie potencjalnej trwałości elementów
konstrukcyjnych w planowanej budowie kotłów na
parametry supernadkrytyczne. Zaplanowane badania mają charakter wyprzedzający, a wyniki będą
przydatne podczas projektowania z uwzględnieniem badanych materiałów na krytyczne elementy
i budowy nowoczesnych bloków energetycznych.
56
SYLWIA JANKOWSKA
Politechnika Częstochowska
Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Tlenowe i beztlenowe formy azotu w procesie tlenowego spalania węgla
w palenisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Spalanie tlenowe można zaliczyć do metod ograniczania emisji CO2 do atmosfery. Istota procesu
polega na tym, że na potrzeby procesu utylizacji
paliwa kocioł zasilany jest mieszanką gazową
O2/CO2. Właściwości procesu spalania w powietrzu różnią się od właściwości procesu spalania
tlenowego. Nowe warunki prowadzenia procesu
spalania tlenowego mogą mieć istotne znaczenie
dla chemii azotu. Stąd głównym celem pracy jest
poznanie zjawisk formowania i rozkładu związków
azotu paliwowego (NO, N2O, NO2, NH3 oraz HCN)
w procesie tlenowego spalania węgla realizowanego
w palenisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną oraz
określenie wpływu warunków procesowych na
zachowanie ww. związków, obserwowane równolegle wzdłuż wysokości kolumny paleniskowej.
Badania konwersji azotu paliwowego w procesie
tlenowego spalania węgla przeprowadzone zostaną
na instalacji pilotażowej oxy-CFB o mocy 0,1 MWt
przystosowanej do pracy zarówno w trybie powietrznym, jak i tlenowym. Cztery punkty pomiaru
składu gazów spalinowych, rozmieszczone wzdłuż
wysokości komory paleniskowej, umożliwiają
przeprowadzenie globalnej analizy procesu konwersji azotu paliwowego na kolejnych etapach
jego termicznego rozpadu.
57
Polska gospodarka od dziesięcioleci opiera się na
wykorzystaniu węgla, co wynika z faktu posiadanych zasobów. Obecnie udział węgla jako paliwa
do produkcji energii elektrycznej jest dominujący
i wynosi ok. 90%. Paliwo to jednak w całym procesie
od wydobycia, poprzez spalanie, do wykorzystania
zawartej w nim energii, stwarza liczne problemy
związane z wymogami ochrony środowiska. Szansą
na rozwiązanie konfliktu między potrzebą spalania
węgla w celach energetycznych a koniecznością
zmniejszania emisji zanieczyszczeń gazowych jest
zastosowanie technologii wychwytu i składowania CO2. Jedną z rozważanych opcji jest spalanie
tlenowe. Zakłada się, że technologia ta zostanie
rozwinięta do roku 2020 na tyle, że łączne koszty
wychwytywania i zatłaczania CO2 będą niższe niż
koszty zakupu pozwoleń na emisję. W przypadku nowo budowanych jednostek prowadzenie
procesu spalania w atmosferze tlenowej sprzyjać
będzie redukcji gabarytów kotła, co przełoży się
na mniejsze nakłady inwestycyjne. Ponadto rozpoznanie miejsc i mechanizmów powstawania NOx
wewnątrz kotła w znaczącym stopniu przyczynią
się do ograniczenia zużycia wody amoniakalnej.
KATARZYNA JASIAK
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Badania nad syntezą cyklicznych węglanów alkilenowych z ditlenku węgla
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Problematyka badań prowadzonych w ramach
pracy doktorskiej powinna być rozpatrywana
w dwóch kategoriach.
• W kategorii bazy surowcowej – w myśl, której
należy stale poszukiwać nowych źródeł surowców odnawialnych do syntezy chemicznej.
Poglądy te są daleko perspektywiczne, jednakże
już obecnie stanowią przedmiot intensywnych
dyskusji. W tym aspekcie projekt badawczy
wpisuje się w te innowacyjne trendy.
• W kategorii Czystych Technologii Węglowych
(CTW) – wymagania związane z ochroną środowiska obligują kraje Unii Europejskiej do
rozwoju Czystych Technologii Węglowych.
Jednakże szansą na wzrost opłacalności inwestycji w technologie CCS jest równoległy
rozwój metod zagospodarowania odpadowego
ditlenku węgla (CCU).
Należy podkreślić, że kluczowym wyzwaniem
stawianym reakcjom z udziałem CO2 jest poszukiwanie katalizatorów o wysokiej aktywności katalitycznej, które w prosty sposób można oddzielić od
mieszaniny reakcyjnej. W tym kontekście w ostatnich latach obserwuje się znaczne zainteresowanie
katalizatorami heterogenicznymi. Niestety liczba
doniesień literaturowych dotyczących badań nad
zastosowaniem immobilizowanych katalizatorów
w syntezie cyklicznych węglanów alkilenowych
z CO2 i olefin jest wciąż niewielka.
Zatem celem pracy doktorskiej są badania nad
zastosowaniem katalizatorów heterogenicznych
w syntezie cyklicznych węglanów z ditlenku węgla.
Proces ten został wybrany ze względu na szerokie
spektrum zastosowań produktów reakcji. Szacuje
się, że roczna produkcja cyklicznych węglanów
w 2010 r. wynosiła 0,1 Mt i przewiduje się wzrost
zapotrzebowania na nie w najbliższych latach.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Na terenie województwa śląskiego działa wiele
przedsiębiorstw w sektorze energetycznym. Firmy
te stoją dziś przed wyzwaniem, jak odpowiedzieć
na zaostrzające się normy, dotyczące dopuszczalnych limitów emisji gazów cieplarnianych. Zatem
wyniki moich badań mogą mieć wpływ na zwiększenie potencjału konkurencyjnego podmiotów
gospodarczych zarówno na rynku regionalnym,
jak i krajowym. Innym ważnym aspektem jest
fakt, że rozwój metod zagospodarowania ditlenku
węgla wymaga integracji górnictwa, energetyki
oraz chemii, co może wpłynąć na wzmocnienie
transferu wiedzy pomiędzy przemysłem a jednostkami naukowymi.
58
MARCIN KRATOFIL
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Katedra Inżynierii Energii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Termiczne przetwarzanie biomasy i paliw odpadowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Spalanie węgla, realizowane m.in. w celu produkcji energii elektrycznej, niesie ze sobą poważny
problem środowiskowy związany z emisją zanieczyszczeń do atmosfery – głównie gazów (CO2,
SO2, NOx) oraz pyłów, które przyczyniają się do
intensyfikacji zmian klimatycznych. Z tego między
innymi powodu w ostatnich latach obserwuje się
dążenie do zastąpienia węgla paliwem odnawialnym. Takim paliwem wydaje się być np. biomasa,
której zasoby w Polsce są bardzo duże i która (np.
w postaci drewna, słomy, siana) może stanowić
interesujący substytut węgla, jednak w celu jej
szerszej implementacji przemysłowej konieczne jest
ograniczenie wysokiej zawartości w niej wilgoci,
chloru i alkaliów oraz poprawa słabej podatności
przemiałowej, wynikającej z silnych wiązań celulozy i ligniny. Mankamenty te są szczególnie
widoczne w przypadku biomasy odpadowej, której
wykorzystanie jest jednak promowane w krajach
UE, przyczyniając się m.in. do realizacji strategii tzw.
zrównoważonego rozwoju i pozwalając na osiągnięcie celów sformułowanych przez Unię Europejską
w Dyrektywie Parlamentu Europejskiego i Rady nr
2009/28/WE w sprawie promowania stosowania
energii ze źródeł odnawialnych do 2020 r.
Jedną z możliwości przygotowania biomasy może
być poddanie jej waloryzacji i niskotemperaturowej
obróbce termicznej, co w założeniu pozwoli na
usunięcie wilgoci, nabycie właściwości higrofobowych oraz poprawę zdolności przemiałowej
– głównie dzięki rozerwaniu długich łańcuchów
ligniny i celulozy.
59
Obróbka termiczna biomasy oraz części paliw
odpadowych pozwala na ich zwaloryzowanie i wytworzenie produktu pozbawionego wilgoci oraz
części zanieczyszczeń (takich jak związki chloru,
rtęć itp.), dodatkowo posiadającego właściwości
higrofobowe. Zakres stosowanych temperatur
jak również czas obróbki termicznej zależne są
przede wszystkim od rodzaju i składu paliwa oraz
jego granulacji.
Badania przewidziane do realizacji w ramach pracy
doktorskiej skupione będą na ustaleniu optymalnej
temperatury i czasu termicznego przetwarzania
różnego rodzaju biomasy i paliw odpadowych,
ukierunkowanemu zwłaszcza na badania tzw.
biomas „nowych” (tj. dostępnych od niedawna
na rynku), a także na ustalenie wpływu szybkości
i czasu nagrzewania oraz temperatury na skład,
podatność przemiałową i reaktywność produktu,
jak również na ustalenie jednostkowych emisji
zanieczyszczeń stałych i gazowych tworzących
się podczas spalania. Prace te przyczynią się nie
tylko do uzyskania nowej wiedzy na temat procesu
termicznego przetwarzania biomasy i paliw odpadowych, lecz także stanowić będą punkt wyjścia
dla inicjacji i rozwoju nowych zaawansowanych
technologii o niskiej uciążliwości środowiskowej
i zredukowanej emisji zanieczyszczeń.
PIOTR KUBICA
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych Polskiej Akademii Nauk
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Hybrydowe materiały membranowe do rozdzielania mieszanin gazów
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Przedmiotem badań są materiały o potencjalnym
zastosowaniu w membranach do separacji mieszanin gazów. Celem pracy jest określenie wpływu
dodatku substancji nieorganicznych i metaloorganicznych do membran polimerowych na ich
właściwości fizykochemiczne, przede wszystkim
na ich przepuszczalność względem gazów. Drugim
z celów jest powiązanie obserwowanych właściwości membrany ze strukturą i właściwościami
wprowadzanej substancji, takimi jak: średnica
porów, powierzchnia właściwa, pojemność sorpcyjna, hydrofilowość powierzchni. Badana jest
również zależność właściwości membran od metody ich wytwarzania: użytego rozpuszczalnika
i temperatury wygrzewania.
Badania składają się z trzech etapów:
1. Synteza i charakterystyka substancji dodawanej
do membran polimerowych.
2. Wytworzenie membran zawierających cząstki
otrzymanej substancji, tzw. membran hybrydowych, oraz określenie ich morfologii.
3. Pomiary przepuszczalności, selektywności oraz
współczynników dyfuzji gazów w wytworzonych membranach. Parametry te wyznaczane
są dla azotu, tlenu, helu i dwutlenku węgla.
Dla wybranych materiałów membranowych pomiary wykonywane są w funkcji temperatury
i ciśnienia.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wiele procesów przemysłowych wymaga przeprowadzenia rozdziału mieszaniny dwóch lub
większej liczby gazów. W wielu przypadkach techniki membranowe są bardziej konkurencyjne
od innych metod separacji, takich jak adsorpcja
i destylacja kriogeniczna, ze względu na mniejsze
zużycie energii, prostszą konstrukcję i mniejsze
gabaryty instalacji. Wyniki prowadzonych badań mogą skutkować powstaniem materiałów
membranowych o korzystnych właściwościach
z punktu widzenia rozdzielania mieszanin gazów,
w szczególności wzbogacania powietrza w tlen.
Powietrze o zwiększonej zawartości tlenu stosuje
się w przemysłowych procesach spalania celem
uzyskania większej temperatury płomienia oraz
zmniejszenia strat ciepła związanych z ogrzewaniem azotu. Jego potencjalnym zastosowaniem
są również procesy zgazowania węgla i biomasy.
60
IZABELLA MAJ
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Przygotowanie paliw biomasowych pod kątem zmniejszenia
ich negatywnego oddziaływania na pracę kotła
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem badań jest rozpoznanie różnych rodzajów
biomas pod kątem zmniejszenia ich negatywnego
oddziaływania na pracę kotłów energetycznych.
Pierwszym etapem pracy są badania laboratoryjne,
polegające na termicznej utylizacji egzotermicznej
paliw biomasowych przy użyciu spalin jako czynnika konwertującego. Badania te prowadzone są
w eksperymentalnym reaktorze zgazowującym
zaprojektowanym i wykonanym specjalnie do tego
celu. Otrzymane wyniki pozwolą na rozpoznanie
przydatności energetycznej wybranych paliw,
ocenę możliwości termicznej utylizacji odpadów
oraz opracowanie kryteriów projektowych dla
przemysłowych instalacji pośredniego współspalania biomasy i odpadów oraz stworzenie zaleceń
dla prowadzenia procesu w warunkach przemysłowych poprzez określenie optymalnych warunków:
temperatury oraz czasu przebywania wsadu w reaktorze. Reaktor połączony będzie z kotłem, z którego spaliny stanowić będą czynnik konwertujący.
Gaz wynikowy, otrzymany w procesie termicznej
utylizacji paliw w reaktorze, zawracany będzie do
komory spalania kotła. Badania prowadzone do tej
pory uwzględniały takie czynniki konwertujące,
jak tlen, powietrze wzbogacone tlenem i para wodna. Badania termicznej utylizacji egzotermicznej
paliw biomasowych i odpadów przy użyciu spalin
jako czynnika konwertującego są bez wątpienia
badaniami pionierskimi.
61
Województwo śląskie jest największym skupiskiem obiektów energetyki zawodowej w kraju.
Na terenie tym znajduje się co najmniej 7 dużych
obiektów, w których istnieje możliwość współspalania z węglem biomasy lub odpadów biomasowych.
Zasady przygotowania paliw biomasowych pod
kątem zmniejszenia ich negatywnego oddziaływania na pracę kotłów, opracowane podczas
badań, będą mogły zostać wdrożone w każdym
z tych obiektów, wydłużając okres eksploatacyjny
kotłów. Biorąc pod uwagę liczbę potencjalnych
odbiorców zainteresowanych poprawą warunków
energetycznego wykorzystania biomasy, wyniki
niniejszych badań są niewątpliwie odpowiedzią
na rosnące potrzeby oraz oczekiwania sektora
energetycznego.
DAMIAN PAWŁOWSKI
Politechnika Częstochowska
Wdział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Katedra Inżynierii Energii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Oxy-spalanie pyłu węglowego w przedpalenisku cyklonowym
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Realizowane badania będą miały na celu wyznaczenie optymalnych warunków prowadzenia
procesu oxy-spalania węgla w przedpalenisku
cyklonowym, a w szczególności uzyskania spalin
o możliwie wysokiej koncentracji CO2, co jest szczególnie ważne przy realizacji CCS (Carbon Capture
and Storage). Dodatkowo podjęte zostaną prace
nad ograniczeniem emisji innych zanieczyszczeń
w trakcie realizacji tego procesu, takich jak SO2,
NOx, CO oraz pył. Planowany zakres prac będzie
obejmował m.in. laboratoryjne badania redukcji
SO2 oraz NO ze spalin. Badania na modelowym
przedpalenisku cyklonowym związane będą
z określeniem wpływu: składu paliwa, granulacji, stężenia tlenu w gazie doprowadzanym do
procesu spalania, współczynnika nadmiaru tlenu,
prędkości doprowadzanego gazu na parametry
prowadzenia procesu. Tymi parametrami będą:
stężenie CO2 w spalinach, profile temperatury
wewnątrz przedpaleniska, skład spalin na wylocie
(emisja zanieczyszczeń).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Uzyskane w ramach pracy doktorskiej rezultaty,
dotyczące oxy-spalania pyłu węglowego w modelowym przedpalenisku cyklonowym, są rozwiązaniami innowacyjnymi, uzasadnionymi ekologicznie
i ekonomicznie. Innowacyjnością prowadzonych
badań jest zastosowanie technologii oxy-spalania,
która jest wysokosprawną technologią konwersji
energii chemicznej paliwa na ciepło, potrzebne do
produkcji energii elektrycznej. Nowatorska konstrukcja modelowego przedpaleniska cyklonowego
oraz zastosowanie oxy-spalania, daje możliwość
wysokosprawnego spalania szerokiego zakresu paliw kopalnych i alternatywnych o różnych
własnościach. Zastosowany proces oxy-spalania
skutecznie przyczyni się do zmniejszenia emisji
szkodliwych związków do atmosfery, co znacząco
zmniejszy negatywny wpływ przemysłu energetycznego na środowisko, a zarazem poprawi jego
wizerunek społeczny. Ekonomicznym walorem
prowadzonych badań, jest realna możliwość zastosowania myśli technicznej zawartej w konstrukcji
przedpaleniska cyklonowego oraz prowadzenia
w nim procesu oxy-spalania. Wiąże się to z możliwością zastosowania technologii przedpalenisk
cyklonowych w nowych konstrukcjach kotłów
energetycznych budowanych z myślą o współpracy
z instalacjami CCS, a także przy modernizacji już
istniejących.
62
MONIKA RADLIK
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
[email protected]; [email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Badania katalitycznej redukcji tlenków azotu
na wybranych katalizatorach tlenkowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania realizowane w ramach projektu DoktoRIS,
stanowiące część pracy doktorskiej, polegają na
opracowaniu aktywnego i selektywnego katalizatora do procesu redukcji tlenków azotu, emitowanych ze źródeł stacjonarnych, takich jak
elektrociepłownie.
Powszechnie wiadomo, że emisja tlenków azotu
NOx (NO, NO2) do atmosfery z procesu spalania
paliw kopalnych wywołuje negatywne skutki
ekonomiczne, społeczne i ekologiczne. W związku z powyższym zostały wprowadzone różnego
rodzaju dyrektywy narzucające dopuszczalne
normy emisyjne dla NOx oraz technologie mające
na celu sprostanie narzucanym wymogom. Spośród
stosowanych metod ograniczających emisję NOx do
atmosfery najczęściej stosowana jest selektywna
redukcja tlenków azotu za pomocą czynnika redukcyjnego, która wymaga zastosowania aktywnego
i przede wszystkim selektywnego katalizatora.
Badania realizowane w ramach pracy doktorskiej
polegają na otrzymaniu aktywnych i selektywnych katalizatorów o pożądanych właściwościach
fizykochemicznych, do procesu redukcji tlenków
azotu za pomocą wybranego czynnika redukcyjnego. Opracowane układy katalityczne w postaci
tlenku metalu, o różnym stopniu obładowania,
osadzonym na nośniku zostały scharakteryzowane
za pomocą wielu technik analitycznych. W rezultacie uzyskano informacje na temat budowy
strukturalnej, morfologii, właściwości redoks raz
kwasowo-zasadowych. Ostatnim etapem realizowanych badań były testy katalityczne mające na
celu badania aktywności i selektywności opracowanych układów w reakcji redukcji tlenków azotu
63
za pomocą czynnika redukcyjnego. Efektem zrealizowanych badań jest wytypowanie aktywnego
i selektywnego katalizatora do procesu redukcji
tlenków azotu amoniakiem.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania realizowane w ramach projektu mogą
mieć praktyczne zastosowanie w gospodarce regionu przede wszystkim w sektorze technologii
dla energetyki i górnictwa. Wymiernym efektem
realizowanych badań jest opracowanie aktywnego
i selektywnego katalizatora do procesu redukcji
tlenków azotu za pomocą czynnika redukcyjnego.
Opracowane układy katalityczne stanowią odpowiedź na rosnące wymogi dotyczące ograniczenia
emisji NOx. Pozwalają one na niwelowanie negatywnych skutków ekonomicznych, społecznych
i ekologicznych, wpływając tym samym pozytywnie na rozwój gospodarki województwa śląskiego.
MAGDALENA SZINDLER
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny
Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Struktura i własności cienkich warstw polimerowych
nanoszonych metodą zol-żel
i stosowanych w barwnikowych ogniwach fotowoltaicznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Barwnikowe ogniwa fotowoltaiczne stanowią
atrakcyjny kierunek rozwoju fotowoltaiki.
W strukturze barwnikowego ogniwa fotowoltaicznego znajduje się ciekły elektrolit, którego obecność
w postaci roztworu uniemożliwia w pewnym zakresie stosowanie tych ogniw. Zasadniczym celem
podejmowanej pracy są badania nad cienkimi
warstwami polimerowymi przewodzącymi prąd
elektryczny, które mogą zastąpić ciekły elektrolit
w strukturze barwnikowych ogniw fotowoltaicznych. Pomysł zastąpienia ciekłego elektrolitu
i wykorzystanie w strukturze barwnikowych
ogniw materiałów polimerowych przewodzących
prąd elektryczny pozwoli na zwiększenie możliwości aplikacyjnych tych ogniw, a także wydłuży czas
ich działania. Przewiduje się, że wytworzona cienka
warstwa polimerowa przewodząca prąd będzie
miała znaczący wpływ na sprawność wytworzonych ogniw fotowoltaicznych. Do wytworzenia
proponowanych warstw polimerowych wybrano
metodę zol-żel, która umożliwia otrzymywanie
powłok z fazy ciekłej. W porównaniu z technologią
CVD i PVD technologia zol-żel wymaga znacznie
mniej skomplikowanych urządzeń, mniejszych
nakładów finansowych, a osadzanie warstw nie
wymaga wysokiej temperatury. Przygotowane
roztwory proponowanych materiałów osadzone techniką wirowania oraz wygrzewane w odpowiedniej temperaturze umożliwią uzyskanie
wysokiej jakości cienkich warstw polimerowych.
Metodyka badań cienkich warstw polimerowych
obejmuje:
• badania struktury,
• badania morfologii powierzchni,
• określenie grubości warstw oraz własności
optycznych,
• Przewiduje się również wykonanie serii eksperymentalnych ogniw fotowoltaicznych
i zbadanie ich własności elektrycznych przy
użyciu symulatora światła słonecznego.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyprodukowane, z zastosowaniem metody zol-żel,
barwnikowe ogniwa, a następnie moduły fotowoltaiczne umożliwią zmniejszenie kosztów produkcji.
Zintegrowane z budownictwem, BIPV oraz BAPV,
stanowią alternatywę dla standardowych okien
i ścian budynków oraz są zdolne do wytwarzania
energii elektrycznej. Ich stosowanie pozwoli obniżyć koszty materiałów budowlanych i transportu,
a z czasem użytkowania, oraz przyczyni się do
obniżenia rachunków za prąd.
64
PRZEMYSŁAW ŚCIUBIDŁO
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Badanie adsorpcji ditlenku węgla na zaawansowanych modyfikowanych
sorbentach stałych z wykorzystaniem wielkolaboratoryjnej instalacji VPSA
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania nad zastosowaniem zaawansowanych
sorbentów oraz związanych z nimi technologiami adsorpcyjnymi przyczynią się do pogłębienia
stanu wiedzy w zakresie czystych technologii
węglowych, w szczególności oczyszczania spalin,
co stanowi kluczowe zagadnienie dla przemysłu
energetycznego. Badania stanowią oryginalną
pracę badawczą, eksperymentalną i teoretyczną,
podejmowaną w celu zdobywania nowej wiedzy
o podstawach zjawisk i obserwowanych faktów
z nastawieniem na bezpośrednie praktyczne zastosowanie i użytkowanie gospodarcze w zakładach
przemysłowych, ze szczególnym uwzględnieniem
energetyki zawodowej. W zakresie prac eksperymentalnych przeprowadzane są syntezy zaawansowanych sorbentów stałych oraz zbadane zostaną
pod kątem usuwania ditlenku węgla ze spalin przy
użyciu instalacji VPSA. Kluczowym elementem
jest fakt, że odseparowany CO2 przeznaczony
zarówno do zagospodarowania jak i składowania
musi posiadać odpowiednią czystość. Mając to na
uwadze, prace laboratoryjne prowadzone nad
syntezą zaawansowanych sorbentów ukierunkowano na uzyskanie struktur o jak najwyższej
selektywności adsorpcji ditlenku węgla ze spalin.
65
Wdrożenie rozwiązań zawartych w pracy doktorskiej może zwiększyć konkurencyjność przedsiębiorstw na rynku energii elektrycznej i paliw, między innymi ze względu na zwiększenie opłacalności
inwestycji płynącej z możliwości składowania CO2
oraz możliwości sprzedaży produktów ubocznych
powstających przy wykorzystaniu technologii
czystego węgla.
Badania realizowane w ramach niniejszego
projektu mogą mieć praktyczne zastosowanie,
a z pewnością ułatwione ewentualne wdrożenie
technologii, dzięki badaniom prowadzonym na
jednostce VPSA. Rezultatem będzie pogłębienie
wiedzy na temat technologii oczyszczania spalin
metodami adsorpcyjnymi.
MAGDALENA TARNACKA
Uniwersytet Śląski
Instytut Fizyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla energetyki i górnictwa
problem badawczy:
Badanie kinetyki reakcji polimeryzacji
w różnych warunkach termodynamicznych (T, p)
oraz układach o ograniczonej geometrii, tzn. confined
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Polimeryzacja jest procesem, który w większości przypadków nie zachodzi samoczynnie – aby
zapoczątkować reakcję muszą zostać spełnione
określone warunki termodynamiczne. Dlatego
też proces polimeryzacji można zapoczątkować
poprzez naświetlanie próbki, dodając katalizator
lub podnosząc temperaturę układu. Ważnym
czynnikiem przyspieszającym lub wręcz inicjującym reakcję polimeryzacji jest kompresja układu.
Ostatnie doniesienia literaturowe pokazują, że
w warunkach wysokiego ciśnienia możliwe jest
otrzymanie polietylenu o wysokiej gęstości lub
trans polibutadienu. Przedstawione powyżej doniesienia pokazują wyraźnie, że ciśnienie może być
tym parametrem, który zapewnia selektywność
reakcji, i prowadzić w konsekwencji do otrzymania
makrocząsteczek o ściśle określonej strukturze
chemicznej, której nie można uzyskać poprzez
standardowe metody polimeryzacji. Dodatkowo
wykazano również, że poprzez prowadzenie reakcji chemicznej w wysokich ciśnieniach można
uzyskać polistyren o bardzo wysokiej masie cząsteczkowej, większej niż 1 mln Daltonów. W ramach pracy doktorskiej i programu stypendialnego
DoktoRis prowadzone są badania nad wpływem
ciśnienia na kinetykę polimeryzacji, strukturę,
dyspersyjność oraz podstawowe własności fizyczne otrzymanych polistyrenów, poliakrylanów,
poliepoksydów oraz spolimeryzowanych cieczy
jonowych (polymerized ionic liquids, PILs).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Ogromna większość przedmiotów codziennego
użytku jest wykonana z materiałów polimerowych, które cechują się bardzo dobrymi właściwościami mechanicznymi, fizycznymi, chemicznymi
oraz wytrzymałościowymi. Ze względu na atrakcyjność naukową oraz aplikacyjną tychże materiałów ciągle prowadzi się intensywne badania
dotyczące zarówno technologii ich otrzymywania,
jak i otrzymywania układów o ściśle zdefiniowanych własnościach fizycznych. Polimery jonowe
mogą być z powodzeniem wykorzystywane w tych
samych przestrzeniach, co ciecze jonowe, m.in.
jako rozpuszczalniki w syntezie organicznej oraz
katalizie, używane np. podczas reakcji przeniesienia międzyfazowego. Co więcej, substancje te
wykorzystywane są przy projektowaniu tzn. smart
materials, m.in. materiałów termoreagujących,
materiałów węglowych, membran gazowych,
celulozowych materiałów kompozytowych. Rozpoczęto również pracę nad wykorzystywaniem
tej grupy związków przy budowie urządzeń elektrochemicznych, takich jak: ogniwa słoneczne,
odnawialne ogniwa galwaniczne (baterie litowe)
oraz elementów o właściwościach elektrochromowych. Ze względu na wykorzystanie praktyczne
na szczególną uwagę zasługuje możliwość wykorzystania polimeryzujących cieczy jonowych
do produkcji diod OLED, obecnie powszechnie
stosowanych w przemyśle do produkcji małych
wyświetlaczy do odtwarzaczy MP3, telefonów
komórkowych oraz telewizorów produkowanych
m.in. przez firmy LG oraz Sony.
66
67
TECHNOLOGIE
DLA OCHRONY
ŚRODOWISKA
DOROTA BABILAS
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Katedra Chemii Nieorganicznej, Analitycznej i Elektrochemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Usuwanie zanieczyszczeń jonowych w procesie elektrodialitycznego
odsalania wodnych roztworów soli nieorganicznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Tematyka i zakres badań prowadzonych w ramach
projektu DoktoRIS dotyczą poznania mechanizmu transportu przez membrany jonowymienne
zanieczyszczeń jonowych (Ca2+, Mg2+, SO42-) roztworów soli nieorganicznych (wody kopalniane),
a także zastosowania technik membranowych do
oczyszczania ścieków przemysłowych, zmiękczania
wód zasolonych oraz opracowania technologii
ich utylizacji.
Celem badań jest opracowanie modelu transportu
przez membrany jonowymienne wybranych jonów
(Ca2+, Mg2+, SO42-) z wód zasolonych. Zakres pracy
obejmuje zbadanie wpływu:
––stężenia składników usuwanych oraz soli,
––różnicy potencjałów,
––liniowej szybkości przepływu,
––typu zastosowanych membran
na strumień transportowanych jonów (Ji).
Strumienie wybranych jonów zostaną dopasowane
do modelu transportu, a następnie zostaną wyznaczone współczynniki dyfuzji badanych jonów,
które umożliwią dokonanie oceny efektywności
elektrodialitycznego usuwania zanieczyszczeń
jonowych z wód zasolonych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Przemysłowy charakter województwa śląskiego
oraz wysoka gęstość zaludnienia znacząco wpływają na stan jakościowy zasobów wód powierzchniowych i podziemnych. W związku z tym do
priorytetowych celów środowiskowych regionu
śląskiego należy zmniejszenie ilości odprowadzanych ścieków do rzek, w tym silnie zasolonych wód
dołowych z kopalń. Zasolenie wód powierzchniowych niekorzystnie wpływa na biocenozę rzek
i ogranicza ich przydatność do celów komunalnych
i przemysłowych.
Uzyskane wyniki powinny odgrywać istotną rolę
w dziedzinie badań zmierzających do zrozumienia
mechanizmów transportu tych jonów oraz przewidywania efektywności procesu elektrodializy jako
metody oczyszczania wód zasolonych. Przeprowadzone badania będą stanowić podstawową wiedzę
niezbędną do opracowania nowych technologii
zagospodarowania odpadów przemysłowych,
a także technologii uzdatniania wody.
Uzyskane w ramach realizacji projektu wyniki
badań mogą być wykorzystane przez Jastrzębską
Spółkę Węglową S.A., Kompanię Węglową S.A.,
PG Silesia Sp. z o.o., a także przez Zakład Odsalania
Dębieńsko Sp. z o.o., z którym podjęto współpracę.
Wdrożenie uzyskanych wyników powinno umożliwić realizację celów Programu Ochrony Środowiska dla województwa śląskiego, dotyczących
podwyższenia jakości wód.
70
BEATA BAKA
Politechnika Częstochowska
Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Integracja adsorpcyjnego układu do doczyszczania CO2
zawartego w spalinach z obiegiem cieplnym bloku
pracującego w atmosferze modyfikowanej tlenem
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Praca badawcza obejmuje modelowanie jednostki do adsorpcji CO2 ze spalin kotłowych oraz jej
integrację z modelem bloku energetycznego pracującego w technologii spalania w atmosferze modyfikowanej tlenem. Badania prowadzone są przy
wykorzystaniu specjalistycznego programu komputerowego IPSEpro, który umożliwia rozwijanie
innowacyjnej technologii, jaką niewątpliwie jest
technika VPSA (Vacuum Pressure Swing Adsorption
– adsorpcja zmiennociśnieniowa z wykorzystaniem
próżni). Modelowanie numeryczne stanowi rozwijającą się interdyscyplinarną dziedzinę inżynierii
środowiska, której zaletami są: możliwość rozwiązania danego problemu badawczego oraz tworzenie
bazy zupełnie nowych rozwiązań. Symulacje komputerowe stanowią doskonałe narzędzie analizy
wdrażanego procesu technologicznego w celu
ukierunkowania badań w technologii separacji
CO2. Modele integrują wielkoskalowe symulacje,
obejmujące wiele podsystemów i procesów, dzięki
czemu przed modelowaniem komputerowym stoją
ogromne możliwości zastosowań w przemyśle.
Prowadzone badania naukowe dążą do osiągnięcia
maximum efektywności procesów wychwytu CO2
ze spalin metodą VPSA zarówno pod względem
technicznym, jak i ekonomicznym, co z punktu
widzenia przedsiębiorców jest niezwykle istotne
i w głównej mierze decyduje o powodzeniu innowacyjnej technologii.
71
Praca badawcza wyznaczy wytyczne do zastosowania metody VPSA do separacji CO2 ze spalin
w warunkach rzeczywistych przy uniknięciu
dodatkowych kosztów związanych z poprawą
wydajności układu czy eliminacją ewentualnych
błędów.
Model symulacyjny opracowany w programie
IPSEpro pozwala na optymalizację procesu, dzięki
czemu możliwe jest określenie najbardziej efektywnego rozwiązania technologicznego. Ze względu
na wysokie koszty wdrożenia nowej technologii
separacji CO2 wiodącą rolę będą odgrywały techniki symulacyjne, które pozwolą zredukować spadek
sprawności bloku energetycznego po dołączeniu
układu doczyszczania CO2 ze spalin. Zamodelowanie bloku wraz z jednostką do doczyszczania CO2
stanowi istotną część program restrukturyzacji
sektora energetycznego.
WOJCIECH BOGACZ
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Badanie inkrustacji w krystalizatorach przemysłowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Krystalizacja jest procesem powszechnie wykorzystywanym między innymi w przemyśle
chemicznym, farmaceutycznym, energetycznym
i spożywczym jako metoda rozdziału oraz oczyszczania produktów. Jednym z najistotniejszych
problemów występujących w trakcie pracy instalacji jest inkrustacja, czyli tworzenie warstwy
kryształów pokrywających powierzchnię ścian
krystalizatorów, rur i innych elementów aparatury.
Jest to zjawisko, które powoduje między innymi wzrost oporów cieplnych na powierzchniach
wymiany ciepła, zaburzenia w kontrolowaniu
i sterowaniu procesem krystalizacji, wzrost oporów
przepływu przez instalację, zużycie materiałowe
inkrustowanych powierzchni, a w efekcie końcowym uniemożliwienie dalszej pracy instalacji,
co prowadzi do konieczności przerwania procesu
i usunięcia narostów w sposób mechaniczny lub
chemiczny. Efekt ten jest tym silniejszy, im lepiej
powierzchnia jest zwilżalna przez roztwór, co z kolei
wiąże się z jej chropowatością. Prowadzone badania
mają na celu określenie zależności inkrustacji od
chropowatości różnych powierzchni metalowych
oraz próba modyfikacji tych powierzchni poprzez
naniesienie silnie związanej i szczelnej wartwy
hydrofobowej, uniemożliwiającej powstanie zarodków krystalizacji na elementach metalowych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Skuteczne ograniczenie inkrustacji w krystalizacji
pozwoli znacznie zmniejszyć opory hydrauliczne
oraz cieplne w krystalizatorach, co nie tylko ograniczy koszty eksploatacyjne instalacji, lecz także inwestycyjne przez zmniejszenie gabarytów instalacji
z zachowaniem pożądanej wydajności produkcji.
Brak narostów na aparaturze kontrolno-pomiarowej będzie miał wpływ na łatwiejsze sterowanie
procesem, a co za tym idzie – na jakość produktu.
Pewne rozwiązania polegające na hydrofobizacji
powierzchni będzie można również wprowadzić
do pracujących już instalacji w systemie ciągłym,
wykluczając konieczność częstego czyszczenia powierzchni z powstających kryształów, co wiąże się
z koniecznością przerwania ich pracy oraz zużyciem
materiałów konstrukcyjnych przez okresowe ścieranie i polerowanie inkrustowanych powierzchni.
72
KINGA BONDARCZUK
Uniwersytet Śląski
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Katedra Mikrobiologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Izolacja i charakterystyka plazmidów warunkujących
antybiotykooporność u bakterii z oczyszczalni ścieków
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki najnowszych badań wskazują na oczyszczalnie ścieków jako potencjalne źródło uwalniania
antybiotykoopornych, w tym wielolekoopornych
bakterii do wód powierzchniowych. Wykazano
również, że szczególną rolę w rozprzestrzenianiu
zjawiska antybiotykooporności wśród bakterii
odgrywają tzw. plazmidy opornościowe.
Celem badań jest charakterystyka zjawiska
oporności na antybiotyki β-laktamowe u bakterii w oczyszczalni ścieków oraz w środowisku
odbierającym oczyszczone ścieki. W ramach projektu planowana jest izolacja i charakterystyka
bakteryjnych plazmidów opornościowych, ze
szczególnym uwzględnieniem plazmidów niosących oporność na antybiotyki β-laktamowe, które
wraz ze ściekami doprowadzane są do oczyszczalni.
Badania będą także obejmować sprawdzenie, które
plazmidy utrzymują się w procesie oczyszczania,
a także czy są utrwalane w populacjach mikroorganizmów środowiskowych żyjących w wodach,
do których odprowadzane są oczyszczone ścieki.
Ponieważ analizowany będzie metagenomowy
DNA, dodatkowo zostanie utworzona kolekcja
szczepów opornych na antybiotyki, aby w przyszłości móc zidentyfikować gospodarzy badanych
plazmidów. Dzięki temu możliwa będzie analiza
porównawcza plazmidów opornościowych występujących we frakcji hodowlanej z całkowitym
plazmidowym DNA.
73
Uzyskane wyniki pozwolą na oszacowanie zjawiska antybiotykooporności w oczyszczalni ścieków
oraz w ekosystemie wodnym odbierającym oczyszczone ścieki. Będzie to pierwszy etap (stanowiący
swoisty monitoring), zmierzający do opracowania
na podstawie uzyskanych wyników innowacyjnych technologii w procesie oczyszczania ścieków. O istnieniu zainteresowania wynikami pracy
w województwie śląskim świadczy nawiązanie
współpracy z Chorzowsko-Świętochłowickim
Przedsiębiorstwem Wodociągów i Kanalizacji.
Współpraca ta jest ściśle związana z polityką środowiskową Przedsiębiorstwa.
Wdrożenie nowych technologii oczyszczania
ścieków, które będą miały na celu ograniczenie
uwalniania antybiotykoopornych bakterii, niewątpliwie przyczyni się do poprawy jakości wód
powierzchniowych, zachowania naturalnej bioróżnorodności ekosystemu wodnego, a także wpłynie
korzystnie na zdrowie publiczne. Ograniczenie
rozprzestrzeniania zjawiska antybiotykooporności
pozwoli bowiem na przedłużenie skuteczności
antybiotykoterapii. Rozbudowa i unowocześnianie
infrastruktury ochrony środowiska w województwie śląskim będą przyczyniały się do wzrostu
konkurencyjności i atrakcyjności regionu.
PIOTR CELARY
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Witryfikacja osadów ściekowych z przemysłu garbarskiego
z odpadami mineralnymi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Ze względu na wciąż zaostrzające się przepisy dotyczące składowania odpadów, w tym osadów ściekowych, jak i pogłębiający się deficyt powierzchni
do ich deponowania, termiczne metody zagospodarowania stają się coraz częstszym kierunkiem
ich ostatecznej utylizacji. Dotyczy to zwłaszcza
tych odpadów organicznych, których obciążenie
ładunkiem zanieczyszczeń, takich jak metale ciężkie, uniemożliwia lub w sposób znaczący ogranicza
możliwości ich biologicznego przetwarzania, np.
w procesie fermentacji czy kompostowania.
Takimi odpadami są między innymi osady ściekowe
z przemysłu garbarskiego, których charakterystycznym zanieczyszczeniem jest chrom pochodzący
głównie z procesu garbowania skór, do którego
większość garbarni na świecie wykorzystuje sole
tego metalu.
Z powodu ograniczonej wolatylizacji chromu
w porównaniu do innych metali ciężkich, nawet
w wysokich temperaturach, procesy termiczne
powinny być metodami preferowanymi przy
przetwarzaniu odpadów nimi zanieczyszczonych.
Realizowane badania były ukierunkowane na równoczesne zagospodarowanie garbarskich osadów
ściekowych z odpadami o charakterze mineralnym
w procesie termicznym, jakim jest witryfikacja,
umożliwiając ich ponowne wykorzystanie poprzez
uzyskanie materiału nie tylko bezpiecznego dla
środowiska gruntowo-wodnego, lecz także o cechach pozwalających na znalezienie dla niego
zastosowania w przemyśle materiałowym.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Upowszechnienie zaawansowanych technologii
termicznych w Polsce poprzez ewentualne wdrożenie wyników badań umożliwi zagospodarowanie w ramach jednego procesu technologicznego
trudnych do biologicznego przetworzenia osadów
ściekowych z przemysłu garbarskiego wraz z odpadami o charakterze mineralnym, jak popioły lotne
generowane przez sektor energetyczny, zwalniając
tym samym przestrzeń składowiskową dotychczas
przeznaczoną do ich deponowania przy jednoczesnym pozyskiwaniu materiału mogącego znaleźć
zastosowanie w szeroko rozumianym przemyśle
budowlanym.
74
KAROLINA CHWIAŁKOWSKA
Uniwersytet Śląski
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Analiza i charakterystyka epigenomu DNA jęczmienia (Hordeum vulgare L.)
związanego z genami odpowiedzi na stresy
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Rośliny rozwinęły wiele strategii pozwalających
na szybką adaptację do niekorzystnych warunków
środowiska. Jedną z nich jest zdolność do szybkiej
reakcji i modulacji transkryptomu w odpowiedzi
na czynniki środowiskowe, przy czym elementem
pośrednim między środowiskiem a transkryptomem może być wielopoziomowy aparat regulacji epigenetycznej, z metylacją DNA na czele.
Celem projektu doktorskiego jest analiza oraz
ocena zależności między profilem metylacji DNA
a ekspresją genów związanych z odpowiedzią na
stresy abiotyczne u jęczmienia, jako organizmu
modelowego o dużym znaczeniu gospodarczym,
oraz analiza stabilności i odziedziczalności zmian
indukowanych stresem na przykładzie stresu
niedoboru wody.
Szczegółowe analizy będą miały na celu:
1. ocenę wpływu stresu niedoboru wody na zmiany w metylomie jęczmienia;
2. stwierdzenie, czy nowe profile metylacji DNA,
powstałe pod wpływem stresu niedoboru wody,
prowadzą do zmian w aktywności transkrypcyjnej genów warunkujących odpowiedź na suszę;
3. określenie stabilności i odziedziczalności zmian
epigenetycznych wyindukowanych stresem
suszy.
W trakcie realizacji projektu opracowane zostaną
nowe rozwiązania metodyczne związane z zastosowaniem technologii wysoko przepustowego
sekwencjonowania DNA (NGS) do globalnych
analiz metylacji DNA w dużych, złożonych genomach roślin zbożowych.
75
Planowane badania przyczynią się do poszerzenia wiedzy o epigenetycznych, indukowanych
środowiskowo mechanizmach związanych z odpowiedzią i tolerancją roślin na stres abiotyczny.
W pracy zostaną stworzone i zaimplementowane
innowacyjne rozwiązania, oparte na technologii
wysoko przepustowego sekwencjonowania DNA
(NGS), umożliwiające globalną analizę indukowanych stresem środowiskowym zmian w metylacji DNA. W rezultacie badania umożliwią ocenę
możliwości wykorzystania indukowanych zmian
w epigenomach roślin uprawnych do stworzenia odmian charakteryzujących się zwiększoną
tolerancją na stresy abiotyczne, w tym na stres
niedoboru wody. Opracowanie nowatorskich
metod analiz globalnych zmian epigenetycznych,
znaleźć może wykorzystanie w innych tego typu
badaniach, w których oceniany jest wpływ warunków środowiskowych występujących na terenie województwa na organizmy żywe, w tym
człowieka. Uniwersalność opracowanej metodyki
sprawia, że może ona być zaimplementowana do
dowolnego modelu.
DOMINIKA DĄBROWSKA
Uniwersytet Śląski, Wydział Nauk o Ziemi
Katedra Hydrogeologii i Geologii Inżynierskiej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wiarygodność i reprezentatywność wyników badań jakości wód
podziemnych realizowanych w ramach monitoringu składowisk na
przykładzie składowiska odpadów komunalnych w Tychach-Urbanowicach
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Wiarygodność i reprezentatywność wyników
badań monitoringowych wód podziemnych w rejonie składowisk zależy zarówno od czynników
geologicznych i hydrogeologicznych (niejednorodność i anizotropia poziomów wodonośnych,
właściwości sorpcyjne, system przepływu), jak
i czynników technicznych (konstrukcja i ilość piezometrów, ich lokalizacja w stosunku do składowiska
i chmury zanieczyszczeń, metodyka opróbowania).
Z obserwacji wykonanych w rejonie składowiska
w Tychach-Urbanowicach wynika, że jedną z przyczyn powstawania mało reprezentatywnych sieci
obserwacyjnych jest słabe rozpoznanie układu hydrodynamicznego oraz brak precyzyjnych danych
o gradientach pionowych. Projekt przewiduje badanie zmian położenia zwierciadła wody, badania
współczynników filtracji warstw wodonośnych,
wykonanie trójwymiarowego modelu konceptualnego piętra wodonośnego czwartorzędu oraz
modelu hydrodynamicznego i migracyjnego.
W trakcie realizacji projektu wykorzystywanych
będzie wiele metod badawczych, m.in. matematycznych, statystycznych, informatycznych i hydrogeologicznych. Przewiduje się ocenę stosowanych
w Polsce tradycyjnych metod opróbowań wód
podziemnych z punktu widzenia reprezentatywności otrzymanych wyników w warunkach niejednorodnego pola hydrogeochemicznego i zmiennym
układzie hydrodynamicznym. Zostanie też podjęta
próba wprowadzenia zmian w algorytmach obliczeniowych określających reprezentatywność sieci.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Na obszarze województwa śląskiego znajduje się
29 składowisk odpadów innych niż niebezpieczne
i obojętne, wokół których rozmieszczona jest sieć
monitoringowa. Opracowane dotychczas wzory
i metody oceny reprezentatywności sieci dotyczą
tylko dużych obszarów, jak np. Jednolite Części
Wód Podziemnych, przez co trudno stosować je
dla małych obiektów.
Uzyskane wyniki badań polowych, laboratoryjnych i modelowych mogą być wykorzystane przy
optymalizacji i realizacji badań monitoringowych
w rejonach innych składowisk, zlokalizowanych
na terenie województwa śląskiego. Wyniki badań mogą być pomocne przy wyborze metody
rekultywacji terenu składowisk oraz zapewnieniu
lepszego systemu zabezpieczeń od podłoża, a także
przy obniżaniu kosztów utrzymania monitoringu.
76
PIOTR GUTWIŃSKI
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska
Katedra Biotechnologii Środowiskowej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Określenie wpływu metali ciężkich na proces Anammox
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W intensywnie rozwijającej się populacji ludzkiej,
przy równoczesnym wzroście rygorystycznych
wymogów prawnych dotyczących oczyszczania
ścieków i jakości wód, coraz częstszym problemem
staje się efektywne i ekonomiczne oczyszczanie
ścieków, przy jednoczesnej dbałości o środowisko.
Obecnie najczęściej stosowaną metodą usuwania
azotu z układów biologicznych jest proces denitryfikacji, który jednak generuje zarówno wysokie koszty inwestycyjne (konieczna separacja reaktorów
nitryfikacji i denitryfikacji, duże zapotrzebowanie
na powierzchnię użytkową), eksploatacyjne (jako
proces heterotroficzny wymaga dodatkowego
źródła węgla, konieczność zagospodarowania
dużych ilości biomasy nadmiernego osadu), jak
i znacząco wpływa na środowisko naturalne, np.
poprzez znaczną emisję CO2 i NOx. Dlatego w ostatnich latach coraz większą uwagę zwraca się ku
technologiom wykorzystującym alternatywne
szlaki biologiczne, np. Anammox, które niosą ze
sobą znaczne korzyści, jak np. mniejsza emisja
gazów cieplarnianych, niższa produkcja osadu
nadmiernego oraz znacznie niższe zapotrzebowanie energetyczne. Proces ten nie jest jednak
do końca poznany pod względem biochemicznym
i jak każdy inny proces biologiczny może podlegać
inhibicji wieloma substancjami obecnymi w ściekach. W niniejszym projekcie skupiono się na
metalach ciężkich z racji ich niekwestionowanej
toksyczności dla wszystkich organizmów żywych,
wszystkich środowisk.
77
Jednym z głównych wyzwań dla województwa
śląskiego jest zapewnienie bezpiecznego gospodarowania zasobami wodnymi, zarówno powierzchniowymi, jak i podziemnymi. Głównym zadaniem
stojącym przed samorządami jest zapewnienie
odpowiedniej ilości i jakości wody dla potrzeb
mieszkańców i gospodarki. Przewiduje się, że uzyskane rezultaty pozwolą w znacznym stopniu na
oszacowanie wpływu substancji toksycznych,
do jakich niewątpliwie można zaliczyć metale
ciężkie, na proces Anammox. Pozwoli to na dokładniejsze zrozumienie mechanizmów biochemicznych rządzących tym procesem, a w efekcie
na efektywniejsze wykorzystanie tej technologii
w oczyszczalniach ścieków. Warto dodać, że niektóre oczyszczalnie na terenie województwa są
już zainteresowane takimi rozwiązaniami, np.
Centralna Oczyszczalnia Ścieków w Gliwicach
czy Centralna Oczyszczalnia Ścieków w Zabrzu.
ARTUR JAROŃ
Politechnika Śląska
Wydział Budownictwa, Katedra Geotechniki i Dróg
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Redukcja amplitudy drgań podłoża gruntowego przy pogrążaniu grodzic
za pomocą ciśnieniowego podpłukiwania wodą
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zabezpieczenia głębokich wykopów grodzicami
stalowymi wykonywane są od wielu lat. Szczególny wzrost zainteresowania tą technologią
nastąpił w latach 70. ubiegłego wieku, w czasie
gdy powstały wydajne wibromłoty do wbijania
grodzic. Na dzień dzisiejszy, głównie ze względu
na swoją wydajność, wibromłoty są najczęściej
stosowane spośród różnych metod pogrążania
grodzic. Zabezpieczenia wykopów w postaci grodzic
stalowych przeważnie są tymczasowe. Materiał
w postaci grodzic używany jest wielokrotnie, aż do
momentu złomowania i powrotu do huty stali. Ze
względu na tymczasowe zastosowanie technologia
ta jest konkurencyjna ekonomicznie w stosunku
do innych zabezpieczeń. Natomiast negatywnym
aspektem użycia wibromłotów jest emisja drgań za
pośrednictwem podłoża gruntowego oraz hałasu,
które to mogą wpływać negatywnie na osoby znajdujące się w strefie oddziaływań, a same drgania
mogą mieć negatywny wpływ również na sąsiednie
obiekty budowlane, w tym w szczególności obiekty
mieszkalne. W terenach zurbanizowanych, tak jak
województwo śląskie, stanowi to poważny problem
ze względu na gęstość zabudowy. Zdarza się, że
pomimo ekonomicznych korzyści zastosowania
grodzic stalowych, inwestorzy zmuszeni są do
wyboru innej, droższej technologii ze względu na
ww. negatywne aspekty wwibrowywania grodzic.
Możliwość wyeliminowania lub ograniczenia
propagacji przede wszystkim drgań w podłożu
gruntowym mogłaby się przyczynić do dalszego
rozwoju i popularyzacji stosowania grodzic stalowych. Projekt badawczy obejmuje wykonanie
pomiarów z użyciem specjalistycznego sprzętu
w warunkach placu budowy oraz na poligonach
doświadczalnych. Badania polegają na wykonaniu
pomiarów wartości amplitudy drgań w podłożu
gruntowym bez zabiegu wpłukiwania grodzic
oraz z wpłukiwaniem grodzic w różnych warunkach gruntowych. W celu osiągnięcia najlepszych
rezultatów, tj. maksymalnej redukcji amplitudy
drgań, pomiary przeprowadza się dla różnych
wariantów pogrążania np. grodzic używanych
lub fabrycznie nowych, wbijanych w parach lub
pojedynczo, z różnymi głowicami podającymi wodę
pod ciśnieniem do podstawy grodzicy.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki zostaną wykorzystane przez firmę Zakład
Robót Inżynieryjnych Henryk Chrobok i Hubert
Chrobok sp. j. i przyczynią się do szerszego zastosowania technologii, poprzez zmniejszenie
jej negatywnych aspektów przy jednoczesnym
zwiększeniu wydajności robót.
78
ANNA JAROSŁAWIECKA
Uniwersytet Śląski
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Charakterystyka zespołów bakterii w glebach
poddanych długoletniej presji metali ciężkich
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Mikroorganizmy są uważane za najlepsze bioindykatory zmian w glebie. Krótko- i długotrwała
ekspozycja na metale ciężkie powoduje zmiany
w ich bioróżnorodności, biomasie i aktywności
enzymatycznej oraz prowadzi do zwiększenia
liczby metaloopornych mikroorganizmów. Mimo
wysokiej toksyczności metali ciężkich wiele mikroorganizmów zdolnych jest do zasiedlania skażonych metalami środowisk, w tym terenów Górnego
Śląska. Wykształciły one bowiem mechanizmy zapewniające im oporność na metale ciężkie i pozwalające na neutralizowanie toksycznego działania
tych pierwiastków. Większość tych mechanizmów
jest kodowana przez geny zlokalizowane na plazmidach, dodatkowym DNA bakterii. Celem pracy
jest zbadanie zespołów bakterii na terenach silnie
skażonych metalami ciężkimi przy wykorzystaniu
różnych technik, od tradycyjnych opartych na
metodach płytkowych do najnowocześniejszych
molekularnych, pozwalających na ominięcie ograniczeń związanych z hodowlą mikroorganizmów.
Do realizacji założonego celu wykorzystane zostaną
metody, które umożliwią ocenę aktywności (SIR,
FDA) oraz ustalenie genetycznej (PCR-DGGE),
strukturalnej (PLFA) i funkcjonalnej bioróżnorodności zespołów mikroorganizmów badanej
gleby (BIOLOG).
79
Bezpośrednim efektem planowanych badań będzie
uzyskanie informacji o aktywności i bioróżnorodności zespołów mikroorganizmów w glebach
skażonych metalami ciężkimi oraz kolekcja metaloopornych szczepów bakterii. Prowadzone badania
pozwolą także na ustalenie roli plazmidów i mechanizmów oporności na metale ciężkie. Poza poznaniem wpływu zanieczyszczeń metalami ciężkimi
na zespoły mikroorganizmów na tych terenach,
rezultaty tej pracy są również pierwszym etapem
w ich praktycznym wykorzystaniu. Spośród wielu
stosowanych technologii w ochronie środowiska
obecnie największą uwagę zwraca się na metody
biologiczne, tj. bioaugmentację, fitoremediację,
których efektywność można zwiększyć przez
wykorzystywanie odpowiednich metaloopornych
mikroorganizmów. Techniki użyte w pracy doktorskiej mogą mieć zastosowanie w długotrwałym
monitorowaniu stanu gleb i zmianach w nich zachodzących podczas rekultywacji. Przeprowadzenie tego typu badań ma duże znaczenie dla rozwoju
gospodarczego Śląska, gdyż ich wyniki posłużą do
rewitalizacji terenów zdegradowanych, redukcji
i zapobiegania dalszemu rozprzestrzenianiu się
zanieczyszczeń i stworzeniu atrakcyjnych terenów
do inwestycji.
GABRIELA KAMIŃSKA
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Doczyszczanie ścieków komunalnych po oczyszczaniu biologicznym
z zastosowaniem procesu sorpcji i ciśnieniowych technik membranowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Pomimo bardzo wysokiego stopnia obniżenia
wskaźników zanieczyszczeń w procesie mechaniczno-biologicznego oczyszczania ścieków, odpływy
z oczyszczalni zawierają toksyczne mikrozanieczyszczenia, których rodzaj i stężenie nie są dotychczas w żaden sposób kontrolowane. Substancje
te, a także produkty ich niepełnego utleniania, już
w niskich stężeniach odprowadzane w ściekach
oczyszczonych do zbiorników naturalnych zdecydowanie pogarszają jakość wody i stanowią
poważne zagrożenie dla ekosystemów wodnych.
Celem przedmiotowych badań jest opracowanie
kompleksowej metody, która umożliwi usuwanie
z biologicznie oczyszczonych ścieków komunalnych
bisfenolu A i nonylofenolu. Planuje się przeprowadzenie badań porównawczych, pozwalających na
określenie efektywności usuwania tych związków
w procesie nanofiltracji, w układzie zintegrowanym
kojarzącym sorpcję na nanomateriałach i węglach
aktywnych z procesem nanofiltracji oraz niskociśnieniową filtracją z użyciem membran polimerowych modyfikowanych nanomateriałami.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Efektem aplikacyjnym przeprowadzonych badań
będzie opracowanie nowych wytycznych do projektowania oczyszczalni ścieków przemysłowych,
które uwzględnią nie tylko ograniczenia eksploatacyjne modułów membranowych, ale również
umożliwią oczyszczanie ścieków komunalnych
i wód poprocesowych w celu ponownego ich wykorzystania. Zastosowanie proponowanej technologii
doczyszczania ścieków może mieć kluczowe znaczenie dla wzrostu innowacyjności i konkurencyjności
śląskiej gospodarki poprzez uzyskanie wysokiej
czystości wód poprocesowych, które będą mogły
być rozpatrywane jako woda technologiczna, a nie
jako ścieki. Odzysk wody technologicznej pozwoli
znacznie obniżyć koszty procesów przemysłowych
szczególnie w gałęziach przemysłu, w których
jest ona kluczowym elementem, tj. w przemyśle
energetycznym, papierniczym, koksowniczym,
farbiarskim, spożywczym.
Podsumowując: wyniki mogą znaleźć zastosowanie
w technologiach związanych z: odzyskiem wody
technologicznej, uzdatnianiem wody, oczyszczaniem ścieków komunalnych i przemysłowych
ze szczególnym uwzględnieniem usuwania mikrozanieczyszczeń, ochroną czystości wód powierzchniowych, produkcją wysoce efektywnych
membran modyfikowanych nanomateriałami.
80
EWELINA KILIAN
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Analiza oddziaływania eksploatacji górniczej na wodę
traconą bezpowrotnie z sieci wodociągowej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Średnia wartość strat wody w systemach wodociągowych województwa śląskiego wynosi ok. 20%
wody wtłaczanej do sieci. Dla jednego przykładowego 180-tysięcznego miasta Górnego Śląska
roczna ilość bezpowrotnie traconej wody wynosi
1 300 000 m3 (dla średniego zużycia 100 dm3/d na
mieszkańca; odpowiada to utracie rocznego zużycia
dla ponad 36 500 mieszkańców). Fundamentalną
częścią strategii ograniczania strat wody jest identyfikacja wszystkich czynników mających udział
w uszkadzalności infrastruktury komunalnej.
Oddziaływanie procesu deformacji górotworu na
obiekty liniowe jest jednak za słabo rozpoznane.
Ponadto kwestia oddziaływania wstrząsów górniczych bardzo często jest pomijana w analizach.
Zakres prowadzonych badań i tematyka pracy
doktorskiej związane są z identyfikacją przyczyn
bezpowrotnej utraty wody z sieci wodociągowej,
powodowanych oddziaływaniem wstrząsów pochodzenia górniczego. Planuje się m.in.:
––ilościowy opis parametrów eksploatacyjnych
badanych sieci wodociągowych,
––analizę parametrów wstrząsów górniczych
w epicentrum i miejscach występowania awarii wodociągowych oraz klasyfikację wstrząsów
górniczych zgodnie ze skalą GSI,
––statystyczne wyznaczenie wpływu wstrząsów
górniczych na wielkość bezpowrotnie traconej
wody z sieci wodociągowej oraz na awaryjność
rurociągów,
––opracowanie metody szacowania udziału uszkodzeń powodowanych oddziaływaniem eksploatacji górniczej w ogólnej uszkadzalności sieci
wodociągowych,
81
––ocenę konieczności i możliwości przystosowania
przyjętej skali GSI dla obiektów liniowych podziemnej infrastruktury technicznej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Rezultaty badań staną się skuteczną odpowiedzią
na potrzeby województwa śląskiego w zakresie
ograniczania wody traconej bezpowrotnie z sieci wodociągowej oraz niekorzystnego wpływu
eksploatacji górniczej na podziemną, liniową infrastrukturę techniczną.
Otrzymane wyniki stanowić będą podstawowe
źródło informacji, umożliwiających podejmowanie
optymalnych decyzji w procesie projektowania,
eksploatacji i modernizacji sieci wodociągowych.
Przeprowadzane badania stanowić mogą podstawę
do prognozowania uszkodzeń sieci wodociągowej,
na podstawie prognozowanych wpływów oraz
wstrząsów planowanej eksploatacji górniczej. Tego
rodzaju informacje pozwolą na podejmowanie
wspólnych (przez przedsiębiorstwa wodociągowe
i zakłady górnicze), ukierunkowanych działań
profilaktycznych, mających na celu eliminację lub
minimalizację negatywnych skutków eksploatacji.
Realna wydaje się możliwość zaimplementowania
przeprowadzanych badań na cele analiz innych
obiektów liniowych (sieci gazowe, ciepłownicze,
kanalizacja) położonych na terenach górniczych
i terenach czynnych sejsmicznie w kraju i za granicą.
PIOTR KLIKOWICZ
Politechnika Śląska
Wydział Budownictwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Pośrednie określanie specyficznych zjawisk
w obiektach mostowych o dużym zakrzywieniu w planie
SKÓCONY OPIS BADANIA
Praca ma na celu wyjaśnienie problemów zachodzących w trakcie budowy i projektowania
obiektów mostowych o dużej krzywiźnie w planie.
Przeprowadzona zostanie analiza istniejących
i budowanych obiektów mostowych i określenie
zjawisk, takich jak:
––wpływ temperatury w płaszczyźnie poziomej
ustroju nośnego,
––oddziaływanie kabla sprężającego w obiektach
o małym promieniu poziomym,
––krzywizna obiektu a straty siły sprężającej,
––wpływ skręcania,
––wymuszenie odkształceń ustroju nośnego spowodowane różnymi sposobami łożyskowania.
Część doświadczalna pracy obejmuje badania nad
nowatorską metodą określania reakcji podporowych przez pomiar odkształceń betonowych
elementów podpór. Próby przeprowadzone w laboratorium zostaną zweryfikowane na rzeczywistym
obiekcie budowlanym, na którym zainstalowana
zostanie aparatura pomiarowa.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
powyższych zdarzeń, zapobiegając w ten sposób
możliwości ich powtórzenia na projektowanych
obiektach. Ponadto lepsza znajomość problemu pozwoli projektantom sięgać po rozwiązania bardziej
ekonomiczne pod względem zużycia materiałów,
a co za tym idzie, ekologiczne.
Częścią pracy jest badanie innowacyjnej metody
pomiaru rzeczywistych reakcji podporowych. Pomiar reakcji podporowej może być częścią systemu
monitoringu obiektu (SHM) lub autonomicznym
systemem ostrzegawczym. Jest szczególnie potrzebny na obiektach budowanych na terenie
objętym oddziaływaniem eksploatacji górniczej.
Poza podniesieniem bezpieczeństwa obiektu i jego
użytkowników może istotnie wpłynąć na gospodarkę i ekologię regionu. Przy większej wiedzy
o obiekcie polityka utrzymaniowa i remontowa
obiektów mostowych jest usprawniona, więc mniej
kosztowna i obciążająca środowisko. Nieodpowiednio zaplanowane remonty mostów i wiaduktów mają wpływ na komunikację w regionie,
mogą powodować korki, co znacząco oddziałuje
na środowisko. Odpowiednio wczesna informacja
o potrzebie remontu pozwala administratorowi
lepiej go zaplanować w skali roku i uniknąć wielu
problemów.
Wiedza na temat obiektów o dużym zakrzywieniu
w planie jest niewystarczająca, o czym świadczą
problemy przy ich wznoszeniu i eksploatacji. Często
występującą sytuacją jest niekontrolowane przesunięcie się ustroju na podporze, jego podniesienie,
a w skrajnych przypadkach zarysowanie przęsła
lub podpór. Praca pozwoli wyjaśnić okoliczności
82
MARTA KOWALIK-WOLSKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Eksperymentalna i numeryczna analiza procesu spalania
wybranych paliw w powietrzu wzbogaconym tlenem
SKRÓCONY OPIS BADANIA
Projekt realizowany w ramach pracy doktorskiej
ma na celu eksperymentalną i numeryczną analizę procesu spalania paliw w powietrzu wzbogaconym tlenem pod kątem ograniczania emisji
zanieczyszczeń. Część eksperymentalna projektu
będzie obejmowała spalanie węgla kamiennego oraz współspalanie węgla z biomasą w kotle
z cyrkulacyjną warstwą fluidalną zarówno w powietrzu, jak i w atmosferze wzbogaconej tlenem.
Za pomocą nowoczesnych analizatorów spalin
zostaną przeprowadzone pomiary emisji szczególnie uciążliwych dla środowiska związków. Przy
użyciu tych urządzeń możliwe będzie kontrolowanie poszczególnych parametrów procesu, co
niewątpliwie ułatwi ich optymalizację. Badania
z zakresu numerycznego modelowania pozwolą na
przewidywanie składu chemicznego produktów
spalania, umożliwią głębsze poznanie samego zjawiska, a przede wszystkim pomogą w planowaniu
doświadczenia. Dzięki zastosowaniu tych badań
eksperyment będzie można wielokrotnie powtarzać, zmieniając za każdym razem parametry oraz
obserwować i analizować wpływ tych zmian na
przebieg procesu.
Otrzymane wyniki wstępne badań wskazują na
możliwość zwiększenia koncentracji CO2 w spalinach poprzez zwiększenie udziału tlenu w atmosferze gazowej. Dodatkowo, zastosowana w procesie
recyrkulacja spalin pozwala na obniżenie emisji
tlenków azotu i tlenków siarki. Uzyskanie wysokiej
koncentracji CO2 w spalinach w wyniku zastosowania powietrza wzbogaconego w tlen jest bardzo
83
istotne z uwagi na możliwość ograniczenia emisji
tego zanieczyszczenia poprzez jego wychwytywanie i podziemne składowanie (technologia CCS).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Przewiduje się, że opracowanie optymalnych wytycznych projektowych dla układów spalania paliw
w powietrzu wzbogaconym tlenem będzie mogło
stanowić podstawę do budowy w województwie
śląskim instalacji na skalę przemysłową. Tego typu
instalacja z całą pewnością przyniosłaby wymierny
efekt ekologiczny, a prowadzone w ramach pracy
badania pozwolą na usprawnienie procesu badawczego tej technologii oraz ograniczenie kosztów
z tym związanych.
Przeprowadzone badania naukowe pozwolą na
wypełnianie zobowiązań dotyczących emisji CO2
stawianych przez Unię Europejską.
KATARZYNA KOWALSKA
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Katedra Biotechnologii Środowiskowej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Przemiany benzotiazolu i benzotriazolu
w bioreaktorach membranowych (MBR)
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Rozwój różnorodnych gałęzi przemysłu powoduje
stosowanie dużej ilości związków chemicznych na
etapie produkcji, które następnie przedostają się
do środowiska w postaci mikrozanieczyszczeń.
Coraz większy problem stanowią związki, które
nie są wymienione w przepisach dotyczących
jakości ścieków, co przekłada się na ograniczone
możliwości monitoringu stężenia tych substancji
bądź też jego brak. Do takich związków należą m.in.
heterocykliczne związki aromatyczne: benzotiazol
i benzotriazol, których źródłem emisji do środowiska są m.in. przemysł spożywczy, chemiczny,
gumowy, metalurgiczny i elektroniczny. W ramach
pracy doktorskiej bada się problematykę przemian
tych związków w bioreaktorach membranowych.
Proces oczyszczania ścieków metodą osadu czynnego jest monitorowany za pomocą analizy takich
parametrów, jak: N-NH4+, N-NO2–, N-NO3–, ChZT,
BZT5. Ponadto stopień usunięcia benzotiazolu
i benzotriazolu określany jest poprzez zastosowanie
wysokosprawnej chromatografii cieczowej. Ostatnia z wymienionych metod analitycznych zostanie
również wykorzystana do oznaczenia stężenia
tych związków w ściekach rzeczywistych pobranych z wybranych oczyszczalni w celu określenia
problemu środowiskowego. Kolejnym etapem
badań będzie identyfikacja mikroorganizmów
osadu czynnego zdolnych do biotransformacji
benzotiazolu i benzotriazolu z użyciem technik
biologii molekularnej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Województwo śląskie jest terenem zurbanizowanym i nadal jednym z ważniejszych ośrodków
przemysłowych, co powoduje że wiele szkodliwych
substancji o charakterze antropogenicznym (m.in.
benzotiazol i benzotriazol) przedostaje się do środowiska. Wzrost percepcji zagrożeń środowiskowych i wielkie zainteresowanie opinii społecznej
możliwością poprawy środowiska naturalnego
wymusza na ośrodkach badawczych działania
zmierzające do poszukiwania skutecznych metod usuwania zanieczyszczeń. Szczególną wagę
przykłada się do rozwiązań, które są przyjazne
dla środowiska. Wyniki proponowanego projektu
badawczego pozwolą na opracowanie i ocenę metody biologicznego oczyszczania ścieków zawierających benzotiazole i benzotriazole z możliwością
praktycznego wdrożenia opracowanej metody
w oczyszczalniach ścieków komunalnych, a także
w przyzakładowych oczyszczalniach (tam, gdzie
wymienione związki chemiczne są wykorzystywane na etapie produkcji).
84
MICHAŁ KOWALSKI
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Katedra Ochrony Powietrza
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wpływ przeżywalności mikroorganizmów bakteryjnych i grzybowych
na strukturę bioaerozolu na obszarach zurbanizowanych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W przygotowywanej pracy doktorskiej poruszana
jest problematyka bioaerozolowych zanieczyszczeń
powietrza. Mogą one stanowić poważne zagrożenie
dla zdrowia populacji, szczególnie w odniesieniu
do osób zawodowo narażonych na bioaerozole (np.
pracowników oczyszczalni ścieków czy składowisk
odpadów, rolników i hodowców, osób zatrudnionych w przetwórstwie żywności), ale także osób
zamieszkałych w sąsiedztwie zakładów, z których
emitowane są te zanieczyszczenia.
Celem planowanej pracy doktorskiej jest poznanie
charakterystyki rozkładów stężeń bioaerozoli
bakteryjnych i grzybowych w wybranych lokalizacjach na terenie województwa śląskiego oraz
ocena ich zmienności w zależności od panujących
warunków meteorologicznych.
Ponadto w Katedrze Ochrony Powietrza Politechniki Śląskiej zaprojektowano i wykonano prototyp
nowego rodzaju aspiratora, umożliwiającego stały
pomiar stężenia bioaerozoli w powietrzu atmosferycznym. Na jego innowacyjność składa się m.in.
obecność automatycznego podajnika płytek (tzw.
autosamplera), dzięki czemu możliwy jest ciągły
monitoring stężeń aerozoli. Konieczna jest jednakże
kalibracja aparatu (dostosowanie przepływu powietrza, częstotliwości wymiany płytek), a także
dalsze usprawnienia aspiratora. Zadania te będą
również wykonywane w ramach prowadzenia
badań do pracy doktorskiej.
85
Z uwagi na postępujący rozwój infrastruktury
obejmującej takie działy, jak gospodarka odpadami
czy oczyszczanie ścieków w dużych aglomeracjach
miejskich, wydaje się, że opracowanie i wdrożenie
monitoringu bioaerozoli jest zadaniem pilnym.
Tym bardziej, iż dotychczas takie działania nie
są prowadzone w naszym regionie ani w kraju.
Opracowana metoda może być pionierskim rozwiązaniem w Polsce, uzupełniającym występującą
lukę i zezwalającym na podnoszenie świadomości
w zakresie istniejącego zagrożenia.
Dodatkowo uzyskane wyniki badań własnych,
skorelowane z dokładnymi pomiarami parametrów
meteorologicznych, mogą być wykorzystane do
oceny zależności pomiędzy stanem aerosanitarnym
powietrza. Intencją jest opracowanie w przyszłości
modelu matematycznego, który będzie umożliwiał
przewidywanie stężeń bioaerozoli bakteryjnych
i grzybowych w województwie śląskim.
BARBARA KRAKOWSKA
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wykorzystanie narzędzi chemometrycznych w celu
usprawnienia kontroli jakości próbek środowiskowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Analiza próbek pochodzenia środowiskowego
pod względem zawartości substancji szkodliwych
wymaga zastosowania złożonych metod analitycznych w celu uzyskania jak najniższych granic
wykrywalności. Spowodowane jest to normami
określającymi dopuszczalną zawartość substancji
szkodliwych w środowisku. Badania prowadzone
w ramach projektu dotyczą wykorzystania metod
chemometrycznych jako narzędzi wspierających
identyfikację związków niebezpiecznych dla środowiska na podstawie sygnałów chromatograficznych i ułatwiających podejmowanie decyzji
przez personel laboratoryjny. Odpowiednie narzędzia chemometryczne będą wykorzystywane
do konstrukcji dyskryminacyjnych modeli wieloparametrowych na podstawie danych chromatograficznych. Modele te będą służyły do oceny
zawartości substancji w próbce bez konieczności
przeprowadzania analizy jakościowej. Tego typu
innowacyjne rozwiązania zastosowane do analizy
sygnałów chromatograficznych mogą stanowić
usprawnienie czasochłonnej i skomplikowanej
analizy chromatograficznej. Tym samym mogą pozytywnie wpłynąć na kontrolę jakości środowiska,
gdyż jednym z kluczowych aspektów branych pod
uwagę w pracy laboratoriów jest czas wykonywania badań i otrzymania wyników.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zastosowanie opracowywanych szybkich metod analizy niewymagających czasochłonnego
przygotowania próbki w połączeniu z technikami
chemometrycznymi stanowi innowacyjne narzędzie analityczne usprawniające pracę laboratoriów
badawczych. Szybsze wykrywanie substancji
niebezpiecznych w próbkach środowiskowych
umożliwi efektywniejsze przeciwdziałanie skutkom ich obecności, a tym samym przyczyni się do
poprawy jakości życia i stanu zdrowia mieszkańców Śląska. Przewidywane wyniki badań mają
duży potencjał rynkowy, ze względu na istniejącą
konieczność stałego monitorowania środowiska
województwa śląskiego, a w szczególności kontrolowania zawartości substancji stanowiących
potencjalne zagrożenie dla zdrowia i życia ludzi
zamieszkujących ten teren. Wdrożenie proponowanych rozwiązań pozwoliłoby na sprawniejszą
ocenę istniejących zagrożeń środowiskowych.
86
ALEKSANDRA KRZYWICKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii, Instytut Inżynierii Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wybrane procesy zaawansowanego utleniania jako metoda
intensyfikacji biologicznego oczyszczania ścieków koksowniczych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem badań opisanych w projekcie jest ocena
wypływu wybranych procesów zaawansowanego
utleniania (AOPs – Advanced Oxidation Processes) na intensyfikację biologicznego oczyszczania
ścieków przemysłowych na przykładzie ścieków
koksowniczych. Realizacja zadań badawczych
projektu obejmuje następujące zaawansowane procesy utleniania: reakcję Fentona, reakcję Fentona
wspomaganą obecnością źródła promieniowania
UV, reakcję fotolizy przy udziale promieniowania
UV oraz proces angażujący działanie fali ultradźwiękowej. Każda z wymienionych metod AOP
będzie zastosowana w kilku seriach. Kontrola
każdej serii badań obejmuje dokonanie wybranych
analiz fizykochemicznych w uzyskanych próbkach.
Analiza pod względem ich toksyczności ma na
celu wstępne oszacowanie możliwego wpływu
na przebieg procesu biologicznego. Na podstawie
uzyskanych wyników badań będzie można określić, który z procesów i przy jakich warunkach jego
prowadzenia przyczynia się znacząco do poprawy
efektywności biologicznego oczyszczania ścieków.
87
Województwo śląskie jest głównym obszarem
kraju, na którym istnieje prawdopodobieństwo
wystąpienia ryzyka niekorzystnego wpływu na
środowisko naturalne procesów wydobycia i przeróbki węgla. Z tego względu na jego terenie występuje ogromna potrzeba opracowywania nowych,
skutecznych metod pozwalających minimalizować
szkodliwe emisje bądź ograniczać ich negatywne
skutki. W niniejszych badaniach skupiono się na
wybranym aspekcie ochrony środowiska związanym z branżą koksowniczą – oczyszczaniu ścieków.
Ze względu na fakt, iż ścieki powstające podczas
procesu koksowania wykazują niską podatność
na degradację biologiczną, stwarzają konieczność
opracowania nowej metody oczyszczania bądź
zmodyfikowania istniejących. Przeprowadzenie
zaplanowanych badań pozwoli uzyskać wiedzę
na temat możliwości stosowania zaawansowanego utleniania jako sposobu zwiększenia podatności ścieków koksowniczych na biodegradację.
Uzyskane rezultaty będą stanowić podstawę do
opracowania modelu bądź modyfikacji istniejącej
technologii w celu zaspokojenia potrzeb w tym
przedmiocie. Ponadto przeprowadzone badania nad
toksycznością ścieków mogą stanowić podstawę
do działań nad opracowaniem standardów jakości
toksykologicznej ścieków przemysłowych.
MACIEJ KURZYDŁO
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Instytut Zaawansowanych Technologii Energetycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Modelowanie transformacji odpadów przemysłowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Według danych Urzędu Statystycznego w Katowicach, w województwie śląskim rocznie wytwarzanych jest około 4,8 mln Mg odpadów energetycznych i 108 tys. Mg osadów ściekowych. Jest
to ściśle związane z charakterem naszego regionu
odznaczającym się:
• silnym zurbanizowaniem,
• dużą ilością kopalń,
• stopniem rozwoju przemysłu ciężkiego oraz
• nieustannym napływem inwestorów z różnych
branży przemysłu.
Popioły lotne i zawarte w nich części palne oraz
osady ściekowe stanowią poważny problem i wyzwanie w polityce ekologicznej województwa
śląskiego. Proponowany w projekcie sposób połączenia i wykorzystania energetycznego potencjału
odpadowego popiołów lotnych i osadów ściekowych może być alternatywą dla znanych do tej
pory metod utylizacji czy składowania.
Podstawowym celem pracy badawczej jest wytworzenie paliwa alternatywnego poprzez pozyskanie z popiołów lotnych koksiku i połączenie go
z przygotowanymi osadami ściekowymi. Następnie
przewiduje się oszacowanie kosztów ekologicznych zastosowanych rozwiązań technologicznych
za pomocą programu SimaPro. Aby potwierdzić
założone cele przewiduje się wykonanie wielu
czynności, podzielonych następująco:
Etap 1: Separacja części palnych z popiołów lotnych
oraz przygotowanie mieszanek paliwa na podstawie części palnych i osadów ściekowych.
Etap 2: Analiza techniczna i elementarna paliwa
alternatywnego.
Etap 3: Wykonanie prób półtechnicznego spalania
uzyskanego paliwa.
Etap 4: Ekologiczna ocena cyklu życia (LCA) procesu
spalania paliw.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wykonane badania oraz zastosowanie Oceny
cyklu życia (LCA) wykażą, iż istnieje znaczny potencjał energetyczny i ekologiczny w zastosowanych rodzajach odpadów, który bezsprzecznie
powinien być zagospodarowany energetycznie.
Stąd potencjalnymi odbiorcami wyników badań
będą zarządcy:
• elektrowni i elektrociepłowni,
• oczyszczalni ścieków komunalnych i przemysłowych,
• podmiotów składujących odpady przemysłowe oraz
• zakładów wytwarzających paliwa alternatywne,
dla których stworzenie nowego paliwa alternatywnego może być gospodarczo i ekonomicznie
atrakcyjne. Jest to bardzo ważne, ponieważ nowoczesna gospodarka odpadami przemysłowymi
nie powinna jedynie opierać się na wytwarzaniu
i wykorzystywaniu z nich surowców, ale zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju istotną
kwestią jest określenie wpływu na środowisko,
jaki wywierają nowo powstałe surowce podczas
ich stosowania.
88
EWA LASKOWSKA
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Usuwanie siarczanu z wód w zintegrowanych
systemach membranowo-krystalizacyjnych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Dużym problemem w województwie śląskim jest
wysokie zasolenie wód pochodzących z przemysłu
wydobywczego. Ważnym elementem dla kopalni
jest gospodarka wodna, nie tylko ze względów
bezpieczeństwa pracy, lecz także jako istotny aspekt
ochrony środowiska dla całego województwa.
Wraz z głębokością eksploatowanych pokładów
mineralizacja wód wpływających do kopalni rośnie
i na najniższych poziomach występują praktycznie
tylko solanki. Istnieje zatem potrzeba wprowadzania technologii pozwalających na usuwanie
oraz utylizację jonów siarczanowych i chlorkowych, stanowiących główne zanieczyszczenie
wód dołowych.
Stosowane obecnie technologie obróbki wód opierają się głównie na metodach chemicznych oraz
w niewielkim stopniu na metodach membranowych. Celem prowadzonych badań jest oczyszczanie wód z jonów siarczanowych metodami
membranowymi, takimi jak: elektrodializa, nanofiltracja i odwrócona osmoza. Dużą zaletą tych
metod jest wysoki stopień oczyszczenia oraz to, że
nie stosuje się w nich chemikaliów lub stosuje się je
jedynie w niewielkich ilościach. Zastosowanie tych
metod do oczyszczania wód zasolonych umożliwi
zagospodarowanie wód odpadowych z przemysłu
wydobywczego.
Badania prowadzone będą przy znacznych przesyceniach siarczanem wapnia, a następnie krystalizacji soli poza modułem. Osiągnięcie dużych
przesyceń będzie możliwe dzięki zastosowaniu
modułów membranowych o nowatorskiej konstrukcji z zastosowaniem przekładek dystansują-
89
cych z siatkami tkanymi o różnej grubości i różnej
wielkości oczka. Dzięki takiej budowie przekładek
uzyskuje się poprawę współczynników wymiany
masy, zmniejszenie wariancji czasu przebywania
i małe opory hydrauliczne pomimo małej odległości
międzymembranowej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania w dziedzinie oczyszczania
wód za pomocą metod membranowych pozwolą
na usuwanie jonów siarczanowych z wód i ścieków.
Coraz więcej kopalń wprowadza działania mające
na celu ograniczenie zrzucanych do środowiska
odpadów, a w bliskiej przyszłości przemysł wydobywczy nie uniknie konieczności odsalania wód
dołowych, choćby ze względu na nową dyrektywę
unijną zaostrzającą przepisy w tym zakresie. W zależności od zasolenia wód konieczne jest stosowanie
różnych metod ich utylizacji. W przypadku wód
zasolonych, w których przeważającymi anionami są
jony siarczanowe, usunięcie ich w postaci siarczanu
wapnia, bez stosowania żadnych dodatkowych
odczynników, wydaje się bardzo obiecującą metodą odsalania.
BARTŁOMIEJ MACHERZYŃSKI
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Katedra Chemii, Technologii Wody i Ścieków
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Kofermentacja osadów komunalnych i osadów ze ścieków koksowniczych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
W oczyszczalniach ścieków miejskich i przemysłowych powstają znaczne ilości osadów, których
unieszkodliwianie często stanowi trudny problem. W związku z przystąpieniem Polski do Unii
Europejskiej od 1 stycznia 2016 r. wejdą w życie
przepisy ograniczające możliwość składowania
osadów ściekowych. Zgodnie z Rozporządzeniem
Ministra Gospodarki deponowane będą mogły
być jedynie osady odpowiednio przetworzone,
w których zawartość suchej masy organicznej
nie będzie przekraczać 5% oraz wartość opałowa –
6 MJ/kg. Krajowy Plan Gospodarki Odpadami
zakłada zwiększenie ilości przetwarzanych komunalnych osadów ściekowych zanim zostaną
wprowadzone do środowiska, szersze zastosowanie
metod termicznych i maksymalne wykorzystanie substancji biogennych zawartych w osadach.
Obecnie wykorzystanie rolnicze jest prawnie
ograniczane jedynie przez zawartość wybranych
siedmiu metali ciężkich i organizmów patogennych.
Jednak w osadach ściekowych obok składników
odżywczych, mogą występować takie związki,
jak: WWA, PCB, PCDD, DDT i inne toksyczne zanieczyszczenia. Szczególnie wysoko obciążone
zanieczyszczeniami organicznymi, w tym WWA,
są osady wydzielone ze ścieków koksowniczych.
Osady te obecnie są przekazywane do składowania,
dlatego opracowanie metody ich unieszkodliwiania
jest aktualnym i ważnym zagadnieniem. Mimo tego,
że WWA należą do związków trudno rozkładalnych, badania wskazują, że w procesie fermentacji
możliwe są przemiany tych związków prowadzące
do ich degradacji. Dlatego, że z jednej strony osady
koksownicze są obciążone zanieczyszczeniami
organicznymi (w tym WWA), a z drugiej strony konieczne jest ich unieszkodliwianie, podjęto badania
kofermentacji osadów komunalnych z dodatkiem
osadów wydzielonych ze ścieków koksowniczych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Rezultatem prowadzonych badań i analizy wyników będzie ocena możliwości unieszkodliwiania
osadów komunalnych wraz z koksowniczymi
w procesie fermentacji. W badaniach uwzględniony
będzie stopień rozkładu substancji organicznych,
w tym mikrozanieczyszczeń organicznych takich
jak WWA oraz produkcja biogazu. Przeprowadzone badania pozwolą określić optymalny udział
osadów koksowniczych w mieszaninie osadów
komunalnych, aby proces fermentacji przebiegał
bez zakłóceń. Uzyskane wyniki będą mogły być
wykorzystywane w utylizacji osadów przemysłowych powstających na terenie województwa
śląskiego.
90
ARIEL MARCHLEWICZ
Uniwersytet Śląski
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Rozkład jednopierścieniowych, niesteroidowych leków przeciwzapalnych
(ibuprofenu i paracetamolu) przez wybrane szczepy bakterii
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Współczesny rozwój ochrony zdrowia oferuje
zaawansowaną opiekę medyczną zwiększającą
komfort i jakość życia ludzi zmagających się z wieloma chorobami i dolegliwościami. Ogromną część
produkcji przemysłu farmaceutycznego stanowią
leki OTC (over-the-counter, dostępne bez recepty),
w tym niesteroidowe leki przeciwzapalne (NLPZ).
Ich dostępność oraz względne bezpieczeństwo
stosowania sprawiają, że stanowią jedne z najczęściej kupowanych leków na świecie. W czołówce
stosowanych NLPZ znajdują się takie leki, jak
ibuprofen i paracetamol, których spożycie wynosi
dziesiątki ton rocznie. Wysokie spożycie skorelowane z wysokim współczynnikiem wydalania
(ibuprofen jest wydalany w postaci niezmienionej i w niewielkim stopniu w postaci metabolitów), niepoprawna utylizacja czy składowanie są
powodami obecności tych leków w środowisku
naturalnym. Oczyszczalnie ścieków obecnie nie
są przystosowane do wydajnego usuwania farmaceutyków, przez co znajdowane są one nie
tylko w ściekach surowych, lecz także w ściekach
oczyszczonych, jeziorach i rzekach. Stwarza to
zagrożenie zarówno dla organizmów bytujących
w zanieczyszczonych środowiskach, jak i dla człowieka. Skutki długotrwałej ekspozycji na działanie
niskich stężeń NLPZ nie są znane. Leki z założenia
są substancjami fizjologicznie czynnymi, w związku
z czym mogą negatywnie modyfikować procesy
życiowe organizmów. Celem badań jest poznanie
i opisanie mechanizmów rozkładu ibuprofenu
i paracetamolu przez mikroorganizmy. Zagadnienie
obejmuje pozyskanie oraz identyfikację mikroor-
91
ganizmów zdolnych do metabolizowania leków
oraz ich identyfikację metodami fenotypowymi,
biochemicznymi, genetycznymi (FAMEs, system
BIOLOG™, analiza 16S rDNA). Poznanie szlaków
metabolicznych leków obejmować będzie identyfikację metabolitów pośrednich powstających
w procesach degradacyjnych, a także identyfikację
i charakterystykę enzymów zaangażowanych
w te procesy.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Realizowany cel badań będzie podstawą do opracowania rozwiązań umożliwiających skuteczną
eliminację leków ze środowiska. Pozyskanie mikroorganizmów o poszukiwanych zdolnościach
metabolicznych oraz poznanie procesów odpowiedzialnych za przemiany leków stanowią podwaliny m.in. badań nad skutecznymi biopreparatami umożliwiającymi redukcję zanieczyszczeń
farmaceutykami. Dopiero ostatnie lata zwróciły
uwagę na problem zanieczyszczeń NLPZ,który
z upływem czasu może się pogłębiać. Stanowi to
więc doskonały obszar badań i opracowywania
nowych rozwiązań technologicznych.
ANNA NOWACKA
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
Instytut Inżynierii Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wpływ koagulantów wstępnie zhydrolizowanych na poprawę
jakości wody w Zakładzie Uzdatniania Wody Goczałkowice
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Średnie roczne zasoby wód powierzchniowych
na 1 mieszkańca województwa śląskiego są czterokrotnie niższe od średniej europejskiej i trzykrotnie
niższe niż dla całej Polski. Ze względu na stan
zanieczyszczenia wód powierzchniowych tylko
niewielka część zasobów wodnych nadaje się do
gospodarczego wykorzystania. Dlatego też zarówno
racjonalne gospodarowanie zasobami wodnymi,
jak i zrównoważona gospodarka wodno-ściekowa
należą do priorytetowych celów środowiskowych
regionu. Z uwagi na duże zapotrzebowanie na
wodę, przy jednoczesnych ograniczonych zasobach, konieczne jest udoskonalanie i usprawnianie
procesów oczyszczania wody w celu zmaksymalizowania ich wydajności. Odpowiedni dobór technologii uzdatniania wody jest niezwykle ważny
z punktu widzenia jakości wody przeznaczonej
do spożycia przez ludzi. Szczególnie istotne są
wstępne etapy uzdatniania wody, takie jak koagulacja, ponieważ w decydujący sposób wpływają na
przebieg kolejnych procesów, a w efekcie na cały
cykl uzdatniania wody.
Celem realizowanego projektu jest poprawa jakości
wody uzdatnianej w ZUW Goczałkowice poprzez
zmianę obecnie stosowanego koagulantu niezhydrolizowanego – siarczan(VI)glinu na wybrany
koagulant glinowy wstępnie zhydrolizowany.
W badaniach uwzględniona zostanie koagulacja
objętościowa wraz z sedymentacją.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zmiana koagulantu, z powszechnie stosowanego
siarczanu(VI)glinu na koagulant glinowy wstępnie zhydrolizowany, ma pozwolić na zmniejszenie stosowanych dawek reagentów w procesie
koagulacji oraz zapewnić lepsze efekty procesu
przy krótszym czasie kontaktu koagulantu z wodą
w poszczególnych etapach procesu koagulacji. Uzyskanie lepszej jakości wody po procesie koagulacji
wpływa na zmniejszenie stosowanych dawek
reagentów w kolejnych procesach. Wprowadzenie
takich modyfikacji może mieć wpływ na obniżenie
kosztów eksploatacyjnych (zmniejszenia zużycia
energii elektrycznej), dzięki czemu będą mogły być
zaliczane do technologii nie tylko skutecznych,
ale także technologii z możliwie najmniejszym
wpływem na środowisko. Wysoka skuteczność
usunięcia zanieczyszczeń organicznych, w tym
wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), minimalizuje tworzenie ubocznych
produktów utleniania bądź dezynfekcji, szczególnie
ważnych ze względu na ich potencjalnie negatywny wpływ na zdrowie ludzi.
92
URSZULA NOWAKOWSKA
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Stworzenie narzędzi bioinformatycznych dla genomiki aplikacyjnej
oraz analiza molekularna genów związanych
z odpowiedzią na stres biotyczny i abiotyczny
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wiele czynników środowiskowych wpływa negatywnie na wzrost i rozwój roślin oraz końcowe
wyniki wydajności upraw. Przykładami takich
czynników mogą być: ekstremalne temperatury,
susza, zasolenie, brak równowagi składników
odżywczych, promieniowanie świetlne oraz zanieczyszczenia, takie jak metale ciężkie czy herbicydy.
Konieczne jest poznanie mechanizmów obronnych
pozwalających przetrwać roślinom w warunkach
stresu oraz opracowanie narzędzi umożliwiających zastosowanie tej wiedzy w praktyce. Projekt
doktorski podzielony jest na dwie części. Pierwsza
z nich to analiza molekularna genów związanych
z odpowiedzią na stres środowiskowy u roślin.
Celem tych badań jest lepsze zrozumienie wpływu
środowiska na rośliny i ich sposobu reagowania na
niekorzystne warunki. Analizom laboratoryjnym
zostaną poddane geny związane z odpowiedzią
na stres suszy. Zbadane zostaną m.in. różnice
w genomie, które mogą mieć wpływ na sposób
reagowania roślin na czynniki stresowe. Druga
część projektu to opracowanie i stworzenie narzędzi
bioinformatycznych do badań i prac badawczo-rozwojowych z zakresu genomiki aplikacyjnej.
Opracowane narzędzia będą integrować dane
dotyczące genomów organizmów modelowych
i organizmów hodowlanych o istotnym znaczeniu
gospodarczym, a także umożliwiać badanie różnic
w genomach. Zostanie opracowana baza danych
oraz narzędzia bioinformatyczne do analizy danych, które umożliwiać będą m.in. wyszukiwanie,
porównywanie i wizualizację danych.
93
Realizacja projektu pracy doktorskiej przyczyni się
do stworzenia unikalnych narzędzi dla nowoczesnej biotechnologii, które będą bazowały przede
wszystkim na ogromnej ilości danych. Zadaniem
programów będzie zintegrowanie danych z różnych
źródeł, przetworzenie ich w taki sposób, aby umożliwić wyciągnięcie odpowiednich wniosków oraz
przeprowadzenie wybranych analiz i wizualizacji.
Opracowane rozwiązania będą miały zastosowanie
w analizach genomu i badaniu wpływu środowiska
na organizmy, a także będą wspomagać proces
praktycznego zastosowania zgromadzonej wiedzy,
np. przy tworzeniu odmian odpornych na różne
stresy środowiskowe, takie jak np. susza, zasolenie
czy zanieczyszczenia. Dodatkowo przeprowadzone
analizy molekularne pozwolą lepiej poznać wpływ
czynników środowiskowych na organizmy i ich
genomy.
MONIKA NOWROTEK
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Katedra Biotechnologii Środowiskowej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Mechanizm usuwania sulfametoksazolu i diklofenaku
w oczyszczalniach hydrofitowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Mikrozanieczyszczenia występujące w środowisku
w stężeniu kilku do kilkudziesięciu µg/l, pochodzące
z antropogenicznych źródeł, np. farmaceutyki oraz
środki pielęgnacyjne, stanowią coraz większy problem. Dotychczasowe badania nad metabolizmem
farmaceutyków oraz ich losem w organizmie,
zarówno zwierząt, jak i człowieka dowodzą, że
znaczna część tych substancji jest wydalana często w niezmienionej formie, w związku z tym są
obecne w ściekach komunalnych. Prowadzone
badania ukazują powszechność występowania
pozostałości lekowych w dopływie i odpływie
z oczyszczalni ścieków, wodach powierzchniowych,
wodzie podziemnej oraz w wodzie pitnej.
Przedmiotem badań jest określenie roli procesów
życiowych roślin, biocenozy ich strefy okołokorzennej (ryzosfery) i pozostałej części złoża hydrofitowego w usuwaniu substancji farmaceutycznych,
jak również ustalenie znaczenia fizycznych zjawisk
tam występujących – głównie sorpcji. Prowadzone
również będą badania zmierzające do ustalenia
szlaków metabolicznych, jakim podlegają farmaceutyki podczas biodegradacji w tego typu systemie.
Monitoring biotransformacji wybranych substancji
farmaceutycznych dokonywany będzie za pomocą
wysokosprawnej chromatografii cieczowej HPLC,
sprzężonej z detektorem UV oraz tandemowym
spektrometrem masowym LS-MS/MS, z jonizacją
poprzez elektrorozpraszanie. W identyfikacji składu
ryzosfery, służącej oszacowaniu zmienności i bioróżnorodności bakterii w układzie badawczym,
wykorzystane zostaną techniki PCR-DGGE w połączeniu z klonowaniem i sekwencjonowaniem.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Województwo śląskie jest obszarem silnie zurbanizowanym, co wiąże się z obecnością licznych
ośrodków wprowadzających do środowiska związki
ksenobiotyczne, mogące niekorzystnie wpływać na
zdrowie osób zamieszkujących ten region. Problem
związany z obecnością substancji farmaceutycznych, m.in. w wodzie pitnej i powierzchniowej,
dyskutowany na arenie międzynarodowej skutkuje
nowymi dyrektywami, wskazującymi konieczność
monitorowania, a także ograniczenia emisji wybranych związków do środowiska. Województwo
śląskie, chcąc sprostać wymaganiom stawianym
przez prawo unijne, zobowiązane jest do poszukiwania nowych technologii, które nie tylko będą
skutecznie usuwać omawiane zanieczyszczenia,
lecz także będą ekologiczne oraz energooszczędne. W praktyce wyniki proponowanych badań
pomogą w stworzeniu systemu, który może zostać
wykorzystany jako kolejny etap oczyszczania
ścieków. Uzyskane wyniki badań mogą skutkować opracowaniem optymalnego rozwiązania
technologicznego, pozwalającego na usunięcie
z wody substancji farmaceutycznych w biologicznie
bezpieczny sposób, bez konieczności stosowania
drogich, skomplikowanych metod.
94
JOANNA ORZEŁ
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Modelowanie nieselektywnych sygnałów analitycznych
w kontekście kontroli jakości wybranych produktów
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prowadzone badania są osadzone w dziedzinie
nauki nazywanej analityką procesową. Jej przedmiotem jest kontrola procesów produkcyjnych
w celu zapewnienia odpowiedniej jakości produktów. Wykorzystuje ona osiągnięcia wielu gałęzi
nauki, jednak najintensywniej eksplorowane są zagadnienia chemii analitycznej i chemometrii. Dzięki
tej dziedzinie wiedzy możliwe jest usprawnienie
procesów produkcyjnych (poprzez wprowadzanie
innowacyjnych rozwiązań do już istniejących
procesów) lub projektowanie i budowa nowych,
inteligentnych oraz energooszczędnych instalacji
i fabryk. W znaczny sposób przyczynia się to do
ochrony środowiska naturalnego, np. poprzez ograniczenie emisji odpadów i minimalizację kosztów
energetycznych.
Istotnym zagadnieniem dla każdego procesu lub
produktu jest informacja o jego jakości. Wysokie
standardy, które powinny spełniać wszelkie produkty, wymuszają staranne planowanie sposobu
produkcji i użycie coraz nowszych metod kontroli
jakości. Odpowiednio dobrana technika analityczna
daje sygnał czuły na zmiany zachodzące w trakcie
monitorowanego procesu. W badaniach są wykorzystywane nieselektywne sygnały analityczne
oraz odpowiednie chemometryczne metody ich
modelowania do konstrukcji nowych narzędzi
analitycznych pozwalających w sposób jakościowy
lub ilościowy oszacować właściwość wybranego produktu lub stan monitorowanego procesu.
Ze względu na ochronę środowiska naturalnego
głównym rozpuszczalnikiem używanym podczas
badań jest woda. Aby zminimalizować ilość odpa-
95
dów chemicznych generowanych podczas analizy
opracowane będą również metody niewymagające
użycia medium rozpuszczającego. W badaniach
skupiono się na szerokiej gamie produktów, jak:
olej napędowy, żywność lub odpady pochodzące
z procesów produkcyjnych, w kontekście ich zagospodarowania.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Województwo śląskie jest obszarem wysoko uprzemysłowionym. Mimo tego nowoczesne techniki
instrumentalne połączone z rozwiązaniami chemometrycznymi w kontekście kontroli procesów
i jakości produktów są wykorzystywane w sposób
niedostateczny, biorąc pod uwagę liczne przedsiębiorstwa, które mogłyby usprawnić kontrolę
procedur. Wprowadzenie tego typu innowacyjnych
rozwiązań, wpływających na usprawnienie szeroko
pojętej kontroli procesów, z pewnością przyczyni się
do wzrostu jakości usług i towarów proponowanych
przez śląskie przedsiębiorstwa, obniżenia kosztów
produkcji i ich szybszego rozwoju, jak również
ochrony środowiska naturalnego naszego regionu.
MAŁGORZATA PAWLIK
Uniwersytet Śląski
Wydział Biologii i Ochrony Środowiska, Katedra Mikrobiologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Rola bakterii endofitycznych w fitoremediacji gleb
skażonych związkami ropopochodnymi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Skażenie gleb związkami ropopochodnymi, których
toksyczne i mutagenne właściwości wpływają
negatywnie na organizmy żywe, zmusza nas do
poszukiwania wydajnych metod usuwania tych zanieczyszczeń ze środowiska. Metody oczyszczania
gruntów oparte na procesach fizykochemicznych
często są kosztowne i prowadzą do niekorzystnych
zmian struktury gleby. Obiecującą alternatywą dla
wyżej wymienionych technologii są biologiczne
metody oczyszczania środowiska, jak fitoremediacja, która polega na wykorzystaniu roślin i towarzyszących im mikroorganizmów do usuwania
toksycznych związków występujących w glebie.
Duże nadzieje wiąże się z bakteriami endofitycznymi zamieszkującymi zdrowe tkanki roślin. Ze
względu na ich zdolności degradacyjne i posiadanie
wielu mechanizmów wspomagających wzrost
i rozwój rośliny, uważane są za ważne narzędzia
zwiększające efektywność fitoremediacji.
Prowadzone badania dotyczą charakterystyki
bakterii endofitycznych izolowanych z tkanek
roślin zebranych z terenu silnie skażonego surową
ropą naftową w pobliżu rafinerii w Czechowicach-Dziedzicach. Bakterie endofityczne stanowią naturalną mikroflorę wielu, jak nie wszystkich, roślin
wyższych. Dlatego niezwykle ważne jest poznanie
bioróżnorodności zespołów bakterii endofitycznych
zamieszkujących rośliny narażone na wieloletnie
i toksyczne działanie wysokich stężeń związków
ropopochodnych. Ważnym elementem podjętych
badań jest utworzenie kolekcji szczepów bakterii
endofitycznych, scharakteryzowanych pod kątem
biochemicznym i genetycznym.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania pozwolą opracować odpowiednią i wydajną metodę biologicznej rekultywacji gleb skażonych związkami ropopochodnymi,
tak aby niebezpieczne odpady nie stanowiły bezpośredniego zagrożenia dla gleb i wód gruntowych.
Bakterie endofityczne posiadające mechanizmy
odpowiedzialne za promowanie wzrostu roślin
i rozkład związków ropopochodnych posłużą do
stworzenia bioszczepionki wspomagającej proces
fitroremediacji. Zoptymalizowana metoda może
być wykorzystana nie tylko na terenie rafinerii
w Czechowicach-Dziedzicach, ale także na innych
zanieczyszczonych węglowodorami obszarach.
Przedstawione badania dotyczą niezwykle ważnych zagadnień związanych z ekologią mikroorganizmów i ochroną środowiska. Pozwolą poznać
oddziaływania zachodzące pomiędzy bakteriami
a roślinami narażonymi na wieloletnie działanie
związków ropopochodnych.
96
AGNIESZKA PLACEK
Politechnika Częstochowska
Instytut Inżynierii Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Sekwestracja węgla w procesie wspomaganej
fitoremediacji gleb zdegradowanych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Degradacja gleby w różnych formach stanowi
jeden z podstawowych problemów w Polsce.
W obecnych czasach coraz większego znaczenia
nabierają biologiczne techniki rekultywacji gleb
zdegradowanych, a w szczególności metoda fitoremediacji. Wykorzystuje ona naturalne zdolności
roślin wyższych do oczyszczania gleb zarówno
z zanieczyszczeń o charakterze organicznym, jak
i nieorganicznym. Celem prowadzonych badań jest
opracowanie technologii pozwalającej na praktyczne połączenie procesu sekwestracji węgla
w gruncie i oczyszczania gleby obciążonej wybranymi zanieczyszczeniami, poprzez fitoremediację
opartą na hodowli drzew i roślin energetycznych,
wspomaganą organicznymi dodatkami doglebowymi. Proces sekwestracji węgla polega na wiązaniu
tego pierwiastka przez rośliny, ich rozkładzie oraz
humifikacji w glebie, co prowadzi do zwiększenia
zawartości węgla w gruncie, a obniżenia stężenia
CO2 w atmosferze. Skorelowanie tych dwóch procesów przyczynia się do równoczesnej poprawy
jakości podłoża glebowego, przywrócenia terenom wartości krajobrazowych i użytkowych oraz
ograniczenia emisji CO2 na terenie województwa
śląskiego.
97
Połączenie procesu fitoremediacji gleb zdegradowanych oraz sekwestracji węgla w gruncie
przyczynia się zarówno do ochrony środowiska,
jak i jego rekultywacji. Ponadto możliwość wykorzystania odpadów i ubocznych produktów o dobrej
jakości, tj. kompostu, osadów ściekowych, jako
dodatków wspomagających proces fitoremediacji
jest dobrym sposobem zagospodarowania znacznej
ilości substancji odpadowych. Do zalet takiego
rozwiązania należy również możliwość wykorzystania gatunków energetycznych i leśnych.
Rośliny te charakteryzują się dobrym wiązaniem
gleby, uniemożliwiającym nadmierne uwalnianie
CO2 do atmosfery oraz jednocześnie dużym zapotrzebowaniem na atmosferyczny CO2 i wysoką
wartością energetyczną. Takie rozwiązanie daje
możliwość redukcji części nakładów finansowych
za sprawą rozwoju alternatywnych źródeł energii, sprzedaży uzyskanej biomasy roślinnej oraz
zniwelowania kar za przekroczenia dopuszczalnych poziomów emisji zanieczyszczeń powietrza.
Prowadzone badania stwarzają zatem możliwość
minimalizacji kosztów i maksymalizacji korzyści,
związanych z powtórnym wykorzystaniem terenów zdegradowanych poprzez integrację metod
remediacji terenów z technologiami stosowanymi
w energetyce.
IWONA POKORSKA-SILVA
Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa
Katedra Budownictwa Ogólnego i Fizyki Budowli
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Ocena wrażliwości odpowiedzi termicznej badanych obiektów
w kształcie kopuły na czynniki klimatyczne, architektoniczne
i materiałowe w symulacjach numerycznych oraz badaniach in situ
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania nad modelami opisującymi zachowanie
budynku w interakcji z otoczeniem, wchodzące
w zakres współczesnej fizyki budowli, powodują, że
skuteczność ochrony cieplnej coraz ściślej wiązana
jest z symulacjami energetycznymi. Numeryczne
analizy symulacyjne uwzględniające wyniki otrzymywane w badaniach in situ pozwalają na bardzo
dokładne odwzorowanie procesów wymiany ciepła
zachodzących w budynku.
Elementem podejmowanej rozprawy doktorskiej,
realizowanym w ramach zgłaszanego projektu
jest ocena wrażliwości odpowiedzi termicznej
badanych obiektów na czynniki klimatyczne,
architektoniczne i materiałowe w symulacjach
numerycznych oraz badaniach in situ.
Przewiduje się m.in. określenie wpływu na rezultat
oceny energetycznej: zwartości bryły obiektu, braku mostków termicznych, jednorodności obudowy;
badanie jakości osłony termicznej obudowy oraz
określenie zysków i strat ciepła.
Ocena analityczna zostanie przeprowadzona przy
zastosowaniu: średniej temperatury powietrza
zewnętrznego w analizowanych okresach, a także
dynamicznej metody symulacyjnej do obliczeń
cieplnych, z wykorzystaniem lokalnej bazy klimatycznej.
Oceny in situ przewidują: badania odpowiedzi termicznej w obiekcie rzeczywistym zlokalizowanym
na terenie Śląska oraz testy pomocnicze na obiekcie
badawczym Katedry BOiFB Wydziału Budownictwa. Obiektami planowanych badań są budowle
w kształcie kopuły. Na podstawie badań wstępnych
oraz obserwacji można stwierdzić, że kopuły wy-
kazują cechy obiektów energooszczędnych. Do
ich zalet, wiążących się z energooszczędnością
możemy zaliczyć: wartość bryły obiektu, dobrą
izolacyjność termiczną, mniejsze zużycie energii do
ogrzewania i chłodzenia (w porównaniu z obiektem
prostopadłościennym o tej samej kubaturze) oraz
właściwy mikroklimat wewnętrzny.
Pozostałe zalety to: niezmiernie ważna dla terenów
Śląska odporność na szkody górnicze (sztywność
przestrzenna kopuły jednokomorowej zapewnia,
jak wykazują obliczenia statyczne, pełną odporność
na szkody górnicze – deformacje podłoża i ewentualne wstrząsy), szybkość oraz niższe koszty budowy
w porównaniu z obiektami standardowymi, a także
duże możliwości kształtowania przestrzeni wewnętrznej dzięki nieobecności podpór czy filarów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW
Przeprowadzone badania pozwolą na ocenę pełnego zachowania termicznego badanych obiektów
w kształcie kopuły, dając możliwość przedstawienia
korzyści eksploatacyjnych i ekonomicznych ich
budowy. Ponadto praca ta przyczyni się do rozpowszechnienia procedur symulacyjnych przy ocenie
wpływu oddziaływań czynników lokalizacyjnych
na charakterystykę energetyczną budynków już
na etapie wyboru rozwiązań architektoniczno-materiałowych.
98
ANNA POSKART
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Analiza wpływu wybranych parametrów procesu spalania
na powstawanie zanieczyszczeń gazowych
w hutniczych piecach grzewczych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Współczesne przemysłowe piece grzewcze stanowią skomplikowane urządzenia cieplne, w których
zachodzą złożone zjawiska związane z chemią
procesu spalania paliw. Zarówno w światowym
hutnictwie, jak i w polskich hutach dominującym
typem pieców są piece przepychowe do nagrzewania wsadu w walcowniach gorących, opalane
paliwem gazowym. Dokładne poznanie mechanizmów chemicznych formowania i destrukcji
zanieczyszczeń w procesach spalania wymaga
szerokich opracowań teoretycznych, badań laboratoryjnych i przemysłowych, jak również obliczeń
numerycznych. Analiza, będąca przedmiotem
rozprawy doktorskiej, polega na przeprowadzeniu
szerokiego zakresu badań eksperymentalnych w zakresie pomiaru stężeń głównych zanieczyszczeń
gazowych (CO2, NOx i CO) dla różnych parametrów
prowadzenia procesu, a mianowicie: temperatury,
stosunku nadmiaru powietrza, stopnia podgrzania
powietrza oraz udziału tlenu w utleniaczu, i na odpowiednim doborze parametrów procesu spalania
gazu ziemnego, w celu zminimalizowania emisji
niepożądanych zanieczyszczeń gazowych, przy
jednoczesnym utrzymaniu wysokiej efektywności
energetycznej. Dopełnieniem tej analizy będą obliczenia numeryczne chemii spalania gazu ziemnego
z wykorzystaniem programu CHEMKIN-PRO.
99
Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych i modelowych mogą być niezwykle przydatne przy
podejmowaniu działań zmierzających do optymalizacji procesu spalania. Znajomość mechanizmów
formowania zanieczyszczeń w poszczególnych
strefach pieca umożliwi, poprzez dobór parametrów procesu spalania, ograniczenie zużycia paliwa,
jak również minimalizację ilości zanieczyszczeń,
a w rezultacie rozwój specjalnych, niskoemisyjnych
technologii spalania i nagrzewania wsadu nie
tylko dla województwa, lecz także w szerszym
ujęciu. Efektem analizy otrzymanych w ramach
pracy doktorskiej wyników będzie propozycja
doboru optymalnych warunków prowadzenia
procesu spalania w hutniczych piecach grzewczych w celu ograniczenia emisji powstających
zanieczyszczeń. Umożliwi ona modernizację już
istniejących obiektów, jak również może okazać
się niezwykle pomocna podczas projektowania
nowych komór spalania urządzeń grzewczych. Realizacja pracy doktorskiej może zaspokoić potrzeby
hutnictwa w zakresie usprawnienia infrastruktury
technicznej, co przyczyni się do poprawy sytuacji
gospodarczej i rozwoju województwa śląskiego.
KRZYSZTOF RAJCZYKOWSKI
Politechnika Śląska, Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
Instytut Inżynierii Wody i Ścieków
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Analiza właściwości biosorpcyjnych wybranych odpadów rolnych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem badań było poznanie właściwości biosorpcyjnych rodzajów słomy, które ze względu na strukturę zasiewu w naszym kraju stanowią popularne
odpady rolne. Adsorbowanymi związkami były
wysoce toksyczne względem organizmów żywych
metale ciężkie, a dokładniej kadm, ołów i miedź,
stosowane w postaci wodnych roztworów łatwo
rozpuszczalnych soli. Do badań wybrano słomę
pochodzącą z upraw pszenicy, jęczmienia, żyta oraz
owsa. W trakcie badań nie ograniczono się jedynie
do analizy wydajności biosorpcji różnych gatunków
słomy, lecz przeprowadzono również modyfikacje
chemiczne, mające na celu poprawę wspomnianych
własności biosorpcyjnych. Dodatkowo zbadano
również wydajność i przebieg procesu usuwania
metali ciężkich na słomie za pomocą różnych typów
reaktorów. Uzyskane wyniki pozwalają na stwierdzenie, jaki rodzaj słomy, którego typu modyfikacja
oraz jaki rodzaj reaktora najlepiej nadają się do
usuwania konkretnych metali ciężkich z wody.
Ostatnim istotnym aspektem badań była analiza
wpływu zewnętrznego pola elektrycznego oraz
magnetycznego na procesy biosorpcji zachodzące
w poszczególnych reaktorach.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki badań stanowią bardzo istotne źródło
wiedzy na temat łatwo dostępnych w Polsce, tanich
i ekologicznych sorbentów, które mogą być użyte do
usuwania metali ciężkich z różnego rodzaju roztworów wodnych, w tym także ze ścieków przemysłowych. Odpowiednie dobranie biosorbentu, rodzaju
reaktora oraz ewentualnej modyfikacji chemicznej
do konkretnego procesu technologicznego pozwoli
na minimalizację kosztów związanych z procesami
oczyszczania bądź podczyszczania ścieków i wód
procesowych. Dodatkowo zastosowanie ewentualnych modyfikacji za pomocą zewnętrznego
pola magnetycznego lub elektrycznego wiąże się
z bardzo niskimi kosztami, co również ma istotny
wpływ na ewentualne praktyczne zastosowania
tego typu rozwiązań.
100
AGNIESZKA RORAT
Politechnika Częstochowska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Poszukiwanie molekularnych i immunologicznych mechanizmów
we wzajemnych oddziaływaniach między dżdżownicami a osadami
ściekowymi w trakcie procesu wermikompostowania
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wermikompostowanie to niedroga i skuteczna
ekobiotechnologia, która wykorzystuje dżdżownice
jako naturalne bioreaktory w procesie dekompozycji materii organicznej. Stosowane w Europie
trzy gatunki tych bezkręgowców: Eisenia fetida,
Eisenia andrei i Dendrobaena veneta charakteryzują
się dużą odpornością na zmieniające się warunki
i obecne w podłożu zanieczyszczenia. Dzięki temu
możliwe jest wprowadzenie dżdżownic do procesu
kompostowania osadów ściekowych, których
zagospodarowanie stało się prawdziwym wyzwaniem dla inżynierii środowiska. Rozpowszechnianie procesu wermikompostowania musi zostać
poprzedzone dokładnymi badaniami fizyczno-chemicznymi podłoża oraz dżdżownic, konieczne
jest też poznanie mechanizmu oddziaływania
zanieczyszczeń zawartych w osadzie ściekowym
na funkcjonowanie układu odpornościowego tych
zwierząt. Głównym celem projektu jest zebranie
informacji na temat parametrów krytycznych
w procesie, odszukanie i wskazanie zanieczyszczeń,
które w znacznym stopniu wpływają na układ
immunologiczny dżdżownic w kontekście otrzymania produktu – kompostu o najkorzystniejszych
właściwościach.
101
Poznanie mechanizmów zaangażowanych w proces i dopracowanie jego parametrów w zależności
od własności zastosowanego substratu pozwolić
może na późniejsze wdrożenie techniki, szczególnie w przypadku niewielkich oczyszczalni
komunalnych, nie tylko ze względu na aspekt
środowiskowy, ale też ekonomiczny. Znajomość
składu mikrobiologicznego podłoża pozwoli na
ustalenie, w jakim stopniu zostaje zredukowane zagrożenie związane z obecnością w ściekach
patogenów szkodliwych dla człowieka, ale też
pozwoli na stwierdzenie, w jakim stopniu obecność konkretnych gatunków bakterii wpływa na
aktywność dżdżownic. Genetyczny profil zmian
zachodzących w organizmie dżdżownic, uzyskany
dzięki zastosowaniu najnowszych narzędzi biologii
molekularnej, w korelacji ze zmianami w fizjologii
zwierząt, pozwoli na wskazanie gatunku najlepiej
dostosowanego do kompostowania konkretnego
osadu. Ponadto wiedza o tym, jak metale ciężkie,
mikroorganizmy, WWA czy pestycydy wpływają
na dżdżownice i czy mogą one zostać „usunięte”
przez nie ze skażonego środowiska, może wzmocnić
rolę wermikompostowania jako metody utylizacji
osadów ściekowych w Polsce i na świecie.
MAGDALENA STEC
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Proces strącania fluorku wapnia w mieszalniku statycznym
z płynu poabsorpcyjnego odsiarczania spalin metodą amoniakalną
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Funkcjonalność województwa śląskiego oparta
jest na wykorzystaniu technologii węglowych,
stwarzających zagrożenie dla środowiska naturalnego. Wiadomym jest, iż spaliny odprowadzane
z kotłów elektrowni i elektrociepłowni, zasilanych
węglem, powodują emisję szkodliwych substancji,
takich jak: tlenki siarki i azotu, a także chlorowodór
i fluorowodór. Zgodnie z obowiązującymi normami
ochrony środowiska konieczne jest obniżanie emisji
ww. gazów, a jednym z rozwiązań przemysłowych
jest mokra metoda amoniakalna. Obejmuje ona:
1) absorpcję składników spalin w wodzie amoniakalnej,
2) przerób płynu po absorpcji na krystaliczny
siarczan amonu.
W praktyce prowadzenie drugiego etapu stwarza
wiele problemów, które związane są z występowaniem związków fluoru w płynie po absorpcji.
Tendencja połączeń fluoru z amoniakiem uniemożliwia pełny zawrót strumieni mediów i stwarza
zagrożenie niekontrolowanej emisji amoniaku
do otoczenia.
Kolejnym problemem jest oddziaływanie korozyjne
związków fluoru na metalowe tworzywa konstrukcyjne. Korozja generuje warunki do intensywnego
tworzenia narostów krystalicznych na powierzchniach stykających się z mediami procesowymi.
Stanowi to jedną z podstawowych przyczyn zaburzeń technologiczno-ruchowych występujących w instalacjach, powodując istotne obniżenie
wskaźników techniczno-ekonomicznych procesu.
Stąd też opracowanie założeń technologicznych
procesu usuwania fluoru z płynu po absorpcji spalin
z zastosowaniem metody strącania fluorku wapnia
jest niezbędnym uzupełnieniem technologii, umożliwiającym wprowadzenie nowatorskich rozwiązań
poprzez wykorzystanie mieszalników statycznych,
oraz pozwala na zmniejszenie powierzchni wymaganej pod budowę instalacji, znaczne obniżenie
kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych.
Dodatkowym atutem przedstawionej koncepcji
jest zastosowanie zaawansowanych technik komputerowych CFD, umożliwiających opracowanie
modelu numerycznego weryfikowanego na podstawie wykonanych badań eksperymentalnych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Realizacja projektu pozwoli na utworzenie kompleksowego projektu węzła strącania fluorku
wapnia z płynu po absorpcji spalin, atrakcyjnego
przede wszystkim dla sektora opartego na technologiach węglowych, umożliwiając modernizację
istniejących już instalacji i prowadząc do nowych
wdrożeń przemysłowych.
102
DARIUSZ SZEREMETA
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Chromatograficzna ocena skuteczności bioremediacji
środowiska gruntowo-wodnego skażonego
pestycydami chloroorganicznymi i produktami ich rozpadu
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem projektu jest chromatograficzna ocena skuteczności bioremediacji środowiska gruntowo-wodnego skażonego pestycydami chloroorganicznymi (OCP) i produktami ich rozpadu. Projekt
badawczy będzie obejmować chromatograficzne
monitorowanie procesu bioremediacji wspomaganej biostymulacją i bioaugmentacją oraz obserwację
naturalnego samooczyszczania środowiska. Skuteczność stosowanych procedur bioremediacyjnych
oceniana będzie na przykładzie terenu w rejonie
składowiska odpadów niebezpiecznych przy
ZCH „Organika Azot” w Jaworznie. W programie
Ochrony Środowiska dla województwa śląskiego
teren ten uznany został jako jedno z największych
zagrożeń środowiskowych w województwie śląskim. Stosowana w projekcie technika kapilarnej
chromatografii gazowej (GC/MS oraz GC/ECD) jest
obecnie jedyną techniką analityczną, umożliwiającą ocenę skuteczności biologicznego rozkładu
pestycydów chloroorganicznych oraz identyfikację
powstałych produktów. Zakres badań chromatograficznych nad skutecznością bioremediacji będzie
obejmować zarówno badania modelowe w skali
laboratoryjnej, jak i pilotażowe doświadczenia
polowe. Prowadzony projekt badawczy pozwoli
lepiej poznać przebieg procesu degradacji OCP oraz
określić wpływ czynników środowiskowych na
jego szybkość oraz efektywność. Chromatograficzna
identyfikacja produktów rozkładu pestycydów
chloroorganicznych umożliwi ocenę zagrożenia,
jakie powstające podczas biodegradacji produkty stwarzają dla środowiska. Przełoży się to na
możliwość zwiększenia kontroli nad procesem, co
zasadniczo zwiększy jego efektywność.
103
Ze względu na nowatorskie rozwiązania problemu
skażenia środowiska gruntowo-wodnego związkami z grupy pestycydów chloroorganicznych
przewidywane wyniki badań mogą być szeroko
upowszechnione. Wyniki analiz chromatograficznych zwiększą wiedzę o biodegradacji pestycydów
chloroorganicznych w środowisku. Praktyczne
wykorzystanie uzyskanych wyników umożliwi
przeprowadzanie efektywnych i bezpiecznych
dla środowiska remediacji gruntu zanieczyszczonego OCP, stwarzając szansę na rekultywację
wielu obszarów zanieczyszczonych pestycydami.
Wszystko to pozwoli na szersze stosowanie metod
bioremediacji, które mogą stanowić tanią i bezpieczną alternatywę dla kosztownych i uciążliwych
dla środowiska metod (chemicznych i fizycznych)
oczyszczania terenów skażonych.
ANNA SZYMONIK
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Środowiska i Biotechnologii
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Adsorpcyjne usuwanie wybranych farmaceutyków z wody i ścieków
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Uzdatnianie wód oraz oczyszczanie ścieków należą
do grupy najistotniejszych problemów inżynierii środowiska. Tereny województwa śląskiego
są obszarem o niewielkich zasobach wodnych,
szczególnie podziemnych. Jednocześnie rejon
ten charakteryzuje się dużym zaludnieniem oraz
uprzemysłowieniem. Jedną z metod o szerokim
zastosowaniu, bez której prawidłowe uzdatnianie
wód powierzchniowych jest niemożliwe, stanowi
adsorpcja na węglach aktywnych. Granulowany
węgiel aktywny jest używany głównie do usuwania zanieczyszczeń znajdujących się w wodach
powierzchniowych, powstających w procesach
uzdatniania lub w domowym oczyszczaniu wody.
Metoda adsorpcji na węglach aktywnych jest
wykorzystywana w wielu stacjach uzdatniania
wód na terenie województwa śląskiego.
Przedmiotem badań jest adsorpcja wybranych
farmaceutyków z grupy niesteroidowych leków
przeciwzapalnych (kwas acetylosalicylowy, ibuprofen sodu, naproksen sodu) oraz kwasu salicylowego
na granulowanych węglach aktywnych. Badania
nad adsorpcją substancji farmaceutycznych na
węglach aktywnych przeprowadzane są na węglach aktywnych: WG-12, F-300, ROW-08 Supra.
Badania adsorpcji niesteroidowych leków przeciwzapalnych są prowadzone w warunkach statycznych na roztworach modelowych i obejmują:
––badania kinetyki adsorpcji węgli aktywnych
wobec ww. substancji farmaceutycznych i wyznaczenie izoterm adsorpcji,
––ocenę wpływu wartości pH i temperatury na
efektywność procesów adsorpcji na ww. węglach
aktywnych,
––ocenę adsorpcji ww. farmaceutyków na modyfikowanych węglach aktywnych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Tradycyjne metody oczyszczania ścieków nie
eliminują skutecznie substancji leczniczych, które są coraz częściej identyfikowane w wodach
powierzchniowych. Ten typ zanieczyszczeń nie
jest obecnie monitorowany, chociaż doniesienia
literaturowe świadczą o występowaniu tych zanieczyszczeń w wielu wodach powierzchniowych,
w tym na terenie Śląska. W związku z wykorzystaniem wód powierzchniowych w SUW istnieje
niebezpieczeństwo poboru wód, w których obecne
są substancje farmaceutyczne. Badania pomogą
ocenić możliwości usuwania tych zanieczyszczeń na węglach aktywnych, wskazać warunki,
w których procesy adsorpcji ww. substancji farmaceutycznych zachodzą najefektywniej oraz
mogą być wykorzystane jako jedno z kryteriów
doboru określonych węgli aktywnych stosowanych w stacjach uzdatniania wody.
104
DOROTA ŚRODEK
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Krystalochemia minerałów supergrupy mayenitu
ze skał pirometamorficznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem projektu jest dokładne zbadanie i opisanie
minerałów supergrupy mayenitu. Aby cel ten
osiągnąć, niezbędne jest zebranie prób skalnych
zawierających minerały supergrupy mayenitu
ze wszystkich lokalizacji na świecie, a następnie
dokonanie ich analizy jakościowej i ilościowej
składu chemicznego. Niezbędne są również pomiary komórek elementarnych sieci krystalicznej
poszczególnych minerałów, aby móc ustalić wygląd
sieci krystalicznych i ułożenie w niej atomów.
Badania mają również na celu określenie genezy
poszczególnych minerałów supergrupy mayenitu
oraz opracowanie modelu pokazującego, w jakim
zakresie w obrębie tej grupy dochodzi do zjawiska
mobilności pierwiastków i ich podstawień. Na
podstawie uzyskanych podczas badań wyników
analizy chemicznej obliczane są wzory chemiczne
dla każdej mierzonej fazy oraz kwalifikowane są
one do konkretnej grupy minerałów. Następnie
na podstawie danych strukturalnych i wzorów
chemicznych opracowywane są modele 3D sieci
krystalicznej minerałów. Na tej podstawie możliwe jest znalezienie nowych, nieznanych faz oraz
określenie możliwości podstawień diadochowych
w fazach już znanych. Dzięki opracowaniu mineralogii prób i porównaniu ich z danymi literaturowymi oraz eksperymentalnymi możliwe jest
określenie warunków powstawania poszczególnych znalezionych faz mineralnych, co pozwala
na opracowanie warunków technicznych, jakie
muszą być spełnione, żeby odtworzyć odpowiednik
syntetyczny danej fazy.
105
Od momentu powstania zapotrzebowania na specjalistyczne materiały technologiczne widać wyraźny związek między minerałami a materiałami.
Wykazano, że w naturze istnieje wiele związków,
które mogą być z powodzeniem wykorzystywane
jako inspiracje do poszukiwania i wytwarzania
nowych materiałów. Przykładem takiego minerału
jest właśnie mayenit, który z powodzeniem stosowany jest przy produkcji cementów, przeźroczystych przewodników oraz w ochronie środowiska.
Opracowywany projekt da podstawy do stworzenia
filtrów ścieków, które charakteryzować się będą
niskimi kosztami produkcji oraz wysoką wydajnością, a także brakiem skutków negatywnych dla
środowiska naturalnego. Projekt ten wpłynie także
na przemysł ceramiczny – wiele nowoczesnych
technologii w tej dziedzinie opiera się na mayenitach, wskutek czego przy znalezieniu nowych faz
mineralnych w obrębie tej supergrupy możliwe są
dalsze odkrycia w dziedzinie wytwarzania nowych
materiałów dla przemysłu.
AGATA ŚWIERC
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Wyznaczanie strat ciepła przez przenikanie
istniejącego budynku mieszkalnego na potrzeby jego diagnostyki cieplnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Sektor budownictwa odpowiada aż za 40% całkowitego zużycia energii. Ze względu na wiek i stan
istniejącej infrastruktury budowlanej w sektorze
tym istnieją duże możliwości poprawy efektywności zużycia energii, poprzez wprowadzenie działań
termomodernizacyjnych opartych na wynikach
obliczeń charakterystyk energetycznych i przeprowadzonych audytów.
Redukcja zużycia energii w budynkach, uzyskana
poprzez prawidłową ocenę ich stanu na podstawie procedur diagnostyki cieplnej (szczególnie
strat związanych z przenikaniem) i właściwe przeprowadzenie modernizacji pozwoli nie tylko na
zmniejszenie zużycia energii w budynkach, obniżenie kosztów ogrzewania i poprawę warunków
zamieszkania lokatorów, ale także na ograniczenie
wydobycia pierwotnych nośników energii, a tym
samym ochronę środowiska i zmniejszenie emisji
CO2 do atmosfery.
Celem naukowo-badawczym realizowanej pracy
doktorskiej jest zbadanie związków pomiędzy
warunkami otoczenia, własnościami fizycznymi
przegród budowlanych oraz systemem zaopatrzenia w ciepło w celu opracowania nowej, innowacyjnej metody pozwalającej na wyznaczenie strat
ciepła budynku przez przenikanie na podstawie
krótkich pomiarów in situ wykonywanych w ramach prowadzanej w budynkach diagnostyki
cieplnej. W przeciwieństwie do dotychczasowych
rozwiązań metoda ta wykorzystuje krótkie pomiary zużycia ciepła w budynku, dzięki czemu,
z uwagi na niskie koszty i nakład pracy, może
zostać z powodzeniem zastosowana w praktyce.
W pracy doktorskiej zaproponowano metodę bilansową zmodyfikowaną tak, żeby było możliwe
uwzględnienie nieustalonego charakteru wymiany
ciepła występującego w warunkach rzeczywistych. Przepływ ciepła w budynkach jest procesem dynamicznym i dlatego szczególnie istotne
w odniesieniu do krótkich pomiarów in situ jest
zrozumienie zjawisk o nieustalonym charakterze
występujących w czasie pomiarów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zastosowanie opracowanej w pracy doktorskiej
metody pozwoli na dokładniejsze wyznaczenie
charakterystyki energetycznej budynku i wykonanie audytu określającego możliwości poprawy
zastanego stanu ochrony cieplnej budynku, co
w sposób bezpośredni przyczyni się do zwiększenia
efektywności termomodernizacji, a tym samym do
oszczędności energii i paliw używanych do jej wytworzenia, zatem również do ochrony środowiska.
Modernizacja infrastruktury budowlanej województwa śląskiego pozwoli na zwiększenie atrakcyjności inwestycyjnej regionu poprzez stworzenie
polepszonych warunków zamieszkania przy niższych kosztach ogrzewania oraz wpłynie korzystnie
na jakość powietrza i ochronę środowiska naturalnego, co wpisuje się w założenia budownictwa
zrównoważonego.
106
EDYTA TRZEBIŃSKA
Politechnika Śląska
Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki, Instytut Techniki Cieplnej
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Eksperymentalno-numeryczne badania pracy silnika
o zapłonie iskrowym zasilanego paliwami alternatywnymi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W ostatnich latach w transporcie coraz większego
znaczenia nabierają aspekty ekologiczne. W dużej
części jest to związane ze zwiększeniem emisji
zanieczyszczeń spowodowanym wzrostem liczby
pojazdów, co wynika z rosnącej mobilności społeczeństw. Aby zapobiec dalszemu niekorzystnemu
wpływowi motoryzacji na powietrze atmosferyczne, na silniki spalinowe nakładane są normy
emisji szkodliwych substancji w spalinach. Coraz
bardziej rygorystyczne normy emisji powodują, że
producenci silników szukają nowych rozwiązań,
aby sprostać rosnącym wymaganiom. Jednym
z nich jest zastosowanie mieszanek ubogich paliw
alternatywnych, jednak wiąże się to z koniecznością doboru materiałów konstrukcyjnych o odpowiednich parametrach wytrzymałościowych oraz
przeciwkorozyjnych. Głównym celem naukowym
prowadzonych badań jest budowa modelu numerycznego pozwalającego określić skład spalin oraz
parametry termodynamiczne wewnątrz cylindra
i w kolektorze wylotowym podczas spalania mieszanek ubogich paliw alternatywnych. Ponadto
umożliwi on przeprowadzenie analizy zjawisk
cieplno-przepływowych zachodzących w komorze spalania silnika. Opracowany model zostanie
poddany weryfikacji i walidacji eksperymentalnej.
107
Zwalidowany model numeryczny posłuży do
przeprowadzenia wielowariantowych obliczeń
pozwalających zoptymalizować pracę silnika przy
zasilaniu mieszankami ubogimi paliw alternatywnych. Znaczna liczba zmiennych powoduje, że
badania doświadczalne są bardzo czasochłonne,
generując przy tym znaczne koszty. Analiza numeryczna pozwala na znaczne zniwelowanie tych
kosztów, ograniczając je do niezbędnego minimum.
W związku z tym symulacje numeryczne są bardzo ważnym narzędziem wspierającym badania
eksperymentalne podczas projektowania nowych
i modyfikacji istniejących silników. Dopracowany
model może w przyszłości posłużyć do wspomagania projektowania silników, jak również może mieć
wpływ na ulepszenie kodu CFD. Wyniki symulacji
numerycznych zarówno w zakresie temperatur
ścianek wewnętrznych kolektora wylotowego, jak
i wartości przepływu są także cenną wskazówką
dla projektantów silników. Informacje te są bardzo
trudne do uzyskania na drodze eksperymentalnej
ze względu na bardzo duże koszty takich analiz oraz
konieczność wysokiej częstotliwości próbkowania
(72 tys. razy na sekundę, czyli co 14 mikrosekund).
MAŁGORZATA WIĄCEK
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Modyfikacja chemiczna polistyrenu w celu redukcji jego palności
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem badań jest modyfikacja chemiczna polistyrenu w celu redukcji jego palności na drodze
kopolimeryzacji styrenu z modyfikowanymi monomerami. Obecnie najczęściej stosowaną metodą
uniepalniania polistyrenu jest modyfikacja fizyczna
związana z zastosowaniem addytywnych związków uniepalniających. Tego typu modyfikacja
jest stosunkowo prosta do realizacji, jednakże nie
jest pozbawiona wad; m.in. podczas spalania następuje emisja dużych ilości toksycznych gazów,
a wraz ze zwiększeniem zawartości antypirenów
addytywnych pogorszeniu ulegają właściwości
mechaniczne tworzywa. Alternatywną metodą
prowadzącą do redukcji palności polistyrenu jest
modyfikacja chemiczna z zastosowaniem reaktywnych antypirenów. Wprowadzenie do struktury
makrocząsteczki wybranych antypirenów reaktywnych połączonych kowalencyjnie z atomami
halogenowców, fosforu, krzemu czy boru powinno zwiększyć stabilność termiczną oraz obniżyć
palność polistyrenu. Związki te hamują reakcje
rodnikowe zachodzące w fazie gazowej i stałej,
które mają istotne znaczenie dla procesu spalania.
Otrzymane (ko)polimery styrenowe poddawane
są szczegółowym badaniom termicznym: analizie
termograwimetrycznej (TGA) oraz różnicowej
kalorymetrii skaningowej (DSC), a także badane są
pod względem palności z wykorzystaniem mikrokalorymetru pirolizy i spalania (PCFC). Wyniki tych
analiz pozwolą świadomie projektować materiały
polistyrenowe o zredukowanej palności.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania mają na celu otrzymanie
polistyrenu o ograniczonej palności, mogącego
znaleźć praktyczne zastosowanie zarówno jako
lity, jak i piankowy materiał polistyrenowy. Problem ograniczenia palności polistyrenu jest jak
najbardziej aktualny z uwagi na prawodawstwo
Unii Europejskiej, prowadzące do wycofywania
w przyszłości powszechnie stosowanych antypirenów addytywnych. Zainteresowanie wynikami
prowadzonych badań może być podyktowane
aspektami ekonomicznymi oraz ekologicznymi,
a uzyskana wiedza może przyczynić się zarówno do
ochrony środowiska naturalnego w województwie
śląskim, jak i dostarczyć nowych informacji na
temat uniepalniania polimerów stosowanych jako
materiały termoizolacyjne w obiektach budowlanych. W świetle współczesnych wymogów dotyczących ochrony środowiska naturalnego i dużego
zapotrzebowania na materiały ognioodporne może
mieć to duże znaczenie i powinno przełożyć się na
praktyczne wykorzystanie zdobytej w wiedzy.
108
KRZYSZTOF WOLSKI
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Badania eksperymentalne spalania tlenowego
biomasy agro i leśnej w cyrkulacyjnej warstwie fluidalnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W ramach pracy wykonano wiele eksperymentów procesu spalania biomasy w cyrkulacyjnej
warstwie fluidalnej w powietrzu oraz w mieszaninach O2/CO2 o koncentracji tlenu do 40%. Do
badań zastosowane zostały różne paliwa biomasowe z uwzględnieniem ich podziału na rolniczą
(agro) i leśną. Jest to o tyle istotne, że biomasa agro
jest znacznie bardziej problematyczna w procesie
spalania, gdyż posiada wysoką zawartość metali
alkalicznych, chloru oraz pierwiastkowego azotu.
Biomasę leśną stanowiła sosna zwyczajna oraz
pelet drzewny. Natomiast na biomasę agro wytypowano słomę pszeniczną, wierzbę energetyczną,
miskanta olbrzymiego oraz ślazowca pensylwańskiego. W ramach badań wykonano szczegółowe
analizy badanych paliw, m.in. analizę techniczną
i elementarną, porozymetrię ciśnieniowo-rtęciową, mikroskopię skaningową oraz wyznaczono
temperatury mięknięcia i topliwości popiołów.
Wyznaczono temperaturę powierzchni i środka
próbki biomasy, czas i temperaturę zapłonu, czas
spalania części lotnych, całkowity czas spalania oraz
emisje zanieczyszczeń. Ponadto wyniki uzupełniono o analizę termograwimetryczną (TG/DTG/DTA).
109
Uzyskane wyniki badań eksperymentalnych mogą
zostać wykorzystane w przyszłości do optymalizacji i usprawnienia spalania biomasy w kotłach
z cyrkulacyjną warstwą fluidalną. Niewątpliwą
innowacyjnością jest przeprowadzenie badań
w metodzie spalania tlenowego, która zalicza się
do technologii wychwytywania i składowania
CO2 (Carbon Capture and Storage). Ogólnoświatowe
zainteresowanie technologią wynika głównie
z perspektywy bezpośredniej sekwestracji CO2.
Koncepcja spalania tlenowego biomasy mogłaby
w przyszłości pozwolić osiągnąć w założeniu „ujemną” emisję dwutlenku węgla do atmosfery. Wynika
to z dwóch czynników: przepisów UE traktujących
biomasę, jako paliwo zeroemisyjne oraz zasadniczej
zalety technologii CCS – sekwestracji CO2. Technologia możliwa jest do zastosowania w istniejących
jednostkach z cyrkulacyjną warstwą fluidalną
poprzez dobudowę tlenowni, układu recyrkulacji spalin oraz instalacji oczyszczania i sprężania
CO2. Ważnym aspektem w spalaniu tlenowym
było oznaczenie temperatur topliwości popiołów
dla paliw biomasowych, gdyż ich przekroczenie
niesie ze sobą zasadnicze problemy: tworzenie się
aglomeratów w warstwie fluidalnej oraz osadów
na powierzchniach ogrzewalnych kotła.
MAGDALENA WÓJTOWICZ
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie dla ochrony środowiska
problem badawczy:
Badania wpływu obecności grup funkcyjnych w polimerze na jego
właściwości w procesie usuwania CO2 z gazów odlotowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prowadzone w ramach pracy doktorskiej badania
dotyczą nowych materiałów membranowych
projektowanych pod kątem ich przydatności do
wydzielania CO2 z gazów powstających w procesach energetycznego spalania węgla. Uznaje
się, że CO2 jest jednym z głównych gazów cieplarnianych powodujących ocieplenie klimatyczne
i jedynie drastyczne ograniczenie emisji CO2 może
zapobiec niekorzystnym zmianom. Celem pracy
doktorskiej jest ustalenie zależności pomiędzy
strukturą i właściwościami nowych polimerów
w procesach membranowej separacji mieszaniny
CO2 /N2. Badany jest wpływ określonych grup funkcyjnych wprowadzanych do łańcucha poliimidu
na szybkość permeacji gazów przez membrany
otrzymane z syntetyzowanych polimerów. Grupy
funkcyjne wprowadzane są na drodze polikondensacji z wykorzystaniem odpowiednich monomerów
lub poprzez postmodyfikację przy zastosowaniu
reakcji Mitsunobu. Grupy te dobierane są pod
kątem zwiększenia rozpuszczalności CO2 i/lub
szybkości dyfuzji CO2 przez membranę, czego skutkiem powinien być wzrost jej przepuszczalności
i selektywności.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Problem wzrastającej emisji CO2 do atmosfery
i wynikającego z niej efektu cieplarnianego jest
wprawdzie problemem globalnym, jednakże regulacje prawne wymuszające ograniczenia emisji CO2
będą dotykać szczególnie regionów wysoko uprzemysłowionych, w tym Śląska. Technologie membranowe uznawane są za przyjazne dla środowiska,
a przy tym również za konkurencyjne w stosunku
do konwencjonalnych metod separacji, głównie ze
względu na mniejsze zużycie energii, niższe koszty
instalacji oraz łatwość dostosowania do istniejących
już technologii przemysłowych. O efektywności
całego procesu separacji decyduje materiał, z którego wytwarzana jest membrana. W przypadku
usuwania CO2 z gazów odlotowych istotna jest
przede wszystkim jak największa przepuszczalność
membrany w stosunku do CO2 przy odpowiednio
wysokiej selektywności CO2 /N2. Materiały takie
powinny być także odporne termicznie, aby zredukować koszty związane z chłodzeniem strumienia
gazów odlotowych oraz odporne chemicznie ze
względu na obecność agresywnych zanieczyszczeń,
odporne na plastyfikację i starzenie oraz wykazywać dobre właściwości przetwórcze. Obecnie
największe możliwości spełnienia tego rodzaju
wymagań wykazują membrany polimerowe, w tym
membrany otrzymywane z poliimidów.
110
111
TECHNOLOGIE
INFORMACYJNE
I TELEKOMUNIKACYJNE
KAMIL DWORAK
Uniwersytet Śląski, Wydział Informatyki i Nauki o Materiałach
Instytut Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Zastosowanie metod inteligencji obliczeniowej w kryptologii
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Ograniczenia polegające na kontroli dostępu oraz
najzwyklejszym uwierzytelnieniu są już dzisiaj
niewystarczające. Niebezpieczeństwo przechwycenia jakichkolwiek danych wrażliwych może
wywodzić się od samych administratorów i programistów danego systemu informatycznego.
Z pomocą przychodzi tutaj kryptografia, nauka
zajmująca się szyfrowaniem oraz deszyfrowaniem
informacji. Głównym jej celem nie jest ukrycie
faktu istnienia danej wiadomości, a przetworzenie
jej do takiego stopnia, że staje się ona czytelna tylko
przeznaczonym jej odbiorcom. Procesy kryptologiczne nie należą do najprostszych, a przede
wszystkim najszybszych. Prowadzone badania
dotyczą zastosowania metod sztucznej inteligencji
(w szczególności inteligencji obliczeniowej) w procesach kryptologicznych w celu optymalizacji tych
procesów. Wstępne wyniki badań zaprezentowano
m. in. na konferencjach międzynarodowych, takich
jak Asian Conference on Intelligent Information
and Database Systems (2014) oraz International
Conference on Computational Collective Intelligence Technologies and Applications (2014) i zostały one opublikowane w takich monografiach
konferencyjnych jak Springer-Verlag Lecture
Notes in Computer Science. Badania w dużej mierze
opierają się na współpracy z gliwicką firmą Future-Processing, która daje możliwości wprowadzenia
nowych algorytmów na rynek, dzięki czemu znajdują one swoje zastosowanie oraz zostają doskonale
przetestowane w przemyśle informatycznym.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Usprawnienie obecnych algorytmów kryptologicznych może okazać się bardzo wartościowe
dla każdej aplikacji i systemu informatycznego,
przechowującego jakiekolwiek dane wrażliwe.
Przyśpieszenie czasu działania algorytmów kryptologicznych znacznie poprawi ich efektywność,
dzięki czemu będzie można podnieść standard
ich bezpieczeństwa. Wprowadzone modyfikacje
i usprawnienia do obecnie stosowanych algorytmów kryptologicznych umożliwią opracowanie
oryginalnych i niespotykanych rodzajów szyfrowań, wymagających bardziej zaawansowanej
kryptoanalizy. Wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie nie tylko do wiadomości tekstowych,
lecz także do danych multimedialnych, takich
jak obrazy czy dźwięki. Mogą być zastosowane
w systemach medycznych (przechowujących np.
zdjęcia rentgenowskie) czy w kryminalistycznych
systemach biometrycznych (przechowywanie
danych w postaci zdjęć odciski palców). Wszystkie
multimedia powinny być zaszyfrowane do takiego
stopnia, aby nie było możliwe podejrzenie ich przez
osoby trzecie, którym udało się uzyskać do nich
nieautoryzowany dostęp.
114
MICHAŁ FRĄTCZAK
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Modelowanie i sterowanie płytowymi wymiennikami ciepła
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Temat pracy związany jest ściśle z zagadnieniami
modelowania i symulacji procesów ciągłych –
w tym przypadku procesu wymiany ciepła zachodzącego w wymienniku płytowym. Dzięki
kompaktowej budowie i dużej efektywności działania wymienniki takie są obecnie powszechnie
wykorzystywane w instalacjach nagrzewania/chłodzenia, praktycznie w każdej dziedzinie przemysłu.
W pracy planuje się przeanalizowanie i weryfikację
metod uproszczonego modelowania procesów
wymiany ciepła pod kątem wykorzystania ich
do modelowania płytowych wymienników ciepła tak, aby końcowa postać modelu stanowiła
kompromis pomiędzy złożonością a możliwością
opisania najważniejszych zjawisk zachodzących
w aparacie. Dostępność takiego modelu umożliwi
syntezę zaawansowanych algorytmów sterowania wymiennikiem ciepła. Planuje się wziąć pod
uwagę regulatory predykcyjne, regulatory typu
model-based oraz zupełnie nowatorskie regulatory
bazujące na uproszczonej aproksymacji modelu
w postaci równań różniczkowych cząstkowych.
Odpowiednie algorytmy regulacji miałyby wpływ
na poprawę wydajności oraz żywotności układów,
w których są stosowane. Dodatkowo dzięki nim
można zwiększyć kontrolę nad niewykorzystaną
energią, dbając tym samym o ochronę środowiska.
115
Rejon województwa śląskiego należy do najbardziej
uprzemysłowionych regionów Polski, a praktycznie
w każdej gałęzi przemysłu można znaleźć procesy,
w których wykorzystuje się zjawiska wymiany ciepła. Dotyczy to procesów nagrzewania/chłodzenia
z wykorzystaniem płynnych czynników, np. wody
lub glikolu. W takich przypadkach powszechnie
wykorzystuje się płytowe wymienniki ciepła, które
są w stanie zapewnić wysoką efektywność przy
możliwie niewielkich rozmiarach samego aparatu.
Tematyka pracy poświęcona jest uproszczonemu
modelowaniu wymienników płytowych na cele
syntezy zaawansowanych algorytmów regulacji
tymi urządzeniami. Potencjalnie więc praktyczna
implementacja takich algorytmów może przyczynić
się do podniesienia konkurencyjności gospodarki
regionu województwa śląskiego.
TOMASZ GRZEJSZCZAK
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Wykrywanie i lokalizacja punktów charakterystycznych
dłoni w obrazach cyfrowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prowadzone badania łączą dziedziny algorytmów
wnioskowania oraz metody przetwarzania obrazów. W ramach rozprawy doktorskiej przygotowywany jest program wykrywający i lokalizujący
punkty charakterystyczne dłoni w celu przyszłej
identyfikacji ułożenia dłoni. Obecnie napotkać
można wiele systemów rozpoznawania gestów,
które tworzone są na podstawie różnych technologii. Niestety rozwiązania te często wymagają
posiadania specjalistycznego sprzętu, którego
cena bywa wysoka. W ramach prowadzonych
prac skupiono się na algorytmach przetwarzania
obrazu barwnego, ponieważ tradycyjne kamery
światła widzialnego są powszechnie stosowane,
a ich cena jest znacznie niższa. W implementowanym rozwiązaniu wykorzystano algorytmy
detekcji skóry, metody ekstrakcji cech charakterystycznych z obrazu oraz metody wnioskowania
w celu identyfikacji wykrytych punktów. W trakcie badań porównywane są istniejące algorytmy
ekstrakcji cech dłoni z naciskiem na czas działania
algorytmu, dokładność lokalizacji i liczebność poprawnie wyrytych punktów. Zaimplementowane
rozwiązania poddawane są seryjnym testom na
stworzonej bazie obrazów zawierających zdjęcia
rąk przedstawiających różne gesty. Bazę tworzą
zdjęcia kilkudziesięciu osób przedstawiających
gesty polskiego i amerykańskiego języka palcowego. Wyniki uzyskiwane są za pomocą walidacji
zbioru punktów wykrytych, z użyciem zbioru
punktów charakterystycznych oznaczonych przez
ekspertów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem prowadzonych badań jest stworzenie algorytmu wykrywającego punkty charakterystyczne
dłoni, aby opracować nowe technologie umożliwiające komunikację człowieka z komputerem za
pomocą gestów. Szeroko rozumiana technologia
dotykowa wykorzystywana jest w coraz większej
liczbie urządzeń. Można zatem zakładać, że w przyszłości sterowanie bezdotykowe będzie równie
powszechne. Wyniki prowadzonych badań można
wykorzystać do tworzenia urządzeń sterowanych
za pomocą gestów dłoni. Zastosowania praktyczne są nieograniczone. Od rynku innowacyjnych
reklam, poprzez sterowanie urządzeniami użytku codziennego, do rozwiązań przemysłowych.
W każdej branży można zastosować sterowanie
z użyciem gestów w celu zwiększenia intuitywności
sterowania. Dodatkowo algorytmy rozpoznawania
gestów mogą zostać wykorzystane do stworzenia
systemu rozpoznawania języka migowego.
116
AGNIESZKA KNOPPIK-WRÓBEL
Politechnika Śląska
Wydział Budownictwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Analysis of early-age thermal-shrinkage stresses in RC walls
(Analiza naprężeń w ścianach żelbetowych
poddanych wczesnym wpływom termiczno–skurczowym)
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem projektu badawczego jest stworzenie modelu
numerycznego wraz z implementacją do analizy
naprężeń powstających w ścianach żelbetowych
we wczesnych fazach dojrzewania betonu. Beton
jest obecnie jednym z najpopularniejszych materiałów konstrukcyjnych. Wczesne rysy o genezie
termiczno-skurczowej są w tej technologii problemem powszechnym, a ich występowanie wiąże się
z koniecznością pracochłonnych i kosztownych
napraw. Na taki stan rzeczy składa się niemal brak
w Polsce zaleceń normatywnych dotyczących
sposobu uwzględniania wpływów termiczno-skurczowych w konstrukcjach betonowych oraz
brak narzędzi do analizy tych konstrukcji. Rozwiązaniem jest stworzenie modelu numerycznego
wraz z implementacją, umożliwiającego analizę
ryzyka zarysowania o charakterze termiczno-skurczowym.
Rozwinięty zostanie model numeryczny, przy
użyciu którego możliwe będzie przeprowadzenie symulacji rozwoju temperatur twardnienia,
zmian wilgotności, stanu naprężenia, wytężenia
i ryzyka zarysowania w elementach betonowych
z uwzględnieniem zróżnicowanych czynników
materiałowych, warunków technologicznych
i konstrukcyjnych. Jego kalibracja przeprowadzona będzie na podstawie danych uzyskanych
z rzeczywistych obiektów. Model numeryczny pozwoli na analizę konstrukcji betonowych w czasie
i przestrzeni, uwzględniając zmienność warunków
środowiskowych i technologicznych, etapowe
wykonanie elementu oraz jego współpracę z pod-
117
łożem gruntowym. Implementacja modelu będzie
mogła być uruchamiana pod różnymi systemami
operacyjnymi na typowych stacjach roboczych. Nie
ma obecnie oprogramowania, które pozwoliłoby
na tak kompletną analizę, zapewniając jednocześnie stosunkowo małą złożoność obliczeniową
i prostotę obsługi. Otrzymane rezultaty analiz
posłużą do opracowania metod obliczeniowych
oraz zaleceń. Powstanie uproszczony model zachowania ścian żelbetowych: algorytm obliczeń
wraz z parametrami.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W efekcie projektu powstanie zestaw narzędzi
dla praktykujących inżynierów. Umiejętność
symulacji zjawisk zachodzących w elementach
konstrukcyjnych z młodego betonu umożliwi prawidłowe projektowanie i wykonawstwo nowych
betonowych obiektów budowlanych oraz ocenę
stanu technicznego obiektów istniejących. Pozwoli
również na rozwój technologii betonu, a także
udoskonalenie technik wykorzystywanych do
wznoszenia i pielęgnacji konstrukcji betonowych.
Umiejętność ograniczania ryzyka powstawania
wczesnych rys termiczno-skurczowych zapewni
projektowanie i wznoszenie obiektów o większej niezawodności. Rozwiązania konstrukcyjne
i technologiczne powstałe dzięki wykorzystaniu
tego zestawu narzędzi mogą stać się elementem
portfolio śląskich przedsiębiorców.
JOLANTA KONIECZKOWSKA
Uniwersytet Śląski
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Nowe fotoadresowalne polimery: badanie wpływu budowy chemicznej
na właściwości, w tym indukowane światłem spolaryzowanym
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem pracy jest synteza i charakterystyka nowych
polimerów z kowalencyjnie przyłączonymi chromoforami i fotoaktywnych polimerów supramolekularnych, w których analizowany będzie wpływ
budowy łańcucha głównego polimeru i barwnika
oraz sposobu jego połączenia z makrocząsteczką. Do
syntezy przewidziane są fotoadresowalne polimery
zawierające równocześnie w makrocząsteczce kilka
typów chromoforów różniących się zakresem
absorpcji promieniowania UV-vis. Poza syntezą
celem pracy jest przeprowadzenie systematycznych badań dotyczących wybranych właściwości fizykochemicznych otrzymanych związków,
w tym indukowanych światłem spolaryzowanym,
w świetle szczegółowych zależności strukturalnych
pod kątem zastosowania tychże materiałów do
wytwarzania struktur fotonicznych, czy też do
optycznego zapisu informacji. Badania prowadzone
będą w „sprzężeniu zwrotnym”, tzn. wyniki badań
określonych właściwości, w tym fotoindukowanej
anizotropii optycznej, będą stanowiły inspirację
do dalszej modyfikacji chemicznej otrzymanych
związków.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
ności w ocenie ich przydatności jako materiałów
do konkretnych zastosowań w optoelektronice
i fotonice. Dlatego też pojawia się potrzeba prowadzenia badań, które określą zależności pomiędzy
budową chemiczną a określonymi właściwościami.
Otrzymanie i zbadanie związków przewidzianych
do syntezy winno pozwolić na ustalenie pewnych
zależności pomiędzy zjawiskami fotoindukowanymi a wybranymi elementami strukturalnymi.
Z kolei uzyskanie tego rodzaju wiedzy umożliwi
w pełni świadome projektowanie materiału, przy
uwzględnieniu konkretnych wymagań stawianych
związkom organicznym dla danego zastosowania, w tym przypadku do wytwarzania struktur
fotonicznych czy też do holograficznego zapisu
informacji. Struktury fotoniczne mogą znaleźć
różnorodne zastosowanie, np. do wytwarzania
dyfrakcyjnych elementów optycznych, warstw
porządkujących ciekłe kryształy, sprzęgaczy światła w światłowodach planarnych czy elementów
uginających światło. Nowym pomysłem jest zastosowanie siatek reliefowych jako warstw porządkujących barwniki w modułach fotowoltaicznych,
które to badania zostaną przeprowadzone w firmie
Abraxas. Wyniki badań będą przedmiotem publikacji w czasopismach o zasięgu międzynarodowym
z tzw. Listy Filadelfijskiej i będą prezentowane na
krajowych/międzynarodowych konferencjach.
Prowadzone badania mają na celu otrzymanie
nowych polimerów fotochromowych o potencjalnym zastosowaniu w fotonice i optoelektronice. Złożoność zjawisk decydujących o efektach
fotoindukowanych w związkach organicznych
szczególnie wielkocząsteczkowych, nastręcza trud-
118
SEBASTIAN KURCZYK
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Zastosowanie algorytmów typu soft computing w redukcji hałasu i drgań
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania skupiają się na udoskonaleniu metod
aktywnej i półaktywnej izolacji wibroakustycznej
pracujących urządzeń. Polegają na wykorzystaniu
szeregu algorytmów zaliczanych do grupy soft
computing, w tym między innymi sztucznych
sieci neuronowych, logiki rozmytej, algorytmów
ewolucyjnych i innych. Bezpośrednim celem prowadzonych badań jest redukcja hałasu pracującego urządzenia poprzez wzbudzenie do drgań
jego obudowy. Zaletą metod aktywnej izolacji
wibroakustycznej jest możliwość redukcji hałasu
bez konieczności stosowania pasywnych barier,
które mogą znacząco zwiększać gabaryty obudowy
urządzenia i powodować problemy z wymianą
ciepła przez obudowę.
119
Spodziewanym wynikiem prowadzonych badań jest opracowanie algorytmów sterowania
i metodologii pozwalającej na ich zastosowanie
w warunkach przemysłowych. Redukcja hałasu
pracujących urządzeń może znaleźć zastosowanie
w poprawie warunków na stanowisku pracy ludzi
narażonych na nadmierną ekspozycję na hałas.
Innym możliwym zastosowaniem prowadzonych
badań może okazać się wyciszenie sprzętu gospodarstwa domowego.
KATARZYNA ŁABA
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych PAN
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Charakterystyka nowych metalopolimerów przewodzących,
zawierających w strukturze makrocykle pochodnej ftalocyjaniny,
pod kątem zastosowania w optoelektronice molekularnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Obecnie w optoelektronice powszechnie stosowane
są nieorganiczne materiały półprzewodnikowe. Dążenie do zastąpienia klasycznych półprzewodników
materiałami organicznymi związane jest z takimi
zaletami związków organicznych, jak: elastyczność,
tańsze metody przetwórcze oraz szeroki zakres
właściwości optycznych, optoelektronicznych,
foto- oraz elektroluminescencyjnych.
Badania prowadzone w ramach pracy doktorskiej mają na celu syntezę nowych polimerów
przewodzących oraz wykonanie zaawansowanej,
kompleksowej charakterystyki fizykochemicznej
materiałów, obejmującej badania:
––elektrochemiczne (woltamperometria cykliczna
CV, pulsowa woltamperometria różnicowa DPV),
––spektroelektrochemiczne (UV-Vis-NIR, EPR –
elektronowy rezonans paramagnetyczny),
––spektroskopowe (UV-Vis, fluorescencja).
Materiały zostaną przebadane w postaci roztworów
oraz cienkich warstw.
Celem badań jest określenie wpływu ligandów aksjalnych (karbazolowych pochodnych pirydyny) na
właściwości użytkowe kompleksów pochodnej metaloftalocyjaniny oraz wyciągnięcie szczegółowych
wniosków o przydatności i sposobie zastosowania
rozpatrywanych materiałów w urządzeniach optoelektronicznych. Proponowane związki mają
łączyć w sobie korzystne właściwości karbazolu
z bardzo dobrym fotoindukowanym przeniesieniem elektronu i dziur w metaloftalocyjaninach.
Scharakteryzowane zostaną zarówno związki
kompleksowe, jak i związki pełniące rolę ligandów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Proponowane badania, a w konsekwencji również
wytworzenie i rozpoznanie właściwości fizykochemicznych materiałów opartych na polimerach przewodzących pozwolą pogłębić wiedzę
o wpływie struktury polimeru na jego konkretne,
pożądane właściwości, mające kluczowe znaczenie
w konstrukcji urządzeń stosowanych w optoelektronice. Umożliwi to produkcję wyrobów o lepszych
i pożądanych cechach.
Materiały otrzymane na bazie proponowanych
związków mogą być potencjalnie zastosowane
w szerokiej gamie zastosowań komercyjnych, np.:
organicznych diodach elektroluminescencyjnych
(OLED), panelach elektrochromowych lub ogniwach fotowoltaicznych. Na podstawie przeprowadzonych badań zostanie określone ewentualne, możliwe zastosowanie badanych związków
w przemyśle optoelektronicznym.
120
TOMASZ NOWAK
Politechnika Częstochowska
Instytut Inteligentnych Systemów Informatycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Algorytmy wyszukiwania oraz porównywania obrazów
w dużych zbiorach danych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Głównym celem badań jest opracowanie efektywnych i innowacyjnych metod eksploracji obrazów
zapisanych w postaci cyfrowej oraz stworzenie
odpowiedniego indeksu w bazie danych, przyśpieszającego proces ich wyszukiwania. Zadanie
to składa się z wielu mniejszych złożonych matematycznie problemów, które należy rozwiązać w celu
osiągnięcia założonego efektu. Praca naukowa
skupia się na badaniu oraz modyfikacji istniejących
metod i tworzeniu nowych algorytmów dotyczących przetwarzania obrazów, które znajdują
zastosowanie na wielu różnych płaszczyznach,
zaczynając od sieci WWW, poprzez turystykę,
różnego rodzaju procesy przemysłowe na zastosowaniach medycznych kończąc.
Celem pracy jest opracowanie efektywnych metod
semantycznej analizy obrazu, które pozwolą na
zapis obrazu cyfrowego do bazy danych w formie,
umożliwiającej jego wydajne porównywanie z innymi obrazami znajdującymi się w przeszukiwanym zbiorze. Badania są prowadzone na podstawie
faktycznej zawartości obrazu (tzw. semantyczna
analiza obrazu). Zestaw technik dotyczących
komputerowego przetwarzania obrazów (CBIR)
pozwala na faktyczną analizę obrazów, a nie słowa
kluczowe i etykiety skojarzone z obrazami. Wyszukiwanie obrazów na podstawie ich zawartości
jest zbiorem metod z różnych dziedzin, takich jak
statystyka, rozpoznawanie obrazów i wzorców,
przetwarzanie sygnałów, uczenie maszynowe,
inteligencja obliczeniowa, widzenie komputerowe
oraz bazy danych.
121
Efektywne zastosowanie technik przetwarzania
obrazów w wielu dziedzinach gospodarczych nie
wymaga dużych nakładów finansowych, a daje
ogromne możliwości modyfikacji istniejących
procesów przemysłowych oraz rozwoju innowacyjnych technologii. Dzięki zastosowaniu technik
przetwarzania obrazów małe i średnie przedsiębiorstwa będą mogły pozwolić sobie na zastosowanie
nowoczesnych technologii. Specjalistyczne techniki
przetwarzania obrazów są doskonałym narzędziem
do zwiększenia wydajności istniejących rozwiązań w wielu różnych dziedzinach. Konkretnymi
przykładami wykorzystania wydajnych technik
przetwarzania obrazu mogą być m.in.:
• nowoczesne techniki pomiarowe,
• automatyzacja procesów przemysłowych,
• kontrola jakości różnych etapów produkcji,
• nowoczesna diagnostyka wizyjna,
• diagnostyka medyczna.
SANDRA PLUCZYK
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny, Katedra Fizykochemii i Technologii Polimerów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Bipolarne pochodne s-tetrazyny do zastosowań
jako materiały aktywne w optoelektronice
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Głównym celem badań prowadzonych w ramach
pracy doktorskiej jest charakterystyka elektrochemiczna i spektroelektrochemiczna organicznych układów niskocząsteczkowych i układów
oligomerowych i polimerowowych otrzymanych
na drodze elektrochemicznej polimeryzacji. Badania mają posłużyć do identyfikacji materiałów
o pożądanych właściwościach pod kątem zastosowań w (opto)elektronice. W obecnym czasie
szczególnie istotne jest poszukiwanie organicznych materiałów wykazujących przewodnictwo
elektronowe (organiczne półprzewodniki typu n).
Jednakże dotychczasowe badania organicznych
związków skoniungowanych, mogących pełnić
funkcję półprzewodników w układach (opto)elektronicznych, dotyczą głównie półprzewodników
typu p. Z tego powodu zainteresowania naukowe
skoncentrowano na związkach posiadających
w swojej strukturze grupę elektronoakceptorową, która, ulegając redukcji, może wykazywać
przewodnictwo elektronowe. Interesującą pod
tym względem grupą związków wydają się być pochodne s-tetrazyny, do tej pory głównie kojarzone
z materiałami wysokoenergetycznymi. Niemniej
jednak odpowiednie sfunckjonalizowanie pierścienia tetrazynowego może skutkować otrzymaniem
materiałów o bardzo ciekawych właściwościach
optycznych, optoelektronicznych a także foto- oraz
elektroluminescencyjnych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki badań w bezpośredni sposób dostarczą informacji na temat właściwości fizykochemicznych
nowej grupy związków. Analiza otrzymanych
danych umożliwi również oszacowanie wartości parametrów (m. in. energia orbitali HOMO
i LUMO oraz pasma wzbronionego) niezbędnych
przy projektowaniu dobrze działających urządzeń
(opto)elektronicznych na bazie tych materiałów.
Tego typu badania pozwolą opracować korelację
pomiędzy budową chemiczną związków a ich właściwościami. Ułatwi to planowanie syntez nowych
materiałów do zastosowań w (opto)elektronice. Ogół
tych działań może przyczynić się do pozyskania
materiału o charakterystykach umożliwiających
wdrożenie go do sprawnego i wydajnego układu
(opto)elektronicznego.
122
GRZEGORZ POPRAWA
Politechnika Śląska
Wydział Budownictwa, Katedra Mechaniki i Mostów
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Ocena bezpieczeństwa i wykrywanie uszkodzeń zmęczeniowych
stalowych konstrukcji mostowych na podstawie
pomiarów parametrów dynamicznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania dotyczą możliwości wykrywania uszkodzeń zmęczeniowych w stalowej konstrukcji mostowej za pomocą pomiaru i porównania odpowiedzi
dynamicznej konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej. Badania zostały oparte na wybranym typie
mostów. Jednym z najpopularniejszych z aktualnie
zabudowanych rozwiązań w kolejnictwie, służącym pokonaniu przeszkód o małej rozpiętości, są
stalowe mosty blachownicowe.
Diagnostyka za pomocą ciągłego lub okresowego
monitoringu parametrów dynamicznych (np. przyspieszeń, przemieszczeń w czasie) typowych obiektów mostowych jest w naszym kraju dziedziną
słabo rozpowszechnioną. Wynika to z konieczności
implementacji skomplikowanych, nowoczesnych
i co za tym idzie drogich rozwiązań. Systemy tego
typu zabudowywane są jedynie w konstrukcjach
o szczególnie dużej rozpiętości albo nowatorskim
schemacie konstrukcyjnym. Jednak nawet na tym
polu brak jest pełnej wiedzy na temat ich skuteczności oraz zasadności implementacji.
Konstrukcje stalowe na skutek relatywnie niewielkiej masy i niewielkiego tłumienia charakteryzuje
podatność na wpływy dynamiczne – drgania wywołane głównie przejazdem taboru. Prowadzi to
do powstawania znacznie większej liczby cykli
obciążenia zmęczeniowego niż w sytuacji obciążania i odciążania statycznego. W konsekwencji
we wrażliwych ze względów konstrukcyjnych
i materiałowych miejscach może dojść do pęknięcia
materiału tworzącego most, w tym wypadku stali.
Uszkodzenia takie mogą potencjalnie stanowić
123
zagrożenie dla bezpieczeństwa ruchu oraz mogą
sygnalizować, że rezus eksploatacji mostu już minął.
Osią problemu badawczego będą niszczące badania całych przęseł mostowych pozyskanych
z rozbiórek. Porównanie charakterystyk pracy
konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej pozwoli
na określenie możliwości wykrywania uszkodzeń
zmęczeniowych za pomocą tego typu pomiarów.
Równolegle z badaniami polowymi prowadzone
będzie modelowanie numeryczne badanego zagadnienia wraz z implementacją automatycznych
algorytmów detekcji uszkodzeń.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Podjęcie badań na polu pomiarów parametrów
dynamicznych konstrukcji uszkodzonej i nieuszkodzonej może dać odpowiedź, w jaki sposób należy
konstruować systemy bazujące na odpowiedzi
dynamicznej w konkretnych typach konstrukcji.
Żeby już na etapie projektowania monitoringu
ocenić zasadność jego implementacji, a idąc dalej
– optymalizować koszty wynikające z budowy
i eksploatacji tych systemów.
JAKUB ROSNER
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Metody zrównoleglania wybranych algorytmów wizji
komputerowej pod wielordzeniowe procesory graficzne
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Temat badań skupia się na analizie wykorzystania procesorów graficznych w zaawansowanych
zadaniach wizji komputerowej. Dzisiejsze procesory graficzne (GPU) w porównaniu z procesorami
centralnymi (CPU) cechują się ok. 7-krotnie wyższą
mocą obliczeniową (stosunek szczytowych ilości
wykonywanych operacji zmiennoprzecinkowych
na sekundę dla GPU w stosunku do CPU) oraz
ponad 10-krotnie niższym zużyciem energii elektrycznej (stosunek szczytowych ilości operacji
zmiennoprzecinkowych na 1 Watt energii dla
GPU w stosunku do CPU). Niestety nie wszystkie
algorytmy wizji komputerowej można wydajnie
zaimplementować na procesorach graficznych,
a te w przypadku których jest to możliwe, należy
w większości wypadków gruntownie przetransformować tak, aby na GPU działały wydajnie. Zadania
polegają na analizie krytycznych algorytmów wizji
komputerowej pod kątem ich implementacji na
procesorach graficznych z wykorzystaniem cech
unikalnych dla ich architektury tzw. zrównoleglenie algorytmu, aby jego poszczególne części
mogły być wykonywane na setkach lub tysiącach
jednostek obliczeniowych równocześnie, oraz
implementacja wynikowych algorytmów na procesorach graficznych w środowisku CUDA. Każdy
algorytm implementowany jest w kilku wersjach,
poczynając od naiwnej implementacji, często dużo
wolniejszej od swojego odpowiednika na procesorze centralnym. Następnie, badając wpływ różnych metod i optymalizacji na dany algorytm oraz
wykorzystując możliwości oferowane przez coraz
nowsze architektury procesorów, tworzy się nowe
wersje, często wielokrotnie szybsze od tej pierwotnej. Wydajność ostatecznej wersji algorytmu oraz
jakość otrzymanych wyników decyduje o tym, czy
dany algorytm warto wykorzystać w praktyce.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowywane algorytmy wizji komputerowej
wiążą się głównie z rozpoznawaniem oraz śledzeniem obiektów i wykorzystywane są m.in.
w monitoringu (śledzenie osób lub samochodów,
analiza prędkości pojazdów, wykrywanie niebezpiecznych sytuacji oraz zachowań ludzi), zarządzaniu transportem (analiza korków ulicznych, analiza
i wspomaganie decyzji w systemach komunikacji
publicznej), robotyce czy też technologiach medycznych. Głównymi problemami spotykanymi
w wymienionych dziedzinach są:
• niewystarczająca szybkość analizy obrazów
z kamer w przypadku systemów, gdzie obraz
przesyłany jest do serwerów dokonujących
analizy,
• zbyt wysokie zużycie energii kamer w systemach typu stand-alone, gdzie analiza odbywa się
bezpośrednio wewnątrz inteligentnej kamery
wyposażonej w procesor.
Oba wyżej wymienione problemy w wielu wypadkach można rozwiązać lub chociaż ograniczyć wykorzystując procesory graficzne oraz specjalnie pod
nie zoptymalizowane implementacje algorytmów.
124
JANUSZ RYGAŁ
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki
Instytut Inteligentnych Systemów Informatycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Algorytmy transformacji obrazów cyfrowych do formy leksykalnej
oraz metody szybkiego wyszukiwania cech izomorficznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Problematyka badań leży na pograniczu dwóch
światów: jeden z nich zajmuje się analizą i wyszukiwaniem informacji w formie tekstowej, drugi zaś
przetwarzaniem obrazów cyfrowych.
Dzięki współpracy z przemysłem możliwe było
dostrzeżenie dużych problemów z zarządzaniem
informacjami oraz wiedzą w wielu przedsiębiorstwach. W związku z tym zrodził się pomysł, a za
nim również realizacja, systemu indeksującego
oraz udostępniającego szybkie wyszukiwanie
informacji wewnątrz przedsiębiorstwa. Można
go określić jako prywatną wyszukiwarkę. System
przetwarza dane zapisane w formatach tekstowych txt, html itd. jak również w formatach msg,
xls, doc, ppt. Wersja druga została zainstalowana
w 2013 roku. System działa nieprzerwanie 7 dni
w tygodniu 24 godziny na dobę, analizując zasoby
i aktualizując bazę danych.
Drugą gałąź badań stanowi przetwarzanie obrazów
cyfrowych. Przetwarzanie informacji zawartej
w obrazach cyfrowych na język zrozumiały dla
komputerów stanowi od wielu lat duże wyzwanie.
Idea, która stoi za prowadzonymi badaniami polega
na połączeniu tych dwóch dziedzin nauki w celu
umożliwienia łatwego i szybkiego przeszukiwania
zbioru informacji zwartych w obrazach cyfrowych.
W ramach prowadzonych badań został zaprojektowany proces wstępnej obróbki obrazu, ekstrakcji
obiektów znaczących oraz translacji obszarów
obrazu do formy leksykalnej.
Główny cel stanowi zaprojektowanie rozwiązania
umożliwiającego szybkie wyszukanie w dużym
zbiorze obrazów podobnych do obrazu podanego
na wejście algorytmu.
125
Dzięki atomowej budowie i dużej skalowalności
system może znaleźć zastosowanie zarówno jako
całość, umożliwiająca wyszukiwanie obrazów
podobnych do obrazu zadanego na wejście systemu, jak i jako część ograniczona do wyszukiwania
zasobów w formacie tekstowym oraz binarnym,
będąca integralną częścią systemu zarządzania
wiedzą w przedsiębiorstwie.
Oprogramowanie może być wykorzystane w dziedzinach życia, takich jak rozrywka, kryminalistyka
czy też jako wsparcie zarządzania dokumentami
oraz wiedzą w przedsiębiorstwie o dowolnym
charakterze prowadzonej działalności.
MICHAŁ WALUŚ
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Rozpoznawanie osób na podstawie układu naczyniowego palców dłoni
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem prowadzonych badań jest określenie tzw.
stabilności biometrycznej układu naczyniowego
palców dłoni człowieka, opracowanie systemu biometrycznego bazującego na tej cesze biometrycznej
oraz utworzenie modeli przepływu danych, które
mogą być wykorzystane w komercyjnych systemach transakcyjnych stosowanych w sektorze
finansowym. W pracy zostanie określone, jaka
długość fali w zakresie widma bliskiej podczerwieni
najlepiej nadaje się do akwizycji wzorców, zostaną
przebadane metody stosowane na poszczególnych
etapach przetwarzania obrazu pod kątem ich wydajności oraz wprowadzanych artefaktów, które
mogą mieć przełożenie na skuteczność działania
całego systemu. Dodatkowym celem jest taka konstrukcja systemu, która nie będzie umożliwiała
dostępu do zasobu w momencie podejrzenia próby
włamania przez osoby nieuprawnione. Zostaną
przebadane metody oceny jakości obrazu wzorca
(na etapie pre-processingu) oraz porównane różne
metody budowy wektorów cech. Zamiarem autora
jest również opracowanie sposobu certyfikacji
dokumentów elektronicznych bazujących na podpisie biometrycznym, przeprowadzenie konsultacji
wykorzystania skonstruowanego prototypu w diagnostyce medycznej oraz publiczne udostępnienie
zebranych przez niego wzorców z dokładnym
opisem parametrów obrazów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Spodziewanymi rezultatami pracy naukowej jest
stworzenie nowych bądź udoskonalenie obecnych
produktów i rozwiązań technologicznych z obszaru
technologii informacyjnych. Usprawnienie obecnie
stosowanych technik, wprowadzenie nowych,
bezpieczniejszych sposobów zarządzania dostępem
do zasobów chronionych bądź dóbr finansowych
lokowanych przez użytkowników końcowych
technologii przełoży się na poprawę komfortu pracy, zmniejszenie kosztów operacyjnych zarządzania
szeroko rozumianym ryzykiem (finansowym,
kredytowym, operacyjnym itp.). W obszarze technologii medycznych oraz technologii informacyjnych i telekomunikacyjnych optymalne działanie
systemów komputerowych i pochodnych odgrywa
bardzo istotną rolę w pracy i rozwoju pracowników
zarówno firm produkcyjnych, jak i administracji
publicznej. W przypadku stosowania omawianych
rozwiązań w technologiach medycznych ma również bezpośrednie przełożenie na życie i zdrowie
ludzi. Prace prowadzone w zakresie rozprawy
doktorskiej mogą mieć bezpośrednie przełożenie
na funkcjonowanie omawianych systemów, jak
również zapewnienie bezpieczeństwa i wygody
użytkowania, nie pomijając skrócenia czasu potrzebnego na dostęp do zasobów informatycznych.
126
TOMASZ WESOŁOWSKI
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Automatyczna metoda wykrywania intruzów
systemów komputerowych na podstawie profilu ich aktywności
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prace związane z wykrywaniem intruzów systemów komputerowych rozpoczęły się w 2012 r.
Początkowo badania dotyczyły jedynie analizy
poleceń systemowych wydawanych w trybie
tekstowym, jednak tego typu dane mają zbyt
wiele ograniczeń i nie są wystarczające w świecie zdominowanym przez systemy operacyjne
z graficznym interfejsem użytkownika. W połowie
2013 r. miały miejsce pierwsze prace związane
z analizą aktywności użytkowników systemów
komputerowych pracujących pod kontrolą systemów operacyjnych z graficznym interfejsem
użytkownika. Na podstawie lektury licznych opracowań oceniono, że obecnie stosowane i rozwijane
metody zabezpieczeń nie są wystarczające przy tak
dynamicznym rozwoju usług informatycznych
oraz ich migracji na systemy mobilne. W wyniku
analiz i prac została opracowana metoda tworzenia
profili użytkowników systemów komputerowych
bazująca na wnioskowaniu rozmytym. Z powodu
braku dostępności odpowiedniego oprogramowania został zainicjowany proces opracowania
oprogramowania nadzorującego i rejestrującego
aktywność użytkowników systemów komputerowych z graficznym interfejsem użytkownika.
Oprogramowanie to rejestruje aktywność w sposób
zapewniający użytkownikom wysoki poziom
prywatności poprzez zastosowanie algorytmów
szyfrujących rejestrowane dane. W chwili obecnej
prowadzone są prace związane z analizą aktywności dotyczącej wykorzystania klawiatury oraz urządzeń wskazujących, takich jak mysz komputerowa
127
oraz panel dotykowy. Prace dotyczą opracowania
metod tworzenia profili użytkowników systemów
komputerowych w celu wykrywania intruzów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowywane metody profilowania użytkowników i wykrywania intruzów systemów komputerowych mają szeroki wachlarz możliwych
zastosowań. Do niektórych z nich należą:
• systemy zabezpieczania systemów komputerowych i zasobów informatycznych przed
niepożądanym, szkodliwym dostępem,
• kryminalistyka – opracowywane metody mogą
służyć jednostkom Policji zajmującym się przestępstwami,
• zastosowanie w systemach komercyjnych
świadczących e-usługi w celu dostosowania
usług czy też interfejsów do potrzeb konkretnego użytkownika,
• zastosowania socjologiczne i społeczne – np.
wykrywanie anomalii w zachowaniu użytkowników pozwala zareagować w krótszym czasie
i podjąć działania mające na celu np. poprawę
samopoczucia pracowników czy podniesienie
morale zespołu projektowego.
PAWEŁ ZASSOWSKI
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Charakterystyka nowych półprzewodników organicznych
pod kątem ich zastosowania w optoelektronice organicznej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem projektu jest charakterystyka spektroskopowa i elektrochemiczna nowych ambipolarnych
półprzewodników organicznych. Związki takie zostaną otrzymane poprzez połączenie w ramach jednej cząsteczki segmentów elektronoakceptorowych
z elektronodonorowymi. Połączenia takie skutkują
materiałami charakteryzującymi się wieloma ciekawymi cechami. Szczególnie interesujące są ich
właściwości spektroskopowe i spektroelektrochemiczne, takie jak wysoka wydajność fluorescencji,
szerokopasmowa absorpcja promieniowania elektromagnetycznego, elektrochromizm czy też możliwość elektrochemicznego generowania nośników
ładunku poprzez utlenianie lub redukcję. Związki
te powinny być więc interesujące ze względu na ich
potencjalne zastosowania w giętkich elementach
optoelektronicznych.
Badania elektrochemiczne oraz spektralne półprzewodników organicznych stanowią istotną cześć
ich charakterystyki fizykochemicznej. Z jednej
strony woltametria cykliczna pozwala w prosty
sposób (w porównaniu z metodami takimi jak UPS
i IPES) wyznaczyć energię granicznych poziomów
energetycznych, z drugiej strony połączenie metod
elektrochemicznych z metodami spektroskopowymi umożliwia na określenie właściwości naładowanych form (kationorodnik, anionorodnik oraz
inne) półprzewodnika. Zagadnienie to jest istotne
ze względu na sposób działania urządzeń opartych
na półprzewodnikach organicznych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W chwili obecnej nie otrzymano jeszcze materiału
organicznego, który spełniałby wszystkie stawiane
mu wymagania, dlatego też trwają na tym polu
intensywne badania, polegające po pierwsze na
optymalizacji konstrukcji układów aplikacyjnych,
po drugie na poszukiwaniu nowych materiałów
i po trzecie na zrozumieniu zachowania się niskocząsteczkowych i wielkocząsteczkowych związków
chemicznych, stanowiących aktywne elementy
elektronicznych układów organicznych. Projekt
wpisuje się w dwa ostatnie zagadnienia, proponując otrzymanie nowej grupy półprzewodników
organicznych o pożądanych własnościach fizykochemicznych, kompleksowe rozpoznanie oraz
opis ich własności podstawowych przy użyciu
zestawu technik spektroskopowych oraz elektrochemicznych.
W zależności od właściwości fizykochemicznych
badanych materiałów mogą one być wykorzystane
jako warstwy pasywne oraz aktywne w urządzeniach optoelektronicznych, takich jak organiczne
diody elektroluminescencyjne, ogniwa fotowoltaiczne lub urządzenia elektrochromowe.
128
TOMASZ ŻYREK
Politechnika Śląska
Wydział Budownictwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Technologie informacyjne i telekomunikacyjne
problem badawczy:
Weryfikacja metod obliczania poziomych
przemieszczeń stalowych ścianek szczelnych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Obszar województwa śląskiego charakteryzuje się
silnym zurbanizowaniem terenu, gęstą zabudową
i rozbudowaną siecią infrastruktury technicznej.
Jest również obszarem o dużym potencjale inwestycyjnym, na którym stale prowadzone są liczne
przedsięwzięcia budowlane.
Modernizacja infrastruktury transportowej – sieci
dróg kołowych, szynowych i wodnych – związana
jest z koniecznością budowy i remontów mostów,
wiaduktów, ścian oporowych, a także umocnień
skarp i brzegów cieków wodnych. Prowadzenie
prac budowlanych w sąsiedztwie istniejących szlaków komunikacyjnych, a także w gęstej zabudowie
miejskiej wiąże się często z koniecznością zabezpieczania głębokich wykopów. Podobna sytuacja ma
miejsce, gdy chcemy zapewnić niezbędną liczbę
miejsc parkingowych w budynkach mieszkalnych
i użyteczności publicznej, wykonując jedną lub
kilka kondygnacji garaży podziemnych. W tych
i podobnych przypadkach znajdują zastosowanie
konstrukcje ścian oporowych z grodzic stalowych,
tzw. ścianki szczelne.
Przedmiotem prowadzonych badań jest monitoring przemieszczeń poziomych stalowych ścianek
szczelnych wykorzystujący instrumenty monitoringu geodezyjnego, takie jak tachimetr oraz skaner
laserowy. Stosowane są również pomiary inklinometryczne, a także przyrządy do ciągłej rejestracji
sił wewnętrznych w konstrukcjach: tensometry,
przyrządy do ciągłego pomiaru naciągu kotew
gruntowych. Rezultaty szeroko prowadzonego monitoringu w poszczególnych etapach wykonywania
129
konstrukcji pozwalają na dobre odwzorowanie
jej pracy w modelu numerycznym, opartym na
Metodzie Elementów Skończonych (MES).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wprowadzenie do praktycznego zastosowania badań i analiz ma na celu wypracowanie wytycznych
do projektowania konstrukcji stalowych ścianek
szczelnych, z wykorzystaniem dostępnych modeli
numerycznych MES. Modelowanie numeryczne
jest szansą na projektowanie rozwiązań lepiej
odwzorowujących rzeczywistą pracę konstrukcji,
co niejednokrotnie wiąże się z projektowaniem
bardziej ekonomicznym.
Dzięki prowadzonym badaniom stalowe ścianki
szczelne mogą stać się alternatywą dla innych rozwiązań konstrukcyjnych, takich jak np. masywne,
żelbetowe ściany oporowe, których wykonanie
wiąże się z potrzebą większej powierzchni zajmowanego terenu, dłuższym czasem realizacji, bardziej
skomplikowanym, a także mniej przyjaznym dla
środowiska procesem technologicznym.
PRODUKCJA
I PRZETWARZANIE
MATERIAŁÓW
AGNIESZKA BENDUCH
Politechnika Częstochowska, Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Katedra Pieców Przemysłowych i Ochrony Środowiska
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Wpływ warstwy zgorzeliny na przebieg procesu
nagrzewania wiązek prętów stalowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prezentowane badania mają na celu poszerzenie wiedzy
z zakresu zagadnień związanych z transportem ciepła
w ośrodkach o charakterze porowatym, a w szczególności z wpływem warstwy zgorzeliny powstającej na
powierzchni nagrzewanych elementów stalowych na
transport ciepła w tych ośrodkach. Tematyka pracy jest
ściśle powiązana z zakresem kluczowego obszaru technologicznego produkcji i przetwarzania materiałów oraz
grupą technologii składowych: tworzywa metaliczne.
Podjęta tematyka pracy ściśle koreluje z zagadnieniem
dotyczącym optymalizacji pracy pieców hutniczych
ze względu na energochłonność tych urządzeń, a co
za tym idzie – negatywnych skutków oddziaływania
na środowisko.
Pomimo istnienia bogatej literatury dotyczącej zagadnień wymiany ciepła i nagrzewania wsadu jak do tej
pory brakuje wyczerpujących opracowań dotyczących
nagrzewania materiałów o strukturze porowatej.
W wielu technologiach obróbki cieplnej procesowi
nagrzewania poddaje się wsad, którego struktura ma
charakter porowaty. W przypadku tego typu wsadu
obok fazy stałej, którą najczęściej jest stal, występują
puste przestrzenie (pory) wypełnione gazem. Przykładem tego typu wsadu są wiązki lub płaskie złoża
prętów stalowych. Zatem wiedza na temat przepływu
ciepła w obszarze wsadu o charakterze porowatym jest
potrzebna. W przypadku omawianego typu wsadu
wymiana ciepła ma charakter złożony i mogą występować jednocześnie nawet trzy rodzaje wymiany
ciepła, tj.: kontaktowe przewodzenie ciepła, konwekcja
(unoszenie), radiacja (promieniowanie). Prowadzone
dotąd prace z zakresu nagrzewania wsadu porowatego
w postaci wiązek prętów stalowych wykazały, że
istotny wpływ na przebieg tego procesu mają warunki
panujące na styku poszczególnych prętów. Od nich
zależy bowiem intensywność wymiany ciepła na
drodze przewodzenia kontaktowego. Podczas nagrzewania wsadu w postaci wiązki prętów warunki
te ulegają zmianie. Jest to skutkiem powstawania na
powierzchni nagrzewanych elementów zgorzeliny.
Warstwa ta, ze względu na niską przewodność cieplną, stanowi warstwę izolującą dla przepływu ciepła.
Jednak z drugiej strony przyczynia się do wzrostu
powierzchni kontaktu między przylegającymi do
siebie prętami. Uzyskane na podstawie proponowanych badań wyniki dadzą odpowiedź, w jakim
stopniu, tworząca się na powierzchni nagrzewanych
elementów stalowych warstwa tlenków, wpływa
na intensywność kontaktowego przewodzonego
ciepła. Informacje te będą ważnym uzupełnieniem
dotychczasowej wiedzy w zakresie wymiany ciepła
w materiałach typu ziarnistego, nagrzewania wsadu
porowatego oraz kontaktowego przewodzenia ciepła
na styku elementów stalowych ulegających utlenianiu.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Końcowym efektem realizacji doświadczeń opisanych w niniejszym projekcie będzie opracowanie
programu komputerowego, który dla zadanych
warunków cieplnych, geometrycznych i technologicznych pozwoli na określenie czasu nagrzewania wiązek prętów do temperatury końcowej,
wymaganej przez prowadzoną obróbkę cieplną.
Z punktu widzenia praktyki przemysłowej jest to
ważne zagadnienie. Po pierwsze zapewni właściwe
warunki obróbki cieplnej prętów, a po drugie przyczyni się do ograniczenia nadmiernych strat energii
i związanego z tym niekorzystnego oddziaływania
na środowisko. Zatem podjęcie proponowanego
tematu badań wydaje się wysoce zasadne.
132
ANETA JAKUBUS
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Katedra Odlewnictwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Wpływ hartowania izotermicznego na odporność na
ścieranie i wstrząsy cieplne żeliwa wermikularnego
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Podjęta praca wpisuje się w jeden z ważniejszych
kierunków w działalności naukowej i inżynierskiej
– obejmuje mianowicie badania nad określeniem
możliwości wydłużenia okresu eksploatacji części
maszyn i urządzeń poprzez poprawę właściwości
użytkowych tworzywa, uzyskaną drogą obróbki
cieplnej. W pracy chodzi o m.in. zbadanie możliwości podwyższenia parametrów eksploatacyjnych
odlewów pracujących w warunkach ścierania i udarów cieplnych (np. tarcz i bębnów hamulcowych).
Celem pracy jest określenie, w jaki sposób obróbka
cieplna, obejmująca hartowanie izotermiczne,
wpłynie na odporność na ścieranie i odporność na
wstrząsy cieplne żeliwa z grafitem wermikularnym.
Żeliwo wermikularne sytuuje się, co do swoich
właściwości, pomiędzy żeliwem szarym i żeliwem
sferoidalnym. Ma ono wprawdzie nieco gorsze
właściwości mechaniczne aniżeli żeliwo sferoidalne, ale z kolei cechuje się znacznie wyższą przewodnością cieplną i znacznie większą zdolnością do
tłumienia drgań. Z kolei w odniesieniu do żeliwa
szarego, żeliwo wermikularne charakteryzuje się
wprawdzie niższą przewodnością cieplną i gorszą
zdolnością do tłumienia drgań, ale ma wyraźnie
wyższe parametry wytrzymałościowe i plastyczne.
Z wcześniejszych badań wykonanych w Katedrze
Odlewnictwa Politechniki Częstochowskiej wynika, że poddanie żeliwa z grafitem wermikularnym
hartowaniu izotermicznemu prowadzi do wzrostu
wytrzymałości na rozciąganie nawet do 1000 MPa;
wydłużenie może sięgnąć 2%. Żeliwo sferoidalne
poddane hartowaniu izotermicznemu o osnowie
ausferrytycznej cechuje się znacznie wyższą odpornością na ścieranie aniżeli żeliwo w stanie
133
lanym. Można oczekiwać, że także w przypadku
żeliwa wermikularnego uzyskanie osnowy stopu
takiej, jak w żeliwie ADI, przyczyni się do wzrostu
odporności stopu na ścieranie, przy czym obecność
wydzieleń grafitu wermikularnego będzie prowadzić do wyższej przewodności cieplnej, a więc
i wzrostu odporności na udary cieplne.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Dążenie konstruktorów do zmniejszania masy
konstrukcji i zwiększania ich trwałości przyczynia
się do poszukiwania coraz lepszych materiałów,
spełniających rosnące wymagania. Jednym z takich
perspektywicznych tworzyw jest żeliwo wermikularne, szczególnie o podwyższonych właściwościach
uzyskanych w wyniku obróbki cieplnej.
Sterowanie parametrami obróbki cieplnej pozwala
na otrzymanie żeliwa o zaplanowanych (w pewnym zakresie) właściwościach mechanicznych.
Przewiduje się, że realizacja planowanych badań
doprowadzi do opracowania obróbki cieplnej i technologii żeliwa z grafitem wermikularnym, które
będzie nowoczesnym tworzywem na odlewy do
pracy w warunkach ścierania, a także pracujących
w warunkach udarów cieplnych.
JAROSŁAW JASIŃSKI
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Instytut Inżynierii Materiałowej
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Zjawiska i efekty oddziaływania ekranów aktywnych
(active screen) w procesie azotowania jonowego
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prezentowana praca dotyczy innowacyjnej
technologii utwardzania dyfuzyjnego warstwy
wierzchniej materiałów metalicznych. Atrakcyjność tematyki obejmuje zarówno aspekt poznawczy, jak i aplikacyjny. Aspekt poznawczy
dotyczy wyjaśnienia mechanizmu zjawisk i przyczyn zmiany nasycania warstwy wierzchniej
w procesie azotowania jonowego z zastosowaniem
ekranów aktywnych (active screen, AS) w porównaniu z efektami strukturalnymi uzyskanymi
w procesie katodowego azotowania jonowego oraz
regulowanego azotowania gazowego. Uwzględnia
również morfologię tworzenia się warstw azotowanych nie tylko w skali mikrometrycznej, lecz także
nanometrycznej, a więc w obszarze tworzenia się
zarodków w centrach aktywnych powierzchni
i warstwy wierzchniej obrabianego dyfuzyjnie
stopu Fe-C. Poznanie przyczyn zmian w tworzeniu
się poszczególnych stref warstwy azotowanej wraz
z ograniczeniem defektów związanych z wydzieleniami azotków, zwłaszcza w strefie przypowierzchniowej, po granicach i wewnątrz ziaren, stwarza
warunki do określenia jakościowych i ilościowych
zmian właściwości warstwy dyfuzyjnej. Analiza
omawianych zależności umożliwia opracowanie
modelu mechanizmu do technologii utwardzania
materiałów, z których wykonuje się między innymi
narzędzia i elementy konstrukcyjne. Opracowany
model mechanizmu posłuży również do opracowania innowacyjnych sposobów azotowania
jonowego metodą AS oraz ustalenia parametrów
technologicznych i przewidywania budowy
strukturalnej warstwy wierzchniej materiałów
metalicznych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Uzyskane wyniki rozwiązywanej przez autora problematyki azotowania jonowego metodą
ekranów aktywnych mogą stanowić podstawę do
dalszego rozwoju aplikacji ekranów aktywnych
w dziedzinie inżynierii powierzchni i obróbki cieplno-chemicznej, w tym między innymi w przemyśle
narzędziowym, transportowym, elektronice stosowanej i biomedycynie. Atrakcyjność prezentowanej
metody zawiera nie tylko aspekty ekonomiczne
związane z niską energochłonnością procesów,
ale również aspekty ekologiczne, w tym znaczne
ograniczenie emisji szkodliwych gazów oraz niekorzystnych dla środowiska substancji chemicznych
do oczyszczania powierzchni. Wyniki rozprawy
mogą posłużyć zarówno do projektowania technologii azotowania jonowego metodą ekranów
aktywnych, jak i do modelowania mechanizmu
i morfologii warstw azotowych jonowo w ujęciu
kompleksowym. Tematyka pracy jest istotna nie
tylko ze względów poznawczych, czyli poszerzenia
wiedzy z zakresu modeli mechanizmu tworzenia
się strefowej budowy warstwy azotowanej, lecz
także globalnych uwarunkowań aplikacyjnych
związanych z wprowadzaniem do przemysłu technologii podwyższających trwałość eksploatacyjną
elementów.
134
TYMOTEUSZ JUNG
Politechnika Śląska
Wydział Mechaniczny Technologiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Wpływ warunków nanoszenia na teksturę powłok
uzyskiwanych w procesie PVD
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Badania związane z pracą doktorską mają na celu
poznanie wpływu parametrów procesu nanoszenia
na tworzenie się charakterystycznych tekstur
w powłokach. Warstwy wierzchnie z azotku tytanu zostaną naniesione na stal szybkotnącą przy
zastosowaniu różnych parametrów magnetronowego procesu PVD. Następnie seria próbek będzie
analizowana za pomocą dyfraktometru rentgenowskiego XRD (głównie analiza naprężeń i tekstury)
oraz skaningowego mikroskopu elektronowego.
Dodatkowo zostaną przeprowadzone wybrane
badania własności mechanicznych powłok.
135
Dzięki wykorzystaniu powłok możliwe jest znaczne
polepszenie własności użytkowych i żywotności
narzędzi, takich jak: frezy, noże tokarskie, tarcze do
cięcia czy wiertła. Powlekanie narzędzi tego typu
jest często niezbędnym zabiegiem pozwalającym
wykorzystać je do kształtowania materiałów wyjątkowo trudno obrabialnych. Należą do nich m.in.
nowoczesne kompozyty stosowane w lotnictwie
i materiały wytworzone technikami intensywnego
odkształcenia plastycznego. Ciągły rozwój tych
grup materiałów stwarza konieczność opracowywania lepszych rozwiązań w branży narzędziowej.
Wyniki badań mogą korzystnie wpłynąć na lepsze
dostosowanie parametrów procesu PVD, a w efekcie własności użytkowych powłok stosowanych
w przemyśle. W województwie śląskim działają
firmy produkujące narzędzia, które mogą być
zainteresowane takimi optymalizacjami. Przemysł
samochodowy i maszynowy także mogą skorzystać z tych rozwiązań przy produkcji elementów
pracujących w środowiskach korozyjnych czy
narażonych na zwiększone tarcie.
LECH KALINOWSKI
Uniwersytet Śląski
Instytut Fizyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Struktura elektronowa, właściwości termodynamiczne
i nadprzewodnictwo ciężkofermionowych układów
na bazie Ceru i Lantanu; badania podstawowe
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prowadzone badania koncentrują się przede
wszystkim na poszukiwaniu materiałów wykazujących zjawiska kooperatywne. Przez zjawiska
kooperatywne należy rozumieć procesy, w których
silne oddziaływania na poziomie kwantowym
w materii skondensowanej prowadzą do emergencji efektów ujawniających się na poziomie
makroskopowym. W wielu przypadkach efekty te
wiąże się z bardzo interesującymi właściwościami
materiałów, jak np. ponadprzeciętna termoelektryczność czy nadprzewodnictwo wysokotemperaturowe. Ważnymi elementami badań jest
zarówno otrzymywanie materiałów, jak i późniejsza ich modyfikacja (domieszkowanie). Badania
podstawowe struktury krystalicznej, transportu
elektronowego oraz termodynamiki w ultraniskich
temperaturach oraz badania struktury elektronowej połączone z modelowaniem numerycznym
materiałów wykazujących właściwości termoelektryczne i niekonwencjonalne nadprzewodnictwo
są kluczowe do pełnego zrozumienia procesów
fizycznych zachodzących w materiałach z silnymi
korelacjami elektronowymi. Z punktu widzenia rozwoju technologii pozyskiwania energii
elektrycznej pełne zrozumienie procesów jest
niezbędne do późniejszej komercjalizacji. Badane materiały ciężkofermionowe, poza niekonwencjonalnym nadprzewodnictwem, wykazują
bardzo efektywną konwersję energii termicznej
w energię elektryczną, przez co nazywane są
materiałami termoelektrycznymi o strukturze
klatkowej. Wyprodukowanie materiału nadprzewodzącego w wysokich temperaturach mogłoby
w efekcie pozwolić na bezstratny przekaz energii,
co z kolei niesie ze sobą niesamowite możliwości
dla gospodarki energetycznej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Rosnące zapotrzebowanie na energię elektryczną
zmusza nas do poszukiwania źródeł czystej energii na każdym kroku. Wysokowydajny materiał
termoelektryczny może służyć do wykorzystania
energii termicznej ze Słońca, z gorących źródeł
geotermalnych, ze spalarni biomasy, a także z ciepła
ciała człowieka. Energia jest potrzebna w przemyśle ciężkim (kopalnie, huty) w województwie
śląskim i sposoby jej odzyskiwania wydają się
kluczowe dla wzrostu potencjału innowacyjnego
w przedsiębiorstwach regionu. Wdrożenie materiałów termoelektrycznych o wysokiej wydajności
w postaci metalicznej daje ogromne możliwości
zastosowania, gdyż są trwałe. Materiały termoelektryczne mogą zasilać urządzenia niskonapięciowe, czy na przykład mogą służyć jako sensory
termiczne. Innowacyjność samej pracy wiąże się
z faktem, iż badane materiały mogą potencjalnie
stanowić w przyszłości podstawę nowej generacji
tzw. materiałów inteligentnych.
136
JAGODA KRZYSTECZKO
Politechnika Śląska
Wydział Mechaniczny Technologiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Struktura i własności materiałów kompozytowych o osnowie aluminium
wytwarzanych metodą formowania wtryskowego proszku
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zasadniczym celem podejmowanej pracy doktorskiej jest opracowanie nowej technologii wytwarzania materiałów kompozytowych o osnowie
stopów aluminium i/lub magnezu wzmacnianych
cząstkami ceramicznymi o różnej wielkości w celu
zmniejszenia masy własnej wytworzonych elementów. Wykorzystywane będą nowoczesne
technologie formowania wtryskowego i spiekania
proszków oraz infiltracji ciśnieniowej spieków,
które zapewnią opracowanym materiałom kompozytowym wysokie własności mechaniczne
i użytkowe.
Realizacja projektu w pierwszej kolejności wiąże
się z doborem wielkości i kształtu cząstek ceramicznych zapewniających możliwość ich formowania
wtryskowego, badań lepkości poszczególnych
składników lepiszcza, ich mieszanin oraz gotowego
wsadu wtryskarki w zależności od udziału proszku
ceramicznego oraz doboru ostatecznego składu
fazowego mieszaniny polimerowo-proszkowej
zapewniającej możliwość formowania wtryskowego. Kolejny etap prac obejmuje wykonanie
badań gęstwy polimerowo-proszkowej i dobór
warunków formowania wtryskowego, wykonanie
analizy termograwimetrycznej, dobór warunków
degradacji rozpuszczalnikowej i cieplnej oraz temperatury spiekania, pomiar gęstości porowatych
spieków przy użyciu automatycznego piknometru
gazowego, a także dobór parametrów procesu
infiltracji. Opracowany materiał kompozytowy
zostanie poddany badaniom z wykorzystaniem mikroskopu świetlnego, transmisyjnego mikroskopu
elektronowego (TEM), elektronowego mikroskopu
137
skaningowego (SEM), analizy rentgenowskiej,
a także badaniom własności mechanicznych, elektrycznych, cieplnych i tribologicznych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wynikiem podejmowanej pracy doktorskiej będzie
nowa, oryginalna technologia wytwarzania materiałów kompozytowych o osnowie stopów metali
lekkich. Realizacja badań zmierza do opracowania
konkurencyjnej technologii wytwarzania nowoczesnych materiałów inżynierskich charakteryzujących się zmniejszoną masą własną wytworzonych
elementów przy zapewnieniu możliwie najwyższych własności mechanicznych i użytkowych,
a także niską, korzystną ceną z punktu widzenia
zaimplementowania w różnych gałęziach przemysłu, m.in. w motoryzacyjnym i lotniczym.
Metoda formowania wtryskowego proszku stwarza
wiele nowych możliwości rozwoju, dzięki którym
staje się coraz bardziej atrakcyjna dla klientów
różnych gałęzi przemysłu.
ANETA KRZYŻAŃSKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Instytut Przeróbki Plastycznej i Inżynierii Bezpieczeństwa
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Teoretyczno-doświadczalna analiza wydajności urządzenia
do przyspieszonego chłodzenia po walcowaniu na gorąco
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem prowadzonych badań jest określenie najbardziej korzystnych warunków chłodzenia metalu po
walcowaniu na gorąco. Dobranie odpowiednich
parametrów chłodzenia, ciśnienia roboczego poszczególnych dysz, proporcji mieszaniny wodno-powietrznej, ilości załączonych dysz. Pozwoli to na
uzyskanie jednorodnych własności mechanicznych
w całej objętości chłodzonego metalu.
Celem naukowym pracy jest opracowanie modelu
przejmowania ciepła przez mieszaninę wodno-powietrzną o zróżnicowanych parametrach ciśnienia wody i powietrza oraz pola natrysku na
chłodzony materiał.
W pierwszym etapie pracy zostaną przeprowadzone
badania wpływu parametrów chłodzenia: ciśnienia
wody, ciśnienia powietrza oraz odległości dyszy chłodzącej od powierzchni chłodzonej na współczynnik
wnikania ciepła badanego materiału. Otrzymane
wyniki zostaną wykorzystane do wyznaczenia mapy
rozkładu współczynnika wnikania ciepła (W/m2K)
oraz umożliwią wykonanie precyzyjnej symulacji
komputerowej wpływu intensywności chłodzenia
na strukturę gotowego wyrobu.
W kolejnym etapie pracy zostaną przeprowadzone
badania numeryczne z wykorzystaniem komercyjnego
programu komputerowego Forge 2008®, który jest
oparty na metodzie elementów skończonych. Założenia
do symulacji komputerowej zostaną przyjęte z wyników uzyskanych w badaniach wpływu intensywności
wnikania ciepła. Na podstawie uzyskanych wyników badań numerycznych procesu przyspieszonego
chłodzenia materiału oraz zachodzących w badanym
materiale przemian będzie możliwe dobranie parametrów chłodzenia do prób laboratoryjnych na chłodni
laboratoryjnej umiejscowionej za klatką walcowniczą,
na trzecim odcinku samotoku.
Następnie zostaną określone wytyczne do wykonania badań doświadczalnych na podstawie analizy
wyników modelowania numerycznego procesu
przyspieszonego chłodzenia blach po walcowaniu
na gorąco. Badania te będą wykonane przy wykorzystaniu opracowanych założeń parametrów
chłodzących. Badania zostaną wykonane przy użyciu
chłodni laboratoryjnej znajdującej się za klatką
walcowniczą, na trzecim odcinku samotoku.
W końcowym etapie badań zostanie przeprowadzona
analiza otrzymanych wyników i optymalizacja parametrów procesu przyspieszonego chłodzenia blach po
walcowaniu na gorąco w celu otrzymania materiału
gotowego spełniającego wymagane własności wytrzymałościowe. Przeprowadzone zostaną badania
makroskopowe otrzymanego materiału gotowego.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Praca doktorska ma doprowadzić do zwiększenia
możliwości zaplecza badawczego ośrodka naukowego, którym jest Politechnika Częstochowska,
poprzez stworzenie unikatowej w skali regionu
uniwersalnej, laboratoryjnej linii walcowniczej.
Z kolei badania prowadzone z wykorzystaniem
takiej linii powinny umożliwić zwiększenie
efektywności produkcji zakładów przetwórstwa
metali, a tym samym przyczynić się do rozwoju
gospodarki województwa śląskiego. Otrzymane
wyniki badań będą pomocne do opracowania
technologii międzyoperacyjnego i pooperacyjnego
przyspieszonego chłodzenia metali w procesie
walcowania na gorąco.
138
ANDRZEJ MILEWSKI
Politechnika Śląska
Wydział Chemiczny
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Badania nad metodą selektywnej separacji soli
zawartych w wodach kopalnianych
oraz wykorzystaniem otrzymanych produktów w technologii
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wodorotlenek magnezu wytwarzany jest najczęściej przez wytrącanie z wody morskiej lub innych
naturalnych solanek prażonym dolomitem lub
wapnem palonym. Otrzymywany jest także przez
wytrącanie z roztworów azotanu bądź siarczanu
magnezu z zastosowaniem amoniaku lub wodorotlenku sodu jako odczynnika strącającego.
W ten sposób otrzymać można wodorotlenek
bardzo wysokiej czystości, stosowany w farmacji,
do wytwarzania kosmetyków oraz jako środek
spowalniający palenie (uniepalniający, retardant)
dodawany do tworzyw sztucznych.
W ostatnich latach obserwuje się dużą liczbę doniesień literaturowych dotyczących otrzymywania
wodorotlenku magnezu o dobrze wykształconych,
a jednocześnie niewielkich kryształach (na poziomie 50–200 nm; tzw. nano-Mg(OH)2) oraz małym
rozkładzie ich wielkości. Takie właściwości są szczególnie pożądane przy zastosowaniu jako środka
uniepalniającego, gdzie wodorotlenek magnezu
jest ekologiczną alternatywą dla retardantów
zawierających halogeny. Podobne wymagania stawia się wodorotlenkowi magnezu jako nośnikowi
katalizatorów. Nano-Mg(OH)2 otrzymywany jest
przez wytrącanie z roztworów i następujące po
nim starzenie osadu przeprowadzane jest z reguły
w obecności substancji powierzchniowo czynnych,
w celu uzyskania wymienionych wyżej właściwości, a ponadto pożądanego kształtu kryształów
(igły, płatki itp.). Operacje strącania prowadzone są
nawet przez kilka godzin (w celu uniknięcia dużego
przesycenia roztworu), a procesy starzenia nawet
przez kilkunaście dób.
139
Prowadzone badania skupiają się nad otrzymaniem
nano-Mg(OH)2, scharakteryzowaniem rozmiarów
krystalitów strąconego wodorotlenku magnezu
i ich wpływu na palność żywic epoksydowych
opartych na związkach cukrowych. Planowane
jest wykorzystanie dodatków pochodzenia naturalnego jako alternatywy wobec syntetycznych
flokulantów. W wyniku dodania do żywic wodorotlenku magnezu oczekuje się spowolnienia
procesu spalania i zmniejszenia emisji dymów.
MARZENA OGÓREK
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Katedra Zarządzania Produkcją i Logistyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Efektywność azotowania jonowego stali austenitycznej
X5CrNi18-10 metodą active screen
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem badań jest ocena efektywności technologicznej i ekonomicznej procesu azotowania jonowego
stali X5CrNi18-10, przeprowadzanego klasycznie
na katodzie i metodą active screen. Istotny jest dobór takich parametrów procesu, które zapewnią
uzyskanie warstw wierzchnich o zadowalających
właściwościach eksploatacyjnych. Azotowanie
próbek wykonanych ze stali X5CrNi18-10 przeprowadzono na stanowisku do obróbek jarzeniowych.
Na podstawie analizy profilu składu chemicznego
wyznaczono głębokość dyfuzji azotu. Pomiaru
mikrotwardości warstw azotowanych dokonano
metodą Knoopa. Test odporności na zużycie ścierne
w warunkach tarcia suchego w układzie rolka–klocek przeprowadzono na testerze tribologicznym
przy obciążeniu 13,73°N w czasie 2 godzin. Analizę
metalograficzną otrzymanych struktur wykonano
za pomocą świetlnego mikroskopu metalograficznego. Efektywność technologiczną azotowania
jonowego metodą active screen obliczono, porównując właściwości warstw wierzchnich uzyskanych
pod ekranem aktywnym do właściwości warstw
wierzchnich uzyskanych na katodzie. W ocenie
efektywności ekonomicznej procesu azotowania
jonowego uwzględniono koszty: energii elektrycznej, zużycia mediów gazowych, pracy pracownika,
lokalowe.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Analiza danych literaturowych wykazuje rozwój
technologii powierzchniowych w następujących
kierunkach: modyfikowania sposobów nagrzewania, zmniejszania energochłonności oraz zmiany
struktury procesu technologicznego. Rozwój metod
nagrzewania jarzeniowego umożliwia zmniejszenie
czasu nagrzewania. Zmniejszenie energochłonności procesu zapewnić może rozwój: technologii
prowadzonych w niskiej temperaturze i małym
czasie procesu, energooszczędnych technologii
realizowanych w warunkach próżni i wyładowania jarzeniowego. Wprowadzenie do procesu
warunków wyładowania jarzeniowego zmniejsza
jego koszty oraz obniża temperaturę. Rozwój tego
procesu zmierza w kierunku zwiększenia efektywności aktywowania atmosfery dyfuzyjnej.
Opracowywana technologia azotowania tworzyw
metalicznych z zastosowaniem ekranu aktywnego
wywołuje zainteresowanie wielu specjalistów
zajmujących się tą problematyką. Uzyskane wyniki
badań będą pomocne w opracowaniu innowacyjnych technologii produkcji zaawansowanych
materiałów metalicznych poprzez praktyczne ich
zastosowanie w przemyśle.
140
DARIUSZ PYSZNY
Politechnika Śląska
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Badania nad utleniającym rozszczepieniem α-olefin
jako metodą produkcji kwasów tłuszczowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Długołańcuchowe α-olefiny to węglowodory otrzymywane m.in. na drodze oligomeryzacji etylenu,
krakingu gaczu parafinowego, ale także przeróbki
odpadowego polietylenu (LDPE, HDPE). Kwasy
tłuszczowe produkowane są na drodze hydrolizy
tłuszczów zwierzęcych i olejów roślinnych oraz
poprzez utlenianie lub hydroformylowanie surowców petrochemicznych. Utleniające rozszczepienie
wiązania podwójnego prowadzone jest na skalę
przemysłową za pomocą ozonu zaś w laboratorium stosowane są w tym celu takie toksyczne
związki, jak OsO4, CrO3. Ozon jest gazem trującym
w większych ilościach, zaś jego produkcja wymaga
specjalnych generatorów i niemałych kosztów.
Surowcami stosowanymi w badaniach są olefiny C10+ oraz C30+. Jako utleniacz stosowany
jest nadtlenek wodoru, który wymieniany jest
wraz z tlenem jako utleniacz najbardziej przyjazny środowisku, gdyż powstającym z niego
produktem ubocznym jest woda. W literaturze
opisano utleniające rozszczepienie wiązania C=C
za pomocą H2O2 z dobrą wydajnością dla cyklo-alkenów, nienasyconych kwasów tłuszczowych
i olefin wewnętrznych, natomiast realizacja tego
zadania dla α-olefin wciąż pozostaje wyzwaniem.
W badaniach testowane są różne katalizatory
wolframowe, katalizatory przeniesienia międzyfazowego (PTC), badany jest wpływ stężenia i ilości
H2O2 (30-60%) oraz pH mieszaniny reakcyjnej na
skład produktów. Program badań zakłada również
sprawdzenie możliwości zastosowania czystego
tlenu w celu zmniejszenia zapotrzebowania na
H2O2. W kolejnym etapie badań planowane jest
określenie możliwości odzysku i wielokrotnego
141
wykorzystania katalizatorów. W następnym etapie
badań zaplanowane jest niewielkie powiększenie
skali procesu na kalorymetrze reakcyjnym RC1e
w celu określenia kinetyki i termodynamiki procesu. Uzyskane na kalorymetrze dane ułatwią dobór
sposobu chłodzenia reaktora, rodzaju czynnika
chłodzącego oraz zaprojektowanie procesu w skali
technicznej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Długołańcuchowe kwasy tłuszczowe znajdują
zastosowanie w produkcji środków powierzchniowo czynnych, kosmetyków, wosków, smarów,
tworzyw sztucznych i innych produktów. Syntetyczne kwasy tłuszczowe otrzymywane poprzez
utlenianie parafiny są słabej jakości, natomiast
hydroformylowanie wymaga użycia toksycznego
CO. Alternatywą dla tych technologii może być
selektywne utleniające rozszczepienie wiązań
podwójnych (C=C) wyższych α-olefin. Olefiny te
są otrzymywane m.in. z termicznego rozkładu
odpadowego polietylenu. Opracowywane rozwiązania stwarzają zatem metodę zagospodarowania
poużytkowych tworzyw sztucznych z polietylenu i ponownego ich wykorzystania w syntezie
chemicznej.
KAMILA ZDRODOWSKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów
Instytut Inżynierii Materiałowej
[email protected]
obszar technologiczny:
Produkcja i przetwarzanie materiałów
problem badawczy:
Wytwarzanie metodą wtłaczania czteroskładnikowych objętościowych
stopów amorficznych i nanokrystalicznych na bazie żelaza
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zakres badań obejmuje wytwarzanie metodą wtłaczania czteroskładnikowych objętościowych stopów amorficznych i nanokrystalicznych na bazie
żelaza. Wybrana metoda umożliwia otrzymywanie
stopów amorficznych nanokrystalicznych oraz
częściowo krystalicznych. Metoda wtłaczania jest
szczególnie istotna pod względem innowacyjnym.
Jest konkurencyjna do obecnie stosowanych metod
i umożliwia otrzymywanie próbek w postaci płytek
oraz prętów o różnej grubości. Dobór ilościowy
oraz jakościowy (czystość) został opracowany na
podstawie przeglądu literaturowego. Otrzymane
stopy amorficzne i nanokrystaliczne będą miały
w swym składzie takie pierwiastki, jak żelazo,
kobalt, itr oraz bor. Stopy te będą również różniły
się zawartością poszczególnych pierwiastków. Kluczową rolę w uzyskaniu żądanej struktury odgrywa
udział ilościowy poszczególnych pierwiastków.
Jednym z podstawowych celów pracy jest analiza
własności mechanicznych otrzymanych stopów
amorficznych i nanokrystalicznych. Większość
publikowanych prac dotyczących stopów amorficznych i nanokrystalicznych obejmuje badania
i właściwości magnetyczne. Biorąc pod uwagę
ten fakt istotnym aspektem naukowym tej pracy
będą badania dotyczące własności mechanicznych
otrzymanych czteroskładnikowych stopów na
bazie żelaza. Zostaną wykonane między innymi
badania profilu chropowatości powierzchni, odporności tribologicznej, twardości czy też badania
korozyjne.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Otrzymane czteroskładnikowe stopy amorficzne
i nanokrystaliczne na bazie żelaza mogą być stosowane w przemyśle energetycznym na elementy
do transformatorów. Optymalizacja parametrów
chropowatości powierzchni może się przyczynić
do mniejszych strat energii elektrycznej. Jest to
bardzo istotny aspekt ekonomiczny, gdyż obecnie
na całym świecie jest tendencja do minimalizowania strat energii elektrycznej. Metoda wtłaczania,
dzięki której można otrzymać stopy amorficzne
i nanokrystaliczne, może przyczynić się do rozwoju
gospodarki. Polepszenie własności mechanicznych
otrzymanych czteroskładnikowych stopów na
bazie żelaza z dodatkiem kobaltu, itru i boru może
rozszerzyć spektrum zastosowań stopów amorficznych i nanokrystalicznych.
142
143
PRZEMYSŁ MASZYNOWY,
SAMOCHODOWY, LOTNICZY
I GÓRNICZY
SEBASTIAN BARWINEK
Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny, Instytut Metrologii, Elektroniki i Automatyki
[email protected],
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Quasi-zrównoważone układy do pomiaru parametrów RLC
realizowane z przetwarzaniem programowym
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem badań jest zbadanie układów quasi-zrównoważonych z detekcją fazową realizowanych
programowo oraz budowa przyrządu umożliwiającego pomiar składowych impedancji rzeczywistych obiektów typu RLC. Układy quasi-zerowe
wyróżnia prostota i szybki proces pomiarowy.
Przeznaczeniem takich układów może być badanie
wskaźników jakości izolacji (diagnostyka stanu
izolacji), takich jak tg δ. W projekcie dodatkowo
konieczne jest zbadanie właściwości metrologicznych wybranych algorytmów pomiaru kąta
fazowego oraz wybór optymalnego do zastosowania w układach quasi-zrównoważonych. Podczas
projektu wykonywane będą badania symulacyjne
i laboratoryjne w celu określenia właściwości oraz
możliwości praktycznego zastosowania zbudowanego urządzenia. Realizacja przyrządu w postaci
przyrządu wirtualnego, wykorzystującego kartę
pomiarową lub układ mikroprocesorowy, ułatwia automatyzację pomiarów. Znacząca część
procesu pomiarowego odbywa się programowo,
część sprzętowa jest ograniczona do niezbędnego
minimum. Efektem prowadzonych badań będzie
przyrząd, który może współpracować w systemie
z innymi urządzeniami w celu np. nadzorowania
stanu izolacji elektrycznej.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wyniki badań mogą zostać zastosowane do pomiaru pojemności, współczynnika strat dielektrycznych, indukcyjności i dobroci cewek rzeczywistych.
Badanie niektórych z tych wielkości umożliwia
określenie jakości, wykrycie uszkodzeń i stanów
awaryjnych izolacji. Częstą przyczyną uszkodzenia
izolacji jest zawilgocenie, niska jakość zastosowanego materiału elektroizolacyjnego oraz procesy
starzeniowe. Przyrząd będzie dawał możliwość
szybkiej i łatwej oceny stanu izolacji, a co za tym
idzie, będzie pozwalał na zaplanowanie z wyprzedzeniem przeprowadzenia stosownych remontów
lub wymiany urządzeń. Atutem przyrządów wirtualnych jest automatyzacja wykonywania pomiarów
oraz łatwa rekonfiguracja, dzięki czemu możliwy
jest pomiar dowolnych składowych impedancji bez
zmiany części sprzętowej przyrządu. Urządzenie
wykorzystujące układy quasi-zrównoważone
z realizacją programową zapewni prosty i szybki
pomiar parametrów impedancji oraz jednoznaczny
i powtarzalny wynik.
146
RAFAŁ KACZMAREK
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Analiza dokładności oceny w innowacyjnych metodach
Phased Array i TOFD na tle konwencjonalnych badań ultradźwiękowych
w odniesieniu do kontroli jakości złączy spawanych maszyn i urządzeń
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania polegają na określeniu wykrywalności oraz dokładności oceny w nowoczesnych
metodach badań ultradźwiękowych (Phased Array,
Time of Flight Difraction). W metodzie Phased
Array do nieniszczących badań materiałów i ich
połączeń wykorzystuje się głowice wieloprzetwornikowe, zaimplementowane do techniki ze
stosowanych w medycynie badań USG. W metodzie
TOFD wykrycie oraz zobrazowanie wad bazuje
na dyfrakcji fal ultradźwiękowych na krawędziach nieciągłości występujących w materiale
badanym. Cechy te pozwalają na wykrywanie
nieciągłości zorientowanych nie tylko pod kątem
prostym w stosunku do wprowadzonej wiązki
ultradźwiękowej, lecz także tych zorientowanych
niekorzystnie. Tak zorientowane wady w konwencjonalnych badaniach ultradźwiękowych
metodą echa nie dają impulsu od nieciągłości i tym
samym nie mogą zostać wykryte. W ramach pracy
doktorskiej prowadzone są badania polegające na
analizie wpływu zastąpienia konwencjonalnych
badań ultradźwiękowych nowoczesnymi metodami Phased Array oraz TOFD, ze szczególnym
uwzględnieniem zwiększenia wykrywalności
nieciągłości płaskich (pęknięcia, przyklejenia, braki
przetopu), w największym stopniu zagrażających
bezpieczeństwu konstrukcji.
147
Tematyka pracy doktorskiej mająca na celu zwiększenie skuteczności kontroli jakości przy użyciu
metod Phased Array oraz TOFD może mieć wpływ
na wzrost konkurencyjności przedsiębiorstw, które
dzięki zastosowaniu nowoczesnych, ultradźwiękowych metod badań nieniszczących przy wykorzystaniu ich zalet, takich jak duża łatwość wykonania
badań, krótki czas badania itp. mają szansę na rozszerzenie zakresu kontroli swoich wyrobów nawet
do 100% produkcji, przy jednoczesnym, znacznym
zwiększeniu prawdopodobieństwa wykrycia wad
i niezgodności. Pozwoli to na zapewnienie niezawodności wykonywanych konstrukcji maszyn
i urządzeń, zmniejszenie ryzyka ewentualnych
awarii oraz związanych z nimi kosztów napraw,
przestojów w produkcji itp. Stosowanie przez zakłady najnowocześniejszych ultradźwiękowych
metod badań nieniszczących pozwoli także na
łatwiejsze nawiązywanie współpracy z klientami
zagranicznymi, zwłaszcza z państw wysoko uprzemysłowionych, gdzie początek stosowania tego
typu badań w diagnostyce technicznej elektrowni
jądrowych miał miejsce już w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku.
EWA LISIECKA
Interdyscyplinarne Studia Doktoranckie
w zakresie Czystych Technologii Węglowych
w Głównym Instytucie Górnictwa w Katowicach
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Metoda i urządzenie do optycznego pomiaru temperatury
w procesie podziemnego zgazowania węgla
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Tematyka prowadzonych badań obejmuje koncepcję metody i projekt zaawansowanego modelu
urządzenia do optycznego pomiaru temperatury
w procesie podziemnego zgazowania węgla. Urządzenia do optycznego pomiaru temperatury są
bezkontaktowymi przyrządami termometrycznymi, pracującymi na bazie praw promieniowania
cieplnego. Promieniowanie cieplne, nazywane
inaczej temperaturowym, jest emitowane przez
każdy obiekt mający temperaturę wyższą od zera
bezwzględnego. Miarą ilości energii emitowanej
z jednostki powierzchni, w jednostce czasu do
półprzestrzeni jest egzytancja energetyczna, która
zależna jest od temperatury źródła promieniowania i długości fali. Wraz z temperaturą maksimum
charakterystyk emisyjnych przesuwa się w kierunku krótszych długości fali. Opracowana metoda
pomiarowa bazuje na wyznaczeniu maksimum
krzywej emisyjnej, a następnie na jej podstawie,
wartości temperatury źródła promieniowania. Jest
to nowe podejście w stosunku do powszechnie stosowanych optycznych przyrządów pomiarowych
– pirometrów i kamer termowizyjnych. W fizycznej
realizacji czujnika wykorzystano spektrometr
VIS-NIR i układ optyczny składający się z pręta
kwarcowego i światłowodu.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Proces podziemnego zgazowania węgla jest alternatywnym sposobem pozyskiwania energii
zmagazynowanej w tym surowcu, bezpośrednio w pokładzie węglowym, in situ. Produktem
zgazowania jest gaz procesowy, który może być
wykorzystany do celów energetycznych (produkcja energii elektrycznej i cieplnej oraz wodoru)
lub jako substrat dla przemysłu chemicznego do
produkcji m.in. substytutu gazu ziemnego czy
paliw płynnych. Kluczowym parametrem dla
prowadzenia procesu podziemnego zgazowania
węgla w sposób kontrolowany jest temperatura
procesu. Pomiar warunków temperaturowych
panujących w reaktorze podziemnego zgazowania
węgla jest zadaniem trudnym, a niekiedy wręcz
niemożliwym do zrealizowania, ze względu na
specyficzne środowisko pomiarowe: zamknięta
przestrzeń reaktora w pokładzie węglowym, wysoka temperatura procesu do ok. 2000°C, konieczność prowadzenia pomiarów w obecności gazów
palnych i wybuchowych przez długi okres, w czasie
rzeczywistym. Powszechnie dostępne urządzenia
termometryczne nie spełniają w pełni wymagań,
jakie stawia przed nimi proces podziemnego zgazowania węgla, dlatego konieczne jest opracowanie
nowych metod pomiarowych i urządzeń, które
pozwolą na prowadzenie procesu PZW w sposób
kontrolowany i uzyskanie pożądanych produktów
dla konkretnych zastosowań.
148
HUBERT MICHALCZUK
Politechnika Częstochowska
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Wpływ wybranych parametrów konstrukcyjnych
gwintownika wygniatającego na kształtowanie gwintu
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zakres badań obejmuje zagadnienia związane
z projektowaniem, wytwarzaniem, technologią
wygniatania gwintów, konstrukcją gwintowników
wygniatających, analizą i optymalizacją ich kształtu, opierającą się na symulacjach komputerowych
MES i badaniach stanowiskowych. Wykonanie
gwintów w materiałach wysoko plastycznych,
stalach kwaso- i żaroodpornych oraz metalach
nieżelaznych może okazać się dużym problemem.
Metoda plastycznego kształtowania gwintów pozwala w dużym stopniu na rozwiązanie problemów
występujących podczas wykonywania gwintów
wewnętrznych. Zastosowanie tej bezwiórowej
technologii obróbki umożliwia gwintowanie
materiałów trudno skrawalnych, czyni proces
gwintowania bardziej wydajnym. Żywotność gwintowników wygniatających jest kilkanaście razy
wyższa od gwintowników skrawających. Gwint
wykonany tą technologią jest wysokiej jakości
i znacznie odporniejszy na ścinanie. Bardzo istotną
cechą charakteryzującą narzędzie, jest jego profil
(graniastość) w przekroju poprzecznym. Głównym
celem prowadzonych badań jest analiza wpływu
wybranych parametrów konstrukcyjnych gwintownika wygniatającego w przekroju poprzecznym,
dobranie kształtu grani tak, aby zagwarantowane
zostały właściwe warunki wygniatania.
149
Na terenie województwa śląskiego znajduje się
znacząca ilość zakładów przemysłowych zainteresowanych wynikami badań, z następujących
branży: narzędziowej, maszynowej, motoryzacyjnej, zbrojeniowej, górniczej, precyzyjnej. Zakłady
wykorzystują bądź mają zamiar wdrożyć technologie wykonywania gwintów wewnętrznych metodą
wygniatania, a wyniki badań uzyskane z pracy
doktorskiej mogą mieć dla nich istotne znaczenie,
co do wyboru odpowiednich narzędzi i technologii wygniatania gwintów. Istnieje również wiele
zakładów produkujących narzędzia do obróbki
metali, które wykazują się dużym zainteresowaniem gwintownikami wygniatającymi i technikami optymalizacji kształtu. Dzięki opracowaniu
technologii plastycznego kształtowania gwintów
wewnętrznych, pod względem kształtu narzędzia
w części wygniatającej i kalibrującej, możemy stać
się jedynym producentem tego rodzaju narzędzi
w Polsce. Narzędzia te mogą zostać wykorzystane
w różnych dziedzinach przemysłu, do kształtowania gwintów wewnętrznych, o średnicach od M3
do M40, w materiałach zwykłej jakości i w materiałach specjalnych.
BARBARA NIERADKA
Politechnika Śląska, Wydział Mechaniczny Technologiczny
Instytut Materiałów Inżynierskich i Biomedycznych
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Materiały kompozytowe o osnowie polimerowej
z nanodrutami Cu o podwyższonej absorpcji promieniowania
i zwiększonym przewodnictwie cieplnym
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zasadniczym celem podejmowanej pracy doktorskiej jest opracowanie technologii otrzymywania
nanodrutów nieorganicznych oraz opracowanie
z ich udziałem technologii otrzymywania innowacyjnych materiałów kompozytowych, co zostanie zrealizowane w kilku następujących po
sobie etapach.
W pierwszej kolejności zostaną wytworzone w procesie elektroprzędzenia nanowłókna polimerowe,
zawierające w swej budowie nanocząstki metalu.
Następnie zostaną one poddane oddziaływaniu
wysokiej temperatury w celu usunięcia części
organicznej oraz przebudowy pozostałej części
nieorganicznej w postać nanodrutów.
Uzyskanie nanodrutów Cu i/lub Ag pozwoli wkroczyć w kolejny etap pracy mający na celu opracowanie materiałów kompozytowych o osnowie polimerowej z nanodrutami, które wykażą własności
m.in. podwyższonej przewodności cieplnej oraz
zdolności pochłaniana promieniowania.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W myśl omawianej tematyki rozprawy doktorskiej zostanie opracowany nowoczesny materiał
kompozytowy, który dzięki swym specyficznym
własnościom może znaleźć zastosowanie w szczególności w przemyśle zbrojeniowym, motoryzacyjnym, elektrycznym.
Omawiane materiały kompozytowe mogą zostać
zastosowane do wytwarzania osłon pochłaniających promieniowanie, które mogą znaleźć zastosowanie w przemyśle zbrojeniowym.
Przewiduje się, że wytworzony materiał kompozytowy będzie konkurencyjny z dotychczas stosowanymi materiałami na kokpity samochodowe,
tapicerkę, filtry, przewody wentylacji i klimatyzacji.
Wykonane z omawianego materiału kompozytowego elementy mogą podwyższyć bezpieczeństwo
użytkowania oraz zapobiegać rozwojowi grzybów
i bakterii wewnątrz pojazdu. Ich działanie nie
będzie doraźne, będzie trwałe w całym okresie
eksploatacji pojazdu.
Omawiany kompozyt może być zastosowany do
wytwarzania pokryw, osłon do maszyn i kabin
sterowniczych w przemyśle maszynowym oraz
warstw przewodzących w przemyśle elektrycznym. Może również zostać przeznaczony na otuliny
dla kanałów przepływu powietrza, ogrzewanie
foteli i kanap samochodowych, jako wzmocnienia
w panelach nadwozia i zderzakach, na przewody
paliwowe o zmniejszonej przepuszczalności par
benzyny, zbiorniki paliwa, głównie z powodu ich
własności przewodzących, dzięki czemu eliminowałoby się zjawisko ładowania elektrostatycznego.
150
PAWEŁ NOWAK
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Analiza własności regulacyjnych algorytmu sterowania ADRC
dla zastosowań w automatyce procesowej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Prace skupiają się na analizie i implementacji nowatorskiego algorytmu sterowania ADRC (Activce Disturbance Rejection Control). Algorytm
ten w ostatnich latach zdobywa coraz większą
popularność, zarówno w środowisku naukowym,
jak i przemyśle. W opinii jego twórców ma szansę stać się następcą powszechnie stosowanego
algorytmu PID.
W ramach projektu zakłada się zarówno analizy
teoretyczne algorytmu ADRC, jak i jego weryfikację praktyczną, dla zastosowań w automatyce
przemysłowej. Duży nacisk położony jest również
na implementację algorytmu sterowania ADRC,
w postaci bloków funkcyjnych dla popularnych
sterowników PLC.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
We współczesnej gospodarce coraz większy nacisk
kładzie się na energooszczędność, efektywność
i ekologiczność procesu produkcyjnego. Jednocześnie wciąż rosną wymagania związane z jakością
produktu końcowego, przy możliwie minimalnych
kosztach produkcji. Połączenie tych oczekiwań narzuca bardzo duże wymagania na przebieg samego
procesu. Z tego punktu widzenia kluczowe znaczenie ma oczywiście jego poprawne zaprojektowanie.
Jednak z drugiej strony nawet najlepiej zaprojektowany proces technologiczny, bez odpowiedniej
warstwy sterowania, nie będzie w stanie spełniać
stawianych mu wymagań. W literaturze branżo-
151
wej można znaleźć informacje, iż każda poprawa
jakości pracy układów regulacji, poprzez zmianę
nastaw lub samego algorytmu regulacji, ma kluczowe znaczenie dla poprawy jakości, wydajności
i bezpieczeństwa całego procesu produkcyjnego.
W dłuższej perspektywie, powoduje to poprawę
sytuacji ekonomicznej całego przedsiębiorstwa.
Projekt zakłada testowanie algorytmu ADRC na
podstawie pilotażowych instalacji przemysłowych
znajdujących się w Zakładzie Urządzeń i Układów
Automatyki. Prace mają charakter zarówno symulacyjny, jak i praktyczny. Porównanie zaawansowanych algorytmów regulacji z popularnie stosowanymi układami ma na celu pokazanie korzyści
stosowania tych pierwszych. W konsekwencji
zaś przyczynić się do wzrostu ich popularności.
Opracowanie przykładowych bloków funkcyjnych dla sterowników PLC powinno dostarczyć
gotowe narzędzia dla inżynierów, dzięki czemu
proces projektowania układów regulacji stanie
się szybszy i prostszy.
ANETA OLSZEWSKA
Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny, Katedra Optoelektroniki
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Identyfikacja i lokalizacja sygnałów emisji akustycznej
w olejowych transformatorach energetycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Podstawowym celem pracy doktorskiej jest
rozróżnienie sygnałów emisji akustycznej (EA)
pochodzących od różnych źródeł w olejowych
transformatorach energetycznych, rozpoznanie
właściwości rozróżnionych sygnałów ze szczególnym uwzględnieniem źródeł wyładowań niezupełnych (WNZ) oraz opracowanie metodyki mającej na celu lokalizację źródeł WNZ w olejowych
transformatorach energetycznych.
Detekcja, ocena intensywności i lokalizacja WNZ
są niezmiernie ważne w aspekcie bieżącej oceny
stanu izolacji badanych transformatorów elektroenergetycznych. Na tej podstawie podejmuje się
decyzję o jej dalszej przydatności eksploatacyjnej,
w tym również o przekazaniu transformatora do
remontu lub jego wycofaniu z eksploatacji.
Będąca przedmiotem badań diagnostyka metodą
EA oparta jest na wykorzystaniu wykrywania
i lokalizacji źródeł EA, w tym źródeł wyładowań
niezupełnych w olejowych transformatorach energetycznych, zaawansowanych deskryptorów EA.
Deskryptory te nadają sygnałom EA stopień zaawansowania, który jest powiązany ze stopniem
zaawansowania procesów deformacyjnych zachodzących w badanych urządzeniach. Posługując
się rozróżnieniem sygnałów ze względu na ich
stopień zaawansowania, opracowano metodykę
lokalizacji źródeł WNZ w olejowych transformatorach energetycznych.
Prowadzone prace badawcze mają charakter nowatorski i priorytetowe znaczenie w prowadzeniu
diagnostyki on-line ważnych urządzeń w polskim
systemie elektroenergetycznym.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wynikiem pracy doktorskiej jest metoda lokalizacji
wyładowań niezupełnych w olejowych transformatorach mocy, która może być wdrożona do
badań diagnostycznych tychże urządzeń. Wyniki
badań mają zastosowanie praktyczne, które jest
ważne w rozwoju innowacyjności. Już na etapie
badań została podjęta współpraca z przemysłem,
gdyż badania prowadzone są na rzeczywistych,
pracujących transformatorach. Zapotrzebowanie
energetyki na tego rodzaju badania jest bardzo
duże, o czym świadczy umieszczenie metody akustycznej w aktach normatywnych dotyczących
badań eksploatacyjnych transformatorów dużych
mocy.
152
MARCIN PROCEK
Politechnika Śląska
Wydział Elektryczny, Katedra Optoelektroniki
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Zastosowanie nanostruktur półprzewodników szerokoprzerwowych
w układach do pomiaru i detekcji wybranych gazów
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Badania dotyczą zastosowania nanostruktur
półprzewodników szerokoprzerwowych w urządzeniach do detekcji i pomiaru stężeń gazów. Badane materiały to tlenek cynku, ditlenek tytanu
i ditlenek cyny. Materiały te w formie cienkich
warstw są szeroko stosowane w sensoryce gazów
już od wielu lat. W celu minimalizacji wymiarów
sensorów przy jednoczesnej poprawie ich czułości i zmniejszaniu energochłonności podejmuje
się próby aplikacji nanaocząstek wspomnianych
materiałów. Nanostruktury mają bardzo rozwiniętą powierzchnię, oddziałującą z gazami oraz
uporządkowaną strukturę krystaliczną.
W ramach pracy dokonywana jest synteza nanostruktur wspomnianych półprzewodników oraz
badanie i analiza ich morfologii, a także składu
chemicznego. W pracy badawczej wykorzystuje się
takie metody, jak mikroskopia elektronowa (SEM),
mikroskopia sił atomowych (AFM), mikroskopia
optyczna czy spektroskopia Ramana. Istotnym
elementem pracy doktorskiej jest projektowanie i wykonywanie sensorów gazów, w których
absorberami są wspomniane nanostruktury.
Wykonane sensory poddawane są badaniom na
oddziaływanie z wybranymi gazami. Prowadzone
są również prace nad urządzeniami zatężającymi
gazy o niskich stężeniach przed detekcją (prekoncentratorami).
Poza aspektem technologicznym i aplikacyjnym
trwają prace nad lepszym poznaniem zjawisk
fizykochemicznych zachodzących na powierzchni
badanych nanostruktur półprzewodnikowych
pod wpływem gazów. Znajomość mechanizmów
153
oddziaływania badanych materiałów z gazami
jest niezbędna do projektowania sensorów gazów
o dobrych parametrach.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowane w ramach doktoratu urządzenia
mogą zostać zastosowane do badania stężeń oraz
wykrywania gazów. Urządzenia takie mogą być
stosowane w wielu ważnych dla gospodarki kraju
i regionu gałęziach przemysłu (samochodowym,
lotniczym, chemicznym i energetycznym, w górnictwie, obronności, medycynie i innych). Są również
stosowane do monitorowania składu powietrza
atmosferycznego, a także w gospodarstwach domowych jako czujniki lotnych substancji niebezpiecznych. Opracowane sensory gazów wykazują
czułość na ekstremalnie niskie stężenia ditlenku
azotu oraz umożliwiają detekcję par materiałów
wybuchowych. Dorobek naukowy związany z sensorami gazów oraz współautorstwo dwóch zgłoszeń
patentowych dotyczących urządzeń do detekcji
gazów są atutem w prowadzonych badaniach.
WOJCIECH RADWAŃSKI
Akademia Techniczno-Humanistyczna w Bielsku Białej
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Wpływ naciągu magnetycznego na żywotność łożysk tocznych
i ugięcie wału w silnikach elektrycznych z magnesami trwałymi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem pracy doktorskiej jest zgłębienie problemów
eksploatacyjnych silników elektrycznych i ich
poprawa przez wydłużenie żywotności łożysk
tocznych i dokładniejsze obliczenia wytrzymałościowe wału w kierunku wzrostu atrakcyjności
tego typu napędów oraz zwiększenia sprzedaży,
co pociąga za sobą zmniejszenie jednostkowej
ceny produktu. Obliczenia wytrzymałościowe
wału w silniku elektrycznym z magnesami trwałymi przeprowadza się analogicznie jak obliczenia
wytrzymałościowe dla silnika asynchronicznego.
Z uwagi na występowanie w maszynach z magnesami trwałymi stałej siły magnetomotorycznej wzbudzenia w wirniku, zagadnienie naciągu
magnetycznego w tych maszynach jest bardziej
złożone niż w przypadku maszyn indukcyjnych
asynchronicznych. Jest ono także istotniejsze
z uwagi na stosowanie w maszynach z magnesami
trwałymi wyższej wartości indukcji magnetycznej
w szczelinie powietrznej w stosunku do wartości
stosowanych w maszynach indukcyjnych. Siła
naciągu magnetycznego powinna też być brana
pod uwagę przy obliczeniach reakcji w łożyskach
tocznych, co przekłada się na dokładniejsze oszacowanie ich żywotności w postaci roboczogodzin.
Konieczne wydaje się więc podjęcie prac mających
na celu zrozumienie zjawiska naciągu magnetycznego w maszynach z magnesami trwałymi i opracowanie metod obliczeniowych pozwalających
możliwie dokładnie szacować wpływ tego zjawiska
na poprawność działania projektowanych tego
typu maszyn z magnesami trwałymi.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Poprawa parametrów eksploatacyjnych i doskonalenie silników elektrycznych powszechnie używanych w przemyśle maszynowym, samochodowym
oraz górniczym to ciągły rozwój technologii projektowania i wytwarzania przenoszenia napędów
w sposób bezpieczny, cichy i ekologiczny. Każde
zjawisko wpływające negatywnie na prace silników elektrycznych, w tym naciąg magnetyczny,
powinno być rozpatrzone w kontekście nauk technicznych jako zgłębienie wiedzy oraz możliwość
analizy i przebadania w celu poprawy efektywności
pracy maszyn napędzanych silnikami elektrycznymi, w tym z magnesami trwałymi. Możliwość
prowadzenia badań nad niepożądanymi zjawiskami ograniczającymi efektywność pracy napędów
elektrycznych i ich eliminowaniem przyczynia
się do poprawy parametrów eksploatacyjnych,
ceny oraz sprzedaży, co w konsekwencji znacząco
wpływa na rozwój przemysłu. Projekt badawczy można określić jako wysoce innowacyjny,
ze względu na nierozpoznany problem naciągu
magnetycznego w maszynach elektrycznych ze
wskazaniem na silniki z magnesami trwałymi,
i mający duży wpływ na poprawę efektywności
pracy maszyny elektrycznej oraz jej sprawności,
co przekłada się na aspekt ekonomiczny.
154
JUSTYNA SKOWRONEK
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł maszynowy, samochodowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Ciecze jonowe jako płyny hydrauliczne nowej generacji
– badanie właściwości fizykochemicznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zainteresowanie cieczami jonowymi wynika z ich
unikatowych właściwości. Ze względu na niską
prężność par, stabilność chemiczną i fizyczną są
bardziej przyjazne środowisku oraz mniej szkodliwe dla zdrowia, a odpowiedni dobór kationu
bądź anionu na etapie syntezy pozwala na dostosowanie ich właściwości do potrzeb aplikacyjnych.
Badanie właściwości fizykochemicznych cieczy
jonowych w szerokim zakresie temperatury i ciśnienia jest istotne z punktu widzenia zastosowania tych związków jako płynów hydraulicznych
bądź dodatków poprawiających właściwości olejów. Pomiary gęstości, prędkości propagacji fali
ultradźwiękowej w zakresie ciśnienia od 0,1 do
100 MPa metodą otwartej pętli elektroakustycznej
oraz pojemności cieplnej pozwolą na określenie
temperaturowej i ciśnieniowej charakterystyki
ściśliwości i rozszerzalności termicznej badanych
związków. Metoda akustyczna jako jedyna pozwala na bezpośrednie wyznaczenie współczynnika ściśliwości adiabatycznej. Celem pracy jest
określenie wpływu budowy cieczy jonowych na
właściwości termodynamiczne i akustyczne oraz
znalezienie optymalnych wartości wszystkich
wielkości fizykochemicznych, poprawiających
jakość olejów hydraulicznych.
155
Obszar województwa śląskiego, ze względu na
bardzo dużą liczbę funkcjonujących zakładów
zajmujących się dostarczaniem podzespołów samochodowych, jest nazywany zagłębiem motoryzacyjnym. Dynamiczny rozwój przemysłu
motoryzacyjnego na terenie województwa ukazuje
jego duży wpływ na otoczenie lokalne i regionalne.
Charakterystyka fizykochemiczna cieczy jonowych pozwoli na znalezienie nowych płynów
hydraulicznych, charakteryzujących się bardzo
dobrymi właściwościami, poprawiającymi jakość
pracy urządzeń pod względem eksploatacyjnym
i użytkowym. Zadaniem nowych olejów będzie
zmniejszenie ich zużycia, polepszenie pracy układów hydraulicznych pojazdów mechanicznych,
bez narażania na niebezpieczeństwo zdrowia
ludzkiego. Te właściwości przyczynią się do dłuższej
eksploatacji i żywotności pojazdów silnikowych.
Ciecze jonowe, ze względu na swoje unikalne
właściwości, mogą wpływać na niezawodność
i trwałość układów tribologicznych (właściwości
przeciwzatarciowe i przeciwzużyciowe). Nowoczesne technologie oraz innowacyjne zastosowania
w pojazdach samochodowych mogą stanowić
przyszłość regionu.
MILENA TRZASKALSKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Zakład Przetwórstwa Polimerów
[email protected]
obszar technologiczny:
Przemysł samochodowy, maszynowy, lotniczy i górniczy
problem badawczy:
Analiza oddziaływania środków barwiących na wybrane
właściwości fizyczne i użytkowe wyprasek z terpolimeru ABS
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Tematem pracy jest analiza wpływu ilości i rodzaju
środków barwiących (w postaci sproszkowanego pigmentu, a także jego koncentratów w bazie
tworzyw z grupy styrenowej: ABS i PS) oraz parametrów przetwórstwa (temperatura formy, temperatura wtryskiwania i prędkość wtryskiwania)
na właściwości przetwórcze, mechaniczne oraz
użytkowe wyrobów z tworzywa ABS (akrylonitryl
– butadien – styren).
W ramach badań wstępnie porównano właściwości
przetwórcze tworzywa niebarwionego oraz barwionego, wyznaczając wartość wskaźnika szybkości płynięcia MFR. Następnie przeprowadzono
badania wpływu warunków przetwórstwa oraz
ilości i postaci środków barwiących na właściwości
wyprasek:
• mechaniczne – badano: twardość, udarność
i wytrzymałość na rozciąganie,
• cieplne – badano temperaturę mięknienia wg
Vicata,
• użytkowe – badano barwę i połysk.
W związku z faktem, że elementy barwione są
często narażone na ekspozycję promieni słonecznych wypraski poddano starzeniu promieniami
UV w warunkach przyspieszonych, a następnie
zbadano zmianę ich właściwości użytkowych,
takich jak barwa i połysk.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Dzięki wykorzystaniu napełniaczy oraz środków pomocniczych, m.in. środków barwiących,
zastosowanie tworzyw sztucznych znacznie się
zwiększyło. Znaczącą rolę odegrała tutaj możliwość
stosunkowo łatwego, trwałego oraz taniego (w stosunku do innych materiałów) barwienia tworzyw.
Dodanie niewielkiej ilości środka barwiącego
pozwala na uzyskanie wytworu o dowolnej barwie i dobrych właściwościach użytkowych. Przy
właściwie dobranych warunkach przetwórstwa
(temp. formy/temp. wtryskiwania/prędkość wtryskiwania) można otrzymać wypraski o gładkiej
powierzchni i jednolitej barwie, albowiem zmiana parametrów przetwórstwa przekłada się na
zmiany właściwości użytkowych. Jednocześnie
odpowiedni dobór wspomnianych parametrów
umożliwia wytworzenie wyprasek o właściwościach mechanicznych i cieplnych zbliżonych do
odnotowywanych dla tworzywa niebarwionego
lub wyższych.
Badania związane z powyższą tematyką mają duży
potencjał, albowiem do chwili obecnej jest niewiele
prac/badań znanych szerszemu gronu odbiorców
(w tym przedstawicielom przemysłu przetwórstwa
tworzyw) oraz publikacji związanych z określeniem
wpływu takich czynników, jak środki barwiące (ich
zawartość/postać/skład chemiczny) oraz warunki
przetwórstwa na właściwości amorficzne tworzyw
konstrukcyjnych.
156
157
NANOTECHNOLOGIE
I NANOMATERIAŁY
MARIA BAŃCZYK
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Nanokryształy fluorkowe w materiałach
krzemianowych otrzymanych metodą zol-żel
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Szybko rozwijająca się w ostatnich dekadach
nanotechnologia, a także rosnące wymagania
różnych rynków technologicznych, wymuszają
poszukiwania nanomateriałów o precyzyjnie zaprojektowanych właściwościach. Domieszkowanie
nanostruktur optycznie aktywnymi jonami lantanowców pozwala na modyfikacje ich właściwości
optycznych, co czyni je idealnymi materiałami
do zastosowań w optoelektronice. Bardzo dobre
właściwości optyczne wykazują jony europu, które
wyróżniają się spośród innych lantanowców intensywną emisją w zakresie światła widzialnego
o barwie czerwonej. Dodatkowo wykazano, że
trójwartościowe jony europu pełnią funkcję sondy
spektroskopowej, wskazującej zmiany strukturalne
wokół najbliższego otoczenia aktywatora. Metoda
zol-żel jest jedną z technik wykorzystywanych do
otrzymywania nanokryształów o wysokim stopniu
czystości, które z łatwością można aktywować
jonami europu. Prowadzone badania dotyczą otrzymania metodą zol-żel bezołowiowych bezpiecznych
dla środowiska nanokryształów fluorkowych (CaF2,
BaF2 oraz SrF2) domieszkowanych jonami europu.
Kolejnym istotnym elementem jest zbadanie lokalnej struktury i właściwości optycznych jonów
Eu3+ w układach zol-żelowych przed i po procesie
wygrzewania, a także detekcja nanokryształów
fluorkowych za pomocą metod mikroskopowych
i spektroskopowych. Powyższe układy zol-żelowe
(CaF2, BaF2, SrF2) domieszkowane jonami europu
poprzez bardzo dobre właściwości optyczne mają
duże predyspozycje do stania się innowacyjnymi
nanomateriałami bezołowiowymi do zastosowań
w optoelektronice.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zastosowanie otrzymanych w pracy doktorskiej
wyników badań w obszarze nanotechnologii i nanomateriałów jest bardzo istotne dla istniejących
potrzeb województwa śląskiego. Głównym medium
transmisyjnym województwa śląskiego, wykorzystywanym w różnych dziedzinach przemysłu, jest technologia światłowodowa. Otrzymane
w pracy doktorskiej innowacyjne bezołowiowe
nanokryształy domieszkowane jonami europu
mogą bezpośrednio zostać wykorzystane w modyfikacji technologii otrzymywania światłowodów.
Zastosowanie nanokryształów fluorkowych (CaF2,
BaF2, SrF2) domieszkowanych jonami europu może
wpłynąć na optymalizację parametrów optycznych
materiałów wyjściowych do produkcji światłowodów poprzez poprawę ich właściwości optycznych,
co wpłynie korzystnie na zmniejszenie się kosztów
budowy nowoczesnej infrastruktury telekomunikacyjnej (mniejsza ilość podstacji – wzmacniaczy
sygnałów) zwiększając przepustowość oraz zasięg
nowo otrzymanych światłowodów. Opracowanie
zol-żelowej technologii nanokryształów fluorkowych aktywowanych jonami Eu3+ będzie też dobrym punktem wyjścia do otrzymania podobnych
układów, ale domieszkowanych innymi jonami
lantanowców (na przykład Nd3+, Er3+, Tm3+) pod
kątem ich zastosowań w optoelektronice.
160
MAŁGORZATA BERDYS
Politechnika Śląska, Wydział Chemiczny
Katedra Inżynierii Chemicznej i Projektowania Procesowego
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Monolity hybrydowe o hierarchicznej strukturze porów w skali mikro
i nanometrycznej. Opracowanie nowej klasy materiałów dla zastosowań
procesowych poprzez modyfikację na poziomie molekularnym
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem pracy badawczej jest otrzymanie mikroreaktora monolitycznego o wysokiej sprawności.
Osiągnięcie tego celu możliwe jest poprzez modyfikację materiałów na poziomie nanostrukturalnym.
Potrzeba powiększenia wielkości monolitów krzemionkowych, będących podstawą opracowanych
ostatnio ciągłych mikroreaktorów enzymatycznych o niezwykle wysokiej efektywności, była
inspiracją do stworzenia układu hybrydowego
„monolit w monolicie”, z monolitami krzemionkowymi umieszczonymi wewnątrz tzw. monolitu
kordierytowego. W układzie tym monolit kordierytowy pełni funkcję „rusztowania” wzmacniającego
strukturę monolitu krzemionkowego, co pozwala
na znaczne zwiększenie jego wielkości, a poprzez
to znaczne poszerzenie możliwości aplikacyjnych.
Istotne zagadnienie stanowi konieczność zapewnienia dobrej spójności całej struktury.
Zagadnienia inżynierii funkcjonalnych warstw/
powłok powierzchniowych jest jednym z nowszych
obszarów wiedzy, o dużym znaczeniu praktycznym.
W pracy wykorzystywane są nanostrukturalnie modyfikowane warstwy powierzchniowe
mające podwójną funkcję: zabezpieczenia przed
wpływem czynników środowiska zewnętrznego
(m.in. przed zużyciem mechanicznym) oraz ingerencją z zewnątrz, tworząc tym samym korzystne
warunki dla przebiegu reakcji chemicznych i enzymatycznych.
161
Praca badawcza jest ukierunkowana na otrzymanie prototypu nowego rozwiązania mikroreaktora monolitycznego o wysokiej sprawności do
praktycznych zastosowań w syntezie chemicznej,
biochemicznej oraz proteolizie. Wzrost wydajności
i postęp innowacyjności gospodarki województwa
śląskiego możliwy jest przy wykorzystaniu jednej
z najszybciej rozwijających się dziedzin naukowych,
jaką jest nanotechnologia. Potrzeba zwiększenia
konkurencyjności gospodarki wymaga pilnego wyposażenia przedsiębiorstw w rozwiązania z zakresu
najnowszych technologii, wśród których, obok IT,
technologie materiałowe, stanowiące tradycyjnie
silny atut regionu, wysuwają się na czoło. Proponowany projekt istotnie wzmacnia ten ostatni nurt
o nowatorską wiedzę należącą do obszaru nanotechnologii i materiałów hybrydowych. Omawiane
badania prowadzą do zwiększenia atrakcyjności
regionu poprzez pozyskanie najnowszej wiedzy
z zakresu technologii nanomateriałów funkcjonalnych i hybrydowych. Dodatkowo powinno
być możliwe podniesienie efektywności procesów
wytwórczych – syntezy chemicznej i biochemicznej, skutkujące kilkukrotnym obniżeniem zużycia
energii i materiałów. W wyniku przeprowadzonych doświadczeń zamierzonym efektem będzie
poprawa bezpieczeństwa procesowego, a poprzez
to warunków pracy i ochrony środowiska.
AGNIESZKA GODZIEK
Uniwersytet Śląski
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Zastosowanie technik chromatograficznych oraz innych
instrumentalnych technik analitycznych do badania procesu
samorzutnej peptyzacji wybranych aminokwasów białkowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Pojęcie nanorurek czy nanosfer peptydowych
znane jest od początku lat 90. ubiegłego stulecia,
jednak dopiero obecny postęp technologiczny
pozwala na lepsze poznanie tych niezwykłych
struktur. Niniejsze badania dotyczą zarówno pojedynczych aminokwasów białkowych, jak i ich
mieszanin w roztworach wodnych. Aminokwasy
biogenne są podstawowym składnikiem budulcowym w ludzkim organizmie. Wchodzą w skład
wszystkich białek, a ich sekwencja określa unikalne
właściwości poszczególnych białek. Aminokwasy
białkowe wykazują właściwości przeciwzapalne,
wpływają na estetykę skóry, mają działanie ochronne, antyoksydacyjne, higroskopijne, a ponadto biorą
udział w podstawowych czynnościach życiowych.
Ich niezwykłe właściwości są nieustannie wykorzystywane w produkcji preparatów kosmetycznych
o różnorodnym zastosowaniu.
Wszystkie aminokwasy z wyjątkiem glicyny posiadają w swojej strukturze asymetryczny atom węgla α i dlatego należą do grupy związków optycznie
czynnych. Ulegają zarówno inwersji chiralnej, jak
i samorzutnej peptyzacji w roztworach wodnych
i niewodnych. Zgłębianie tej tematyki nie tylko
pozwoli lepiej poznać badane związki, ich naturalne zachowanie w organizmach żywych, lecz
także umożliwi poznanie mechanizmu inwersji
chiralnej oraz reakcji samorzutnej peptyzacji.
Drugim kluczowym tematem badawczym jest
badanie nanostruktur peptydowych pod kątem
mechanizmu samoorganizacji prostych peptydów
w nanorurki, nanosfery czy nanowłókna.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowanie technologii otrzymywania nanorurek peptydowych może przyczynić się do szerszego zastosowania tych niezwykłych struktur
w produktach kosmetycznych. Nanostruktury
cechują się innymi właściwościami niż związek czy
pierwiastek, z którego powstały. Stąd racjonalne
jest przypuszczenie, iż zastosowanie nanorurek
peptydowych w kosmetyce znacznie poprawi
działanie antyoksydacyjne, przeciwzapalne, czy
przeciwstarzeniowe odpowiednich preparatów
kosmetycznych. Następstwem prowadzonych
badań mogą być osiągnięcia w zakresie wdrażania
innowacyjnych nanotechnologii w przemyśle
kosmetycznym, rozwój nowych technologii, powstawanie nowych, innowacyjnych produktów
kosmetycznych, a co za tym idzie – rozwój gospodarki województwa śląskiego.
162
MACIEJ KAPKOWSKI
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki Fizyki i Chemii, Instytut Chemii
e-mail: [email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Nanometaliczne katalizatory selektywnego utleniania alkoholi
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Rozwiązanie problemu wydajnego i selektywnego
utleniania polialkoholi w szczególności gliceryny
jest ważnym problemem w chemii. W procesie
produkcji biopaliw oraz innych procesach chemicznych wytwarza się duże ilości gliceryny, której
zagospodarowanie jest kłopotliwe. Jest to jeden
z głównych powodów, dlaczego obecnie prowadzi
się intensywne badania nowych selektywnych
i wydajnych technologii konwersji gliceryny do
produktów o istotnych zastosowaniach przemysłowych, poprawy ekonomiki takich procesów
oraz zwiększenia produkcji biodiesla. Zaletą gliceryny jest jej łatwa dostępność oraz związana
z tym niska cena. Jednocześnie ta stosunkowo
prosta cząsteczka jest potencjalnym źródłem wielu
związków chemicznych o większej użyteczności
w syntezie organicznej, np. kwasu glicerynowego,
dihydroksyacetonu, aldehydu glicerynowego,
kwasu glikolowego, kwasu octowego. Nowe technologie przerobu gliceryny skupiają się ponadto
na ekologicznych i ekonomicznych problemach
tego typu procesów. Jedną z obecnie stosowanych metod utylizacji odpadowej gliceryny jest jej
biotechnologiczne przetwarzanie. Proces ten jest
jednak skomplikowany i kosztowny, a tworzące się
produkty stanowią mieszaninę wielu związków
chemicznych.
Zakres projektu wpisuje się w nowatorskie trendy badawcze. W ramach prowadzonych badań
planuje się opracowanie i zastosowanie nowych
efektywnych nanokatalitycznych układów metali
szlachetnych (Au, Pd, Pt, Re, Ru, Ir), osadzonych
na różnych nośnikach (SiO2, C, Ni, Cu, CuO, V2O5,
163
Co2O3, MgO), w szczególności do reakcji utleniania surowców organicznych, w tym gliceryny
oraz innych (poli)alkoholi. Ponadto w ramach prac
przewiduje się przeprowadzenie systematycznego
studium przydatności otrzymanych nanometali
jako nowych katalizatorów heterogenicznych
w innych reakcjach organicznych. Badania wytworzonych nanomateriałów obejmą m.in. analizy
ich struktury, aktywności, selektywności. Reakcje
katalityczne prowadzone będą w szczególności
z wykorzystaniem technik ultradźwiękowego
i mikrofalowego wspomagania reakcji.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowanie nowych rozwiązań utylizacji odpadowej gliceryny może w znaczącym stopniu wpłynąć
na wzrost poziomu oraz potencjału innowacyjnego
firm wykorzystujących nanotechnologie na terenie województwa śląskiego poprzez potencjalną
możliwość wykorzystania nowych technologii
katalitycznych opartych na heterogenicznych
nanokatalizatorach. W wyniku ich zastosowania możliwa będzie redukcja kosztów produkcji
wytwarzanych związków chemicznych oraz poprawa stanu ochrony środowiska. Jedną z takich
perspektywicznych możliwości jest zastosowanie układu nano-Au/SiO2 w utylizacji odpadowej
gliceryny do kwasu octowego (M. Kapkowski,
M. Korzec, P. Bartczak, J. Polański, Sposób utylizacji
gliceryny do kwasu octowego, zgłoszenie patentowe;
Nr. P.407235, 2014).
KARINA KOCOT
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Mikroekstrakcja w zatężaniu i oznaczaniu śladowych ilości pierwiastków
techniką rentgenowskiej spektrometrii fluorescencyjnej
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Projekt poświęcony jest zastosowaniu nowoczesnego nanomateriału węglowego, jakim jest grafen
w zatężaniu i oznaczaniu śladowych ilości pierwiastków techniką rentgenowskiej spektrometrii
fluorescencyjnej (X-ray fluorescence, XRF). W omawianych badaniach wykorzystywana jest innowacyjna technika izolowania analitów z matryc,
tzn. dyspersyjna mikroekstrakcja do fazy stałej.
Metoda ta jest zgodna z nurtem rozwoju współczesnych technik ekstrakcyjnych, w którym do
powszechnie stosowanych procedur analitycznych
wprowadza się zasady „zielonej chemii”. Techniki
mikroekstrakcyjne cieszą się obecnie ogromnym
zainteresowaniem w chemii analitycznej ze względu na uproszczenie procesu ekstrakcji i znaczne
zmniejszenie ilości zużywanych odczynników
organicznych, co pozostaje w zgodzie z zasadami
zielonej chemii.
Szerokie zastosowanie XRF w analizie jakościowej
i ilościowej wynika m.in. z wielopierwiastkowego
charakteru pomiaru (oznaczane są wszystkie pierwiastki jednocześnie) oraz możliwości analizowania
próbek stałych bez konieczności ich wcześniejszej
mineralizacji. Typowe granice wykrywalności przy
czasie pomiaru wynoszącym kilka minut są rzędu
ppm, co nie jest wystarczające w przypadku oznaczania śladowych ilości pierwiastków w próbkach
środowiskowych. Celem badań jest opracowanie
procedury zatężania, prowadzącej do otrzymania
stałych próbek grafenu wraz z zaadsorbowanymi
na jego powierzchni pierwiastkami, które nadają
się idealnie do pomiaru techniką XRF.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Opracowana szybka i niekosztowna procedura
zatężania śladowych ilości metali, może stanowić
atrakcyjne narzędzie w analizie różnego rodzaju
próbek środowiskowych. Uzyskane wyniki badań
będą mogły zostać wykorzystane przez laboratoria
środowiskowe, zakłady oraz instytuty badawcze
zajmujące się problematyką ochrony środowiska
m.in. w zakresie pomiaru zanieczyszczeń, monitoringu środowiska lub analizie fizykochemicznej wody i ścieków. Zaproponowana procedura
zatężania pozwala na oznaczanie pierwiastków
w próbkach o bogatej matrycy organicznej, jak
również w próbkach o wysokim zasoleniu, które
sprawiają duże problemy podczas oznaczania innymi technikami instrumentalnymi. Zaproponowane
podejście pozwoli na wykorzystanie opracowanej
przeze mnie procedury zatężania w laboratoriach
zajmujących się analizowaniem tego typu próbek.
Zastosowana w prowadzonych badaniach procedura zatężania śladowych ilości pierwiastków
pozwoli na rozszerzenie zakresu stosowania rentgenowskich spektrometrów fluorescencyjnych
o analizę próbek ciekłych.
164
MATEUSZ KORZEC
Uniwersytet Śląski, Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii
Instytut Chemii, Zakład Chemii Organicznej
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Synteza bloków budulcowych dla farmacji i chemii metodą
katalizy heterogenicznej w układzie nano-Pd/Cu
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
We współpracy z Instytutem Metodologii Badań
Sp. z o. o. (grupa JARS) opracowano nowe metody
wytwarzania nanomateriałów, które mogą być stosowane jako katalizatory reakcji heterogenicznych
m.in. w reakcji tworzenia wiązania C-C. W szczególności okazuje się, że nanopallad naniesiony na:
SiO2, Cu, CuO, Ni, Ag, Ag2O może być skutecznym
katalizatorem reakcji sprzęgania Sonogashiry. Badania takich nanokatalizatorów prowadzone we
współpracy z firmą NANO-CHEM-TECH doprowadziły do opracowania nowej technologii ujawnionej
w zgłoszeniu patentowym opisującym zastosowanie nano-Pd/Cu w reakcjach sprzęgania. Wyniki
badań opisane zostały także w renomowanym
czasopiśmie – M. Korzec et al., Bimetallic nano-Pd/
PdO/Cu system as a highly effective catalyst for the
Sonogashira reaction, „Journal of Catalysis”, 313
(2014) 1–8. Wytworzony katalizator zawierający
nanopallad na miedzi elektrolitycznej w reakcjach
sprzęgania Sonogashiry daje produkty z wysokimi wydajnościami. Prosty układ reakcyjny oraz
łatwość wydzielenia katalizatora po zakończeniu
reakcji stanowi alternatywę dla klasycznych metod
prowadzenia tych reakcji. Obecnie prowadzone
są badania nad zastosowaniem nanokatalizatora
Pd/Cu w innych ważnych reakcjach dla chemii
i farmacji oraz wykorzystania otrzymanych przy
użyciu tego katalizatora produktów, do syntezy
nowych związków. Wykonane będą syntezy substancji aktywnych biologicznie oraz sprawdzony
zostanie poziom zanieczyszczenia metalami w tych
produktach, po wydzieleniu katalizatora Pd/Cu.
165
Prowadzone badania wspólnie z firmą POCH stały
się prekursorem intensywnych prac badawczych
w dziedzinie nanokatalizy w Zakładzie Chemii
Organicznej Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach. Dalsze badania oraz współpraca pomiędzy
NANO-CHEM-TECH i UŚ nad zastosowaniem
otrzymanych nanostruktur w sprzęganiach stały się podstawą do publikacji w renomowanym
czasopiśmie naukowym. Wykorzystanie produktów otrzymanych przy użyciu katalizatora
(Pd/Cu) pozwoliło także na otrzymanie nowych
interesujących związków z grupy barwników
fluoroscencyjnych, które mogą znaleźć zastosowanie w medycynie, szczególnie w diagnostyce medycznej do obrazowania komórek lub
narządów, elementów układów biologicznych,
takich jak organelle, antyciała DNA i RNA, co
zostało ujawnione w zgłoszeniu patentowym
(Robert Musioł, Mateusz Korzec, Anna Mrozek-Wilczkiewicz, Agnieszka Szurko, Wioletta Cieślik, Ewelina Spaczyńska, Marzena Rams-Baron
– Sposób obrazowania struktur biologicznych, 2013,
P. 406315). Obecnie prowadzone są badania w ramach programu SPIN-TECH nad możliwościami
aplikacyjnymi technologii otrzymywania nanomateriałów i/lub nanokatalizatora Pd/Cu w przemyśle.
MAGDALENA LASKOWSKA
Politechnika Częstochowska
Wydział Inżynierii Produkcji i Technologii Materiałów, Instytut Fizyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Charakterystyka spektroskopowa i własności magnetyczne
krzemionki mezoporowatej SBA-15 aktywowanej metalami
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem rozprawy doktorskiej jest synteza i określenie własności fizykochemicznych materiałów
opartych na mezoporowatej matrycy krzemionkowej typu SBA-15, zawierającej grupy aktywne:
nikiel, miedź i żelazo przyłączone za pośrednictwem
grupy propylowo-fosforanowej oraz nanokryształ
magnetyczny Mn12 przyłączony za pomocą grupy
propylowo-węglanowej.
Materiały są syntezowane w postaci proszków,
w których rozmiar pojedynczego ziarna materiału
wynosi od 100 do 500 nm, a dzięki własnościom
hydrofobowym możliwe jest zachowanie stanu
nanoproszku. Należy jednak podkreślić, że wyniki
uzyskane dla proszków mogą posłużyć za punkt
wyjścia do dalszych badań poświęconych cienkim
warstwom.
Nanomateriały będące obiektem badań charakteryzują się jednorodnym rozlokowaniem grup
aktywnych, z możliwością pełnej kontroli ich
stężenia. Średnica pojedynczej mezopory to 4,95
nm natomiast wielkość grupy aktywnej to około
0,5 nm. Dzięki innowacyjnej procedurze syntezy
możliwa jest kontrola odległości pomiędzy aktywnymi centrami.
Procedury są przygotowywane tak, by synteza
chemiczna odzwierciedlała proces technologiczny,
w którym molekuły są układane z dużą precyzją,
budując złożone struktury w sposób kontrolowany, co jest zgodne z wizją E. Drexlera odnośnie do
sposobu syntezowania nanomateriałów.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Otrzymywane nanomateriały mają szczególne
własności – hydrofobowość i możliwość kontrolowanej aktywacji jonami metali, które można
wykorzystać do modyfikacji tworzyw sztucznych.
Dzięki temu możliwe jest otrzymanie materiału
(modyfikatora) nadającego tworzywom sztucznym
pożądane właściwości.
Materiały, opracowane w ramach projektu, zostaną
użyte do modyfikacji tworzyw polimerowych:
polisilanu oraz poliuretanu. Dodatek modyfikatora, jakim jest hydrofobowa krzemionka SBA-15,
pozwala na uzyskanie materiału o własnościach
samoczyszczących. Dodatkowo możliwość aktywacji krzemionki srebrem lub miedzią daje możliwość
uzyskania materiałów jednocześnie dezynfekujących i samoczyszczących.
Zastosowanie hydrofobizowanej krzemionki
SBA-15 zawierającej jony srebra lub miedzi pozwoli
na otrzymanie materiału mającego właściwości
samoczyszczące i dezynfekujące jednocześnie, którego potencjał aplikacyjny jest ogromny. Materiały
takie mają kluczowe znaczenie przede wszystkim
w ochronie zdrowia. Modyfikowany poliuretan
może zostać wykorzystany do produkcji elementów
wyposażenia placówek ochrony zdrowia, a także
placówek użyteczności publicznej – generalnie
wszędzie tam, gdzie konieczne jest zachowanie
dużej czystości i sterylności. Możliwe jest również
zastosowanie krzemionkowych modyfikatorów
w przemyśle tekstylnym i samochodowym.
166
BEATA MARCOL
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Nowe, aromatyczne mono- i makromolekularne
nanomateriały dla organicznej elektroniki
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Prowadzone badania mają na celu otrzymanie
prekursorów aromatycznych mono- i makromolekularnch nanomateriałów na drodze kilkuetapowego procesu. Podstawowym założeniem był
zakup lub opracowanie syntezy katalizatorów
(np. [Ruch(CO)(PPh3)3]) i ich zastosowanie w reakcji
izomeryzacji dienów izolowanych do sprzężonych. Tak otrzymane produkty pośrednie zastosowano w następnym etapie procesu, tj. w reakcji
cykloaddycji Diesla-Aldera. Cykloaddycje [4 + 2]
typu dien-alkin oraz dien-alken przeprowadzono
w warunkach katalitycznych, a także w warunkach
wysokiego ciśnienia, co umożliwiło opracowanie
optymalnych warunków dla reakcji przebiegającej pomiędzy dienem a dienofilem. Jako dieny
sprzężone wykorzystano produkty izomeryzacji:
pochodne 1,5-heksadien-3,4-diolu (eterów alkilowych lub acetali) oraz estrów kwasu linolowego
(etylowego lub oktylowego), natomiast funkcję dienofila pełniły odpowiednio: 5-etynylo-2,2’-bitiofen,
1,2-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)etyn oraz 1,2-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)eten (otrzymany we współpracy z UAM
w Poznaniu). Związki te również zostały otrzymane
na drodze kilkuetapowego procesu. Opracowano
warunki aromatyzacji produktów cykloaddycji,
czyli uzyskanie finalnych nanomateriałów molekularnych. Dodatkowo poszerzono zakres typu
układów katalitycznych stosowanych w reakcji
izomeryzacji. Prowadzono badania nad tańszymi
zamiennikami katalitycznymi aniżeli kompleksy
metali przejściowych (Ru, Rh), tj. układami katalitycznymi typu eter koronowy–mocna zasada.
167
Prowadzone badania pozwoliły na poszerzenie
spektrum dostępnych nanometariałów dla organicznej elektroniki. Opracowanie metod modyfikacji nanomateriałów umożliwiło otrzymanie na
skalę przemysłową nowych pochodnych z grupy
politiofenów o oczekiwanych właściwościach.
Wprowadzenie technologii wytwarzania zarówno
produktów finalnych (jak i półproduktów) w skali
wielkolaboratoryjnej pozwoli na wzbogacenie
ofert handlowych firm prosperujących na rynku
chemicznym.
Wzbogacono ofertę handlową firmy Synal Chemicals o: katalizator izomeryzacji dienów sprzężonych (skonjugowanych estrów kwasu linolowego), 1,2-bis(bitiofen-5-ylo)eten, a także kolejny
nanometariał - 1,2-dihydroksy-3,6-dimetylo-4,5-bis(2,2’-bitiofen-5-ylo)benzen. Wszystkie elementy nowości stały się przedmiotem zgłoszeń
patentowych, których współautorem jest firma
Synal Chemicals.
MAREK MATUSSEK
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Nowe materiały, nanomateriały oraz prekursory
polimerów przewodzących dla organicznej elektroniki
z polskich źródeł renu i metali szlachetnych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Dynamicznie kształtujący się rozwój technologiczny w dziedzinie szeroko pojętej elektroniki,
spowodował, iż w ostatnich latach znacznie wzrosło zainteresowanie materiałami luminescencyjnymi. Z tych względów znaczna część związków
organicznych już na wstępie jest projektowana,
a następnie syntezowana pod kątem możliwości
ich późniejszego zastosowania w materiałach optoelektronicznych. Realizowany projekt koncentruje
się wokół tego typu związków. Niniejsza praca
obejmuje zaprojektowanie, syntezę, a następnie
przeprowadzenie szeregu badań fizykochemicznych nowo otrzymanych układów, opartych
głównie na pochodnych bitiofenu, fluorenu oraz
karbazolu.
Punktem wyjściowym badań jest otrzymanie
etynylowych (Ar-C≡CH) oraz 1,3-butadiynowych
(Ar-C≡C-C≡C-Ar) pochodnych ww. (hetero)aromatów, które w następnych etapach planuje się
przekształcić w odpowiednie materiały, nanomateriały bądź prekursory polimerów przewodzących
o oczekiwanych właściwościach optycznych.
Otrzymane pochodne etynylowe są w kolejnych
etapach pracy wykorzystywane do syntezy serii
kompleksów renu(I), typu [ReX(CO)3NN], gdzie X
to odpowiedni ligand etynylowy, zaś chelatujący
ligand N,N-donorowy to pochodna terpirydyny,
bipirydyny lub fenantroliny. Druga grupa otrzymanych pochodnych jest z kolei przekształcana
w układy pirolowe bądź fosfolowe, za pomocą
których zamierza się otrzymać kompleksy złota(I),
typu [LAuX], gdzie X stanowi wybrany ligand
etynylowy, zaś L to ligand fosfolowy.
Na każdym etapie pracy przeprowadza się wiele
badań (w tym modelowanie molekularne przy
użyciu obliczeń kwantowo-mechanicznych DFT),
określając, w jakim kierunku powinna postępować
modyfikacja struktury elektronowej otrzymywanych związków (w szczególności kompleksów)
w celu polepszania ich właściwości luminescencyjnych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Wszystkie wytworzone w ramach niniejszej pracy
nanomateriały zostaną wszechstronnie przebadane pod kątem ich praktycznego wykorzystania
w organicznej elektronice, w tym w szczególności
do konstrukcji diod OLED (Organic Light-Emitting
Diode). Przewiduje się zatem otrzymać materiał,
który będzie odznaczał się ulepszonymi parametrami użytkowymi niż obecnie dostępne na rynku
światowym produkty. Spełnienie powyższego
zaowocuje poszerzeniem oferty handlowej firmy
Syntal Chemicals (z którą nawiązano współpracę)
o opisywane (konkurencyjne) materiały.
168
KRYSTIAN MISTEWICZ
Politechnika Śląska
Instytut Fizyki – Centrum Naukowo-Dydaktyczne
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Własności sensorowe pojedynczych nanodrutów SbSI
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Celem pracy doktorskiej jest opracowanie i zbadanie nowego typu sensorów gazu oraz fotodetektorów wykonanych z pojedynczych nanodrutów
jodosiarczku antymonu (SbSI). Materiał ten jest
ferroelektrycznym półprzewodnikiem o unikalnych własnościach optycznych, elektrycznych
i fotoelektrycznych, zależnych od środowiska
gazowego. W ramach pracy doktorskiej wytwarzane są nanodruty SbSI metodą sonochemiczną.
Wykorzystywana jest technologia ukierunkowania
nanodrutów w zolu w polu elektrycznym między
mikroelektrodami. Istotnym elementem pracy jest
rozwiązanie problemu montażu pojedynczych
nanodrutów w sensorach przez zastosowanie
zgrzewania ultradźwiękowego z mikroelektrodami.
Jakość połączeń wykonanych techniką zgrzewania
ultradźwiękowego jest badana w wyniku analizy
morfologii struktur (mikroskopia sił atomowych,
skaningowa mikroskopia elektronowa) oraz pomiar
charakterystyk prądowo-napięciowych przed i po
wykonaniu zgrzewania. Badany jest wpływ wilgotności na własności elektryczne i fotoelektryczne
nanodrutów SbSI. Ponadto wykonywane są pomiary kinetyki zmian przewodnictwa elektrycznego
jako odpowiedzi na obecność różnych gazów (O2,
H2, CO2, CO, N2O, NH3, CH4). Wyżej wymienione
badania przeprowadzane są w szerokim zakresie
temperatur przy braku oświetlenia oraz przy oświetleniu promieniowaniem o długości fali 488 nm.
169
Nanomateriały charakteryzują się dużym stosunkiem powierzchni do objętości, a adsorpcja
cząsteczek na powierzchni silnie wpływa na ich
własności fizyczne. W przypadku półprzewodników obecność warstwy powierzchniowej znajduje
odzwierciedlenie w ich własnościach elektrycznych i optycznych. W ferroelektrykach występuje dodatkowy mechanizm fizycznej adsorpcji
cząsteczek wskutek oddziaływania z dipolami
adsorbera. Z tych względów nanokrystaliczny
SbSI jest uważany za materiał mający własności
przydatne z punktu widzenia różnego rodzaju
sensorów. Przeznaczeniem nanostruktur zawierających nanodruty SbSI może być ich zastosowanie
jako sensory gazów, czujniki wilgotności oraz
fotodetektory. Zalety nanosensorów SbSI, takie jak
selektywność, wysoka czułość, niewielkie rozmiary
i niski pobór mocy, czynią je konkurencyjnymi
wobec czujników opartych na konwencjonalnych
technologiach.
IWONA NAWROT
Uniwersytet Śląski
Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Struktura i spektroskopia polimerów koordynacyjnych
i supramolekularnych związków kadmu(II)
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem pracy badawczej jest synteza oraz charakterystyka strukturalna i spektroskopowa nowych
połączeń koordynacyjnych kadmu(II), głównie
polimerów koordynacyjnych konstruowanych
na bazie nieorganicznych ligandów mostkujących,
takie jak: jony azydkowy, tiocyjanianowy oraz
dicyjanoamidowy oraz węzły kadmowe z N-heterocyklicznymi ligandami, wykazujących właściwości
luminescencyjne. Szczegółowe cele pracy realizowane są w 4 etapach. Pierwszym z nich jest opracowanie efektywnej metody syntezy związków
koordynacyjnych kadmu(II) z wyżej wymienionymi jonami nieorganicznymi i N-heterocyklicznymi
ligandami o właściwościach luminescencyjnych
oraz otrzymanie tych kompleksów w formie monokrystalicznej przy wykorzystaniu odpowiednich
technik krystalizacji. W drugim etapie zostaje
określona geometria sfery koordynacyjnej centrum metalicznego, sposobu koordynacji liganda
nieorganicznego i N-heterocyklicznego, geometria
mostka Cd(II)-łącznik-Cd(II) oraz topologia polimerów koordynacyjnych przy wykorzystaniu rentgenowskiej analizy strukturalnej. Kluczowym etapem jest zbadanie właściwości fluorescencyjnych
otrzymanych połączeń kadmu(II) w roztworze oraz
ciele stałym, w temperaturze pokojowej i ciekłego
azotu oraz ich szczegółowa dyskusja w porównaniu z wolnymi ligandami heterocyklicznymi.
Istotna jest również analiza termograwimetryczna
otrzymanych połączeń, pozwalająca ustalić zakres temperatur, w których otrzymane produkty
cechują się najwyższą trwałością termiczną.
Wyniki przeprowadzonych dotychczas badań
wstępnych są bardzo obiecujące.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Zrozumienie roli oddziaływań kowalencyjnych
i niekowalencyjnych (wiązań wodorowych, π-π
stackingowych i van der Waalsa) w tworzeniu
polimerów koordynacyjnych i supramolekularnych
kompleksów metali przejściowych pozwoli na racjonalne projektowanie syntez oraz umożliwi kontrolę nad strukturą i właściwościami materiałów
nieorganicznych. Badania w tym zakresie wniosą
znaczący wkład w rozwój chemii nowoczesnych
materiałów o właściwościach luminescencyjnych.
Stwarza to z kolei szanse na rozwój nowych urządzeń dla optoelektroniki, takich jak sensory, sondy,
diody, znajdujących wykorzystanie w wielu gałęziach gospodarki i przemysłu oraz przyczyniających
się do wzrostu ich innowacyjności.
170
ANNA NOWAK
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Zjawisko przełączania rezystywnego
w modelowych tlenkach niobu i tantalu
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Głównym celem pracy doktorskiej jest rozpoznanie mechanizmu przełączania rezystywnego (RS)
w tlenkach tantalu i niobu. Efekt RS polega na silnej
zmianie oporu elektrycznego w ograniczonym
obszarze materiału o wysokim oporze elektryczny
pod wpływem przyłożonego napięcia rzędu kilku
V. Jednakże wiedza o fizycznych podstawach
zjawiska jest ograniczona.
W projekcie tym, zostaną zbadane cienkie warstwy tlenku tantalu i niobu wytworzone takimi
metodami, jak:
• utlenienie w środowisku ultrawysokiej próżni
(UHV) polikrystalicznego Ta i Nb,
• osadzenie cienkich warstw Ta i Nb za pomocą
epitaksji molekularnej (MBE) oraz ich utlenienie
w warunkach kontrolowanych w UHV,
• naparowanie cienkich warstw Ta i Nb oraz ich
pięciotlenku na podłoże krzemowe wraz z ich
utlenianiem w kontrolowanych warunkach.
Przeprowadzone badania strukturalne obejmują
dyfrakcję rentgenowską (XRD), która pozwala
określić ich strukturę krystalograficzną oraz reflektometrię rentgenowską (XRR), dzięki której
otrzymuje się informacje na temat grubości cienkich
warstw oraz ich gęstości elektronowej, a także
techniki dyfrakcji elektronów (LEED i RHEED).
Struktura atomowa oraz pomiar lokalnego przewodnictwa jest sprawdzany za pomocą mikroskopii
LC-AFM. Spektroskopia masowa jonów wtórnych
(ToF-SIMS) daje informacje na temat rozkładu
pierwiastków na powierzchni i w głębi warstwy
z dużą rozdzielczością przestrzenną. Struktura
171
elektronowa, która jest ważna dla zrozumienia
zjawiska RS, jest badana za pomocą spektroskopii
fotoelektronów (XPS).
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Materiały tlenkowe, zwłaszcza w formie cienkich
warstw, a w szczególności tlenki tantalu i niobu,
wykazujące efekt przełączania rezystywnego, są
obecnie ważnymi kandydatami do zastosowań
w nowych typach pamięci nieulotnej i innych
urządzeniach mikroelektroniki.
Obecnie w przemyśle pamięci półprzewodnikowych, który wciąż dąży do miniaturyzacji, stosuje
się materiały, takie jak Si, Ge, GaAs, InSb, czy CdTe.
Jednak parametry pracy pamięci krzemowych są
znacznie gorsze od tych, które dzisiaj są uważane za
ich alternatywę. Nowy rodzaj pamięci RS opartych
na materiałach tlenkowych będzie trwalszy, możliwa będzie większa ilość przełączeń oraz gęstość
zapisu, która może wynieść TB/cm2.
Wyniki tych badań mogą w znaczący sposób wpłynąć na projektowanie i wytwarzanie pamięci typu
ReRAM (Resistive Random Access Memory).
JOANNA PALION-GAZDA
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki, Chemii, Instytut Fizyki
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Kompleksy metali przejściowych z ligandem 2,3,5,6-tetra(2-pirydyl)pirazyną
w aspekcie badań strukturalnych, spektroskopowych oraz magnetycznych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Zasadniczym celem niniejszej pracy badawczej
jest opracowanie metod syntezy i otrzymanie,
interesujących pod kątem strukturalnym, funkcjonalnych, ze względu na swoje właściwości magnetyczne, kompleksów metali przejściowych
(głównie z 2,3,5,6-tetra(2-pirydyl)pirazyną). Realizowana tematyka badawcza koncentruje się
na grupie związków określanych jako magnetyki
molekularne. Wśród magnetyków molekularnych
szczególną rolę odgrywają polimery koordynacyjne. Ich topologia może być kontrolowana przez
kombinację różnych oddziaływań międzycząsteczkowych, a właściwości polimerów koordynacyjnych są konsekwencją nałożenia nowych
warunków strukturalnych na proste prekursory,
co stwarza możliwość modelowania ich rozmiarów oraz właściwości fizykochemicznych, w tym
magnetycznych.
Prace badawcze obejmują zasadniczo trzy etapy.
Pierwszy z nich to opracowanie i optymalizacja
metod syntezy nowych związków kompleksowych metali przejściowych. Kolejne stadium badań obejmuje ustalenie struktury związków, tzn.
geometrii sfery koordynacyjnej jonu centralnego,
sposobu koordynacji ligandu, geometrii mostka
„jon centralny – łącznik – jon centralny”, a także
określenie topologii wielowymiarowej struktury.
W trzecim etapie zostaje określony typ i wielkość
oddziaływań magnetycznych pomiędzy jonami
centralnymi w zależności od rodzaju i geometrii
mostków. Otrzymane wyniki pozwolą na wyznaczenie korelacji magnetostrukturalnych i sklasyfikowanie otrzymanych związków do odpowiednich
grup magnetyków molekularnych.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Kompleksy metali przejściowych o właściwościach
magnesów molekularnych odgrywają istotną rolę
w poszukiwaniu alternatywnych metod zapisu
i przechowywania informacji. Materiały te wykazują wiele cech zbliżonych do tradycyjnych
materiałów magnetycznych, lecz przewyższają
je czułością i selektywnością, łącząc jednoczenie
szereg właściwości optycznych, elektrycznych
i strukturalnych. Stwarza to szansę na wiele potencjalnych zastosowań w zakresie technologii
eksploracji danych, jedna cząsteczka może być
bowiem traktowana jako jeden bit, tworząc w ten
sposób elementy pamięci magnetycznej o nieprecedensowych gęstościach danych. To z kolei otwiera
drogę do stworzenia systemów o programowanej
na poziomie molekularnej strukturze, łączących
klasyczne i kwantowe właściwości magnetyczne.
172
MICHAŁ SITARZ
Politechnika Śląska
Wydział Automatyki, Elektroniki i Informatyki, Instytut Elektroniki
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Analiza porównawcza właściwości powierzchniowych jednowymiarowych
i dwuwymiarowych nanostruktur SnO2 w aspektach sensorowych
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
W ciągu dwudziestu ostatnich lat dwutlenek cyny
(SnO2) wzbudził zainteresowanie, w związku z jego
potencjalnym zastosowaniem w rezystancyjnych
czujnikach gazów. Jest to związane z jego wysoką
przewodnością elektryczną oraz bardzo aktywną
powierzchnią chemiczną. Prowadzone badania
mają na celu porównanie właściwości nanodrutów
dwutlenku cyny (SnO2) wytworzonych metodą
VPD na krzemie pokrytym kilku-nanometrowymi warstwami metalu (Au, Ag, Pt) w odniesieniu
do cienkich warstw osadzonych metodą L-CVD.
W ramach realizacji zadania zostanie porównana
morfologia otrzymanych jednowymiarowych
nanostruktur metodą Skaningowej Mikroskopii
Elektronowej (SEM). Natomiast różnice własności
chemicznych pomiędzy jednowymiarowymi i dwuwymiarowymi nanostrukturami SnO2 zostaną
wyznaczone metodą Rentgenowskiej Spektroskopii Fotoelektronowej (XPS), w szczególności
zostanie określona ich względna stechiometria
oraz występowanie zanieczyszczeń węglowych na
powierzchni badanych materiałów. W celu obserwacji zachowania wybranych gazów resztkowych
w określonych temperaturach zostaną przeanalizowane wyniki otrzymane Temperaturowo Programowalną Desorpcją ze Spektroskopią Masową
(TPD+MS). Powyżej opisane badania pozwolą na
porównanie jednowymiarowych i dwuwymiarowych nanostruktur dwutlenku cyny w aspektach
zastosowań sensorowych.
173
Spośród urządzeń sensorowych, których działanie
oparte jest na SnO2 jako elemencie aktywnym, te,
których praca opiera się na wykorzystaniu dwuwymiarowych cienkich warstw, wydawały się być
najbardziej obiecujące ze względu na czas odpowiedzi sensora, jego stabilność i czułość. Jednakże
wadą zarówno grubych, jak i cienkich warstw
SnO2 jest ograniczona powierzchnia aktywna,
która zmniejsza ich potencjalną czułość. Prowadzone badania skupiają się na nanodrutach SnO2
w związku z tym, że mają bardzo dobrze rozwiniętą
powierzchnię wewnętrzną, bardzo dobre właściwości elektryczne i interesującą morfologię, co może
czynić je lepszymi w stosunku do nanowarstw.
W aspekcie zastosowań nanodrutów SnO2, jako
elementów aktywnych sensora, zostanie również
określony wpływ roli metalu katalitycznego na
strukturę i właściwości chemiczne nanodrutów.
Inny problem, któremu poświęcone są badania,
to tzw. efekt starzenia, który związany jest z niekontrolowaną adsorpcją zanieczyszczeń, szczególnie węglowych. Zostanie porównany wpływ
danej nanostruktury na ilość adsorbowanych
na powierzchni zanieczyszczeń oraz określona
temperatura, w której następuje ich desorpcja. Ma
to na celu odnalezienie optymalnych temperatur
pozbywania się zanieczyszczeń powierzchniowych,
mających wpływ na pracę sensora.
AGATA SZŁAPA
Uniwersytet Śląski
Wydział Matematyki, Fizyki i Chemii, Instytut Chemii
[email protected]
obszar technologiczny:
Nanotechnologie i nanomateriały
problem badawczy:
Reakcje cykloaddycji: nowe zastosowania w syntezie
materiałów i nanomateriałów dla organicznej elektroniki
SKRÓCONY OPIS BADAŃ
Celem niniejszego projektu jest synteza nowych
materiałów polimerowych i molekularnych zawierających w swej strukturze motyw 2,2’-bitiofenowy,
karbazolowy lub fluorenowy o oczekiwanych
właściwościach, przeznaczonych do zastosowania
w organicznej elektronice. Syntezy związków są
poprzedzone modelowaniem struktur cząsteczek,
optymalizacją ich geometrii, a ponadto projektowaniem najbardziej odpowiednich struktur za pomocą
metody DFT. Wszystkie zaprojektowane związki,
otrzymane lub syntezowane w ramach projektu,
należą do grupy o wzorze ogólnym X-A-X, gdzie
X to 2,2’-bitiofen, N-alkilokarbazol lub 9,9-dialkilofluoren, natomiast funkcję łącznika A pełnią
układy benzenowe, naftalenowe, antracenowe
lub ugrupowania tetracenu i pentacenu.
Pierwszy etap badań polega na syntezie etynylowych pochodnych na podstawie reakcji sprzęgania Sonogashiry odpowiednich jodopochodnych
z acetylenem. Następnie otrzymane pochodne
acetylenu są wykorzystywane w reakcjach cykloaddycji katalizowanych kompleksowymi związkami
renu(I) lub rodu(III), a także w reakcjach cykloaddycji
Dielsa-Aldera [4+2]. W drugim etapie wszystkie
otrzymane związki poddawane są badaniom
elektrochemicznym metodą woltamperometrii
cyklicznej CV oraz różnicowej pulsowej woltamperometrii DPV. Ponadto dla wszystkich otrzymanych monomerów zostaną przeprowadzone
próby polimeryzacji w celu uzyskania polimerów
przewodzących. Badania te pozwolą na ustalenie,
w jakich warunkach można z zaprojektowanych
monomerów otrzymywać polimery przewodzące
oraz na określenie podstawowych właściwości
otrzymanych materiałów, determinujących możliwość ich praktycznego zastosowania.
PRAKTYCZNE ZASTOSOWANIE
WYNIKÓW BADAŃ
Niniejszy projekt dotyczy szczególnego rodzaju
materiałów polimerowych – a mianowicie polimerów przewodzących z grupy politiofenów i polikarbazoli. Materiały te znajdują liczne zastosowania
– szczególnie w tak intensywnie rozwijającej się
organicznej elektronice. Wytworzenie każdego
polimeru wymaga uzyskania wpierw monomeru – w tym przypadku odpowiedniej pochodnej
tiofenu, fluorenu bądź karbazolu. Z monomerów
uzyskuje się polimery, a te finalnie przetwarza na
wiele sposobów – w zależności od przewidywanych
zastosowań. Niezwykle ważnym elementem realizacji projektu jest również wzbogacenie oferty
handlowej firmy Syntal Chemicals o wybrane
monomery (produkty finalne).
174
175
NOTATKI
NOTATKI
Publikacja została opracowana w ramach projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz
innowacyjnego Śląska realizowanego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki przez
Samorząd Województwa Śląskiego w partnerstwie z Uniwersytetem Śląskim w Katowicach.
Wszystkie opisy zainteresowań badawczych zamieszczone w niniejszej publikacji są autorstwa
Stypendystek i Stypendystów projektu DoktoRIS – Program stypendialny na rzecz innowacyjnego
Śląska.
www.doktoris.us.edu.pl
Lider projektu:
Urząd Marszałkowski Województwa Śląskiego
ul. Ligonia 46
40-037 Katowice
Partner projektu:
Uniwersytet Śląski
ul. Bankowa 12
40-007 Katowice
Projekt graficzny:
.bringMore advertising
ul. Armii Krajowej 9A
41-506 Chorzów
www.bringmore.pl
Druk:
www.pracowniacc.pl
ISBN 978-83-7328-321-3
Egzemplarz bezpłatny
Katowice 2015
Publikacja jest współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
www.doktoris.us.edu.pl
ISBN 978-83-7328-321-3
Egzemplarz bezpłatny
Publikacja jest współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Podobne dokumenty

Doktoris - Uniwersytet Śląski

Doktoris - Uniwersytet Śląski PROGRAM STYPENDIALNY NA RZECZ INNOWACYJNEGO ŚLĄSKA CHARAKTERYSTYKA PRAC BADAWCZYCH STYPENDYSTÓW

Bardziej szczegółowo