Recenzja - Wydział Infrastruktury i Środowiska

Prof. zw. dr hab. Kazimierz Szymański
Koszalin, 09.01.2017
Politechnika Koszalińska
ul. Śniadeckich 2
75- 453 Koszalin
RECENZJA
dorobku naukowego oraz rozprawy habilitacyjnej
w postępowaniu habilitacyjnym dr. inż. Juranda D. Bienia
1. Wstęp
Wydział Infrastruktury i Środowiska Politechniki Częstochowskiej przedłożył mi do
recenzji dorobek naukowy oraz rozprawę habilitacyjną dr. inż. Juranda D. Bienia w związku z
toczącym się na tym Wydziale postępowaniem habilitacyjnym. Decyzją Centralnej Komisji do
Spraw Stopni i Tytułów z dnia 9 grudnia 2016 roku zostałem powołany w skład komisji
habilitacyjnej w celu przeprowadzenia postępowania habilitacyjnego dr. inż. Juranda Bienia,
wszczętego na Wydziale Infrastruktury i Środowiska Politechniki Częstochowskiej w dniu 16
listopada 2016 roku w dziedzinie nauk technicznych w dyscyplinie inżynieria środowiska.
W tym celu przekazano mi następujące dokumenty:

wniosek o przeprowadzenie postępowania habilitacyjnego,

odpis dyplomu doktorskiego,

autoreferaty w j. polskim i angielskim,

wykaz publikacji, wg art 16 ust. 4 ustawy,

informacje o osiągnięciach dydaktycznych

współpraca z instytucjami, organizacjami i stowarzyszeniami,

działalność popularyzująca naukę

monografia habilitacyjna autorstwa Habilitanta,

płyta CD zawierająca podstawowe dokumenty Habilitanta w związku z
postępowaniem o nadanie stopnia naukowego doktora habilitowanego.
1
Dr inż. Jurand Bień jest absolwentem Wydziału Automatyki, Elektroniki i Informatyki
Politechniki Śląskiej na której w 1995 roku uzyskał tytuł zawodowy magistra inżyniera w
zakresie specjalności aparatura elektroniczna, natomiast w 1998 roku otrzymał tytuł inżyniera
na Wydziale
Inżynierii i Ochrony Środowiska Politechniki Częstochowskiej w zakresie
urządzeń sanitarnych. Stopień naukowy doktora nauk technicznych nadała Mu Rada Wydziału
Inżynierii i Ochrony Środowiska w dniu 14 czerwca 2000 roku na podstawie rozprawy
doktorskiej pt. "Badania pirolizy osadów ściekowych i fluidalnego spalania pozostałości
koksowych". Habilitant ukończył również w 2013 roku studia podyplomowe na Uniwersytecie
Ekonomicznym w Katowicach w zakresie "Zarządzania projektem badawczym i
komercjalizacją wyników badań". Posiada też Certyfied Project Management Associate IPMA
Level D oraz Dyplom Doradcy ds. bezpieczeństwa przewozu towarów niebezpiecznych.
Od 1995 roku do chwili obecnej Habilitant zatrudniony był początkowo na stanowisku
asystenta a następnie adiunkta w swoim macierzystym Wydziale. W latach 2002 - 2004 odbył
staż naukowy w jednym z wiodących uniwersytetów holenderskich - Wageningen
University/TNO Apeldoorn jako postdoctoral researcher. Pobyt ten pozwolił Mu na
ugruntowanie swojego warsztatu badawczego, w tym przygotowanie znaczących publikacji
naukowych.
2. Osiągnięcia wynikające z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r.
o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w
zakresie sztuki (Dz.U. nr 65, poz. 595 ze zm.)
a) Ocena rozprawy habilitacyjnej
Jako osiągnięcie naukowe, będące podstawą
ubiegania się o uzyskanie stopnia
naukowego doktora habilitowanego, stanowiące wkład w rozwój dyscypliny naukowej
inżynieria środowiska, dr inż. Jurand D. Bień przedkłada dzieło opublikowane w całości w
postaci autorskiej monografii pt. "Termiczne przekształcanie komunalnych osadów
ściekowych i mieszanek osadowo-węglowych w warunkach spalania tlenowego",
Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, seria Monografie nr 318 z 2016 roku.
Opiniowana praca spełnia wszystkie kryteria należne opracowaniom naukowym. Po krótkim
wstępie Habilitant jasno precyzuje tezy, wynikające z aktualnego stanu wiedzy, cel pracy oraz
zakres badań. Nawiązują one ściśle do poszczególnych rozdziałów monografii oraz do
aktualnej literatury, głownie anglojęzycznej, również opracowań własnych. Opracowanie
zawiera szereg zestawień tabelarycznych. Tym niemniej na szczególne wyróżnienie zasługują
2
rysunki, stanowiące wyniki badań strukturalnych, analizowanych próbek komunalnych osadów
ściekowych oraz mieszanek (mieszanin) osadowo-węglowych oraz ich wnikliwa interpretacja.
Habilitant stosuje bardzo poprawne nazewnictwo związków chemicznych prezentowanych w
recenzowanym opracowaniu
W monografii tej Habilitant zwraca uwagę na konieczność podejmowania racjonalnie
uzasadnionych ekologicznie metod postępowania z komunalnymi osadami ściekowymi
nawiązując do załącznika nr 4 rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 16 lipca 2015 r w
sprawie
dopuszczenia do składowania
nieprzetworzonych osadów ściekowych na
składowiskach. Habilitant wskazuje również na coraz bardziej nowoczesne metody
termicznego przekształcania komunalnych osadów ściekowych, uwzględniające maksymalne
ograniczenie emisji ditlenku węgla do atmosfery. Do takich technologii zalicza technologię
fluidalną jako najlepszą dostępną technikę (BAT) w zakresie termicznego przekształcania
osadów ściekowych. Połączenie technologii spalania tlenowego w warunkach cyrkulacyjnej
warstwy fluidalnej stwarza
możliwości wykorzystania w procesie spalania w obiektach
energetycznych mieszanek osadowo-węglowych. O procesie spalania tego rodzaju paliwa
decydować może szereg parametrów procesowych w tym skład substratu kierowanego do
spalania oraz wpływ na środowisko produktów spalania, stałych i gazowych. Analizie tych
parametrów podporządkowany jest cały układ niniejszej monografii.
W monografii Habilitant prezentuje wyniki badań kinetyki procesów spalania osadów
ściekowych i mieszanek osadowo-węglowych w warunkach o zmiennym udziale tlenu w
mieszance gazowej jak też wpływ tlenu na proces spalania tych mieszanek. Badania te
prowadził etapowo i chronologicznie. W początkowym etapie prowadził badania kinetyki
spalania poszczególnych mieszanek w atmosferze O2/CO2
interpretowane metodą
termograwimetryczną w warunkach dynamicznych i statycznych. W kolejnym etapie
prowadzone były badania spalania osadów ściekowych i mieszanek osadowo-węglowych w
skali wielkolaboratoryjnej na stanowisku z cyrkulacyjną warstwą fluidalną CWF o mocy 0,1
MWth. Habilitant wykonał również badania wpływu nadmiaru tlenu na emisję zanieczyszczeń
gazowych. W tym etapie istniała możliwość zastosowania metodyki badawczej pozwalającej
na porównanie ze sobą wartości stężenia zanieczyszczeń gazowych, opartej na stopniu
konwersji wybranych składników paliwa. Metodyka ta uniezależnia uzyskany wynik od zmian
składu paliwa, udziału wilgoci, popiołu, rozdziału substancji organicznej paliwa między części
lotne i koksik, straty niezupełnego spalania oraz od niepewności pomiaru strumienia paliwa
oraz gazów.
3
W
części
doświadczalnej
wykorzystał
unikalna
aparaturę
badawczą
w
tym
termograwimetrię TGA/SDTA 851e Mettler-Toledo, analizator gazów DX-4000 firmy Gasmet,
dyfraktometr proszkowy XRPD, dyfraktometr typu HZG-4 firmy Carl Zeiss, spektrometr
rentgenowski PANalytical MiniPal QC. Do celów badawczych konstruowane były specjalne
unikalne stanowiska laboratoryjne, które umożliwiały prowadzenie badań w skali
wielkolaboratoryjnej. Materiał badawczy stanowiły komunalne osady ściekowe pochodzące z
oczyszczalni ścieków dużej aglomeracji miejskiej. Do utworzenia mieszanek osadowowęglowych wykorzystał węgiel kamienny pochodzący z Zakładu Górniczego "Janina".
Z przeprowadzonych badań wynika szereg naukowych i aplikacyjnych wniosków.
Recenzent wymieni te, które uważa za najbardziej istotne dla rozwoju nauki, jak również
interesujące ze względu na elementy aplikacyjne. Oto one:
a. Z przeprowadzonych badań termograwimetrycznych wynika, że wzrost stężenia tlenu w
mieszance gazowej prowadzi do zmian w zakresie niższych temperatur oraz powoduje
przyspieszenie reakcji uwalniania związków lotnych przez co proces dekompozycji substancji
organicznej badanych paliw rozpoczyna się w niższych temperaturach w zakresie od 200 - 600
0
C.
b. Obserwuje się wzrost energii aktywacji przy zwiększonym udziale tlenu w mieszance
gazowej i wraz ze wzrostem udziału masowego osadów ściekowych w mieszankach
paliwowych następuje również wzrost energii aktywacji. Przy 10-procentowym udziale
masowym osadów ściekowych i przy udziale tlenu od 20 do 80 %, wartość energii aktywacji
wynosi od około 76 kJ/mol do 282 kJ/mol. Podobne zjawisko obserwuje się w dalszym
wzroście udziału masowego osadów ściekowych.
c. Wraz ze wzrostem ilości utleniacza w mieszance gazowej wzrasta emisja zanieczyszczeń
gazowych powstających w trakcie spalania komunalnych osadów ściekowych oraz mieszanek
osadowo-węglowych. Optymalizacja warunków procesu spalania tego paliwa doprowadziła do
znaczącego ograniczenia emisji lotnych produktów z procesu spalania w tym: NO2, NH3, HCN,
SO3, H2S.
d. Najniższą temperaturą spiekania w atmosferze utleniającej charakteryzują się popioły ze
spalania osadów ściekowych. Im większy jest udział węgla kamiennego w mieszance
paliwowej tym notuje się wyższą temperaturę spiekania popiołów. Temperatura topnienie
popiołów dla wszystkich użytych mieszanek paliwowych kształtuje się na poziomie 1270 1280 0C. Dla celów porównawczych temperatura topliwości popiołu składników z grupy
biomasy kształtuje sie na poziomie 650 -10000C. Tym niemniej wysoka temperatura topnienia
4
popiołów z osadów ściekowych zapobiega oklejaniu wewnętrznych powierzchni kotła co ma
niebagatelne znaczenie eksploatacyjne instalacji spalania osadów lub mieszanek paliwowych.
e. Badania strukturalne popiołów wykazały, że badane popioły lotne można klasyfikować jako
materiały makroporowate ze względu na przewagę frakcji makroporów w tym materiale.
f. Największą gęstością nasypową charakteryzowały się popioły powstałe ze spalenia
komunalnych osadów ściekowych.
g. Badane popioły zwierają głównie związki glinu i krzemu (31 - 66%), w tym ditlenek krzemu
obecny w popiołach dennych stanowił od 35 do 65%, natomiast w popiołach lotnych od 20 do
40%. Zawartość Al2O3 wzrastała wraz ze wzrostem udziału komunalnych osadów ściekowych
w mieszance paliwowej.
Podsumowując własne badania eksperymentalne Habilitant udowodnił, że
proces
spalania komunalnych osadów ściekowych należy prowadzić w atmosferze zawierającej 25%
objętościowych tlenu w mieszance gazowej O2/CO2 a tym samym potwierdził, że technologia
spalania tlenowego w połączeniu z technologią fluidalną stwarza dogodne warunki dla odzysku
energii ze spalania paliw jakościowo gorszych.
Recenzowana rozprawa habilitacyjna stanowi niewątpliwy wkład w rozwój nauki
polskiej i światowej. Wpisuje się w bardzo istotny problem zagospodarowania komunalnych
osadów ściekowych w wyniku spalania a tym samym wykorzystania ich jako źródła energii.
Innowacyjny charakter badań prowadzonych na materiale odpadowym (osadach ściekowych
oraz mieszankach osadowo-węglowych) wskazuje na możliwości aplikowania wyników badań
do praktyki inżynierskiej. Na szczególna uwagę zasługują tu badania kinetyki procesów
(rozdział 4) oraz ich analiza, interpretacja i dyskusja stanowiąca rozdział 5.
a) Ocena dorobku naukowego
Dorobek naukowy Habilitanta przedłożony do oceny, świadczący o Jego istotnej
aktywności naukowej stanowią:

monografie - 1,

rozdziały w monografii - 1,

podręczniki dydaktyczne - 3,

referaty w materiałach konferencyjnych - 50,

publikacje w czasopismach naukowych - 42.
w tym
5
- czasopisma posiadające współczynnik IF lub obecne w bazie JCR - 8,
- czasopisma znajdujące się w wykazie MNiSW - 17,
- czasopisma branżowe - 16.
Łączny wykaz dorobku naukowego stanowi 96 pozycji w tym po doktoracie 77 co świadczy
o bardzo dużej aktywności naukowej Habilitanta po uzyskaniu stopnia naukowego doktora.
Czasopisma z listy Journal Citation Reports - lista A oraz wyróżnione - lista B publikowane
były m.in. w:

Desalination and Water Treatment,

Archives of Environmental Protection,

Environmental Modeling and Assesment

Water Science and Technology

Journal of Environmental Science and Health,

Przemysł chemiczny,

Archiwum spalania,

Laboratorium.
Sumaryczny Impact Factor publikacji wg listy Journal Citation Report, zgodnie z rokiem
publikowania wynosi 6,311. Łączna liczba cytowań wg Web of Science wynosi 70, w tym bez
autocytowań również 70. Indeks Hirscha wg WoS wynosi 4. Według Google Scholar łączna
liczba cytowań wynosi 163 a h-indeks ma wartość 7, natomiast indeks i10 posiada wartość 6.
Habilitant brał udział w 6. projektach badawczych w tym w 4. jako kierownik projektu.
Wszystkie projekty badawcze, jak również wcześniej wymieniony dorobek naukowy, związane
były z tematyką termicznego unieszkodliwiania lub zagospodarowania odpadów w tym osadów
ściekowych. W tym zakresie współpracował z wiodącymi jednostkami naukowymi w Polsce
(m.in. AGH Kraków, Politechnika Śląska w Gliwicach, Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla
w Zabrzu i in.) i zagranicznymi (Wahaningen University oraz TNO Apeldoorn w Holandii).
Wyniki swoich prac naukowych prezentował na 9. konferencjach zagranicznych w tym:
Włochy, USA, Belgia, Rosja, Francja, Turcja, Czechy i Tajwan. W kraju uczestniczył w 7
konferencjach naukowych, tematycznie powiązanych z Jego dyscypliną naukową. Był też
współorganizatorem konferencji naukowych organizowanych przez jednostkę macierzystą
(Politechnikę Częstochowską), również o tematyce osadowej i gospodarce odpadami.
Uczestniczył w szeregu opracowań eksperckich na rzecz gospodarki narodowej w tym dla
miast: Legnica, Sosnowiec, Warszawa, Włocławek. Habilitant brał udział w procesie wdrażania
6
nowej technologii tzw. hydrolizy termicznej Cambi, jako termicznej technologii
zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych. Odbył 2-letni staż naukowy w
wymienionych już ośrodkach naukowych w Wahaningen University i TNO Apeldoorn w
Holandii oraz w 1-miesięczny w Foster Wheeler OY, R&D Centre w Finlandii. W Polsce odbył
10-miesieczny staż przemysłowy w firmie Sefako S.A. oraz 12-miesięczny w firmie Lobbe Sp.
z o.o.
3. Aktywność w zakresie działalności dydaktycznej i organizacyjnej
a. dydaktycznej
Dr inż. Jurand Bień prowadził i prowadzi zajęcia dydaktyczne na Wydziale (obecnie)
Infrastruktury i Środowiska na studiach stacjonarnych i niestacjonarnych na kierunkach:
inżynieria środowiska, ochrona środowiska i energetyka, ściśle związane z Jego specjalnością
naukową, jak też naukami pokrewnymi np. analiza sygnałów, analiza i statystyka
matematyczna, informatyczne podstawy projektowania oraz grafika inżynierska w systemach
2D. Świadczy to o Jego wszechstronnej wiedzy w zakresie nauk ścisłych. Jest aktualnie
promotorem około 20 prac dyplomowych. Opublikował w latach 1998 - 2011 3 skrypty z
dyscypliny inżynieria środowiska. Brał udział w działaniach na rzecz rozbudowy infrastruktury
laboratoryjnej, badawczej i naukowej z myślą o studentach kierunku energetyka. Jest również
ekspertem Polskiej Izby Ekologii w ramach której prowadzi seminaria naukowe z zakresu
metod przetwarzania odpadów oraz systemów wdrażania gospodarki odpadami komunalnymi.
Cykl tych wykładów nakierowany był dla zainteresowanych z terenu całej Polski. Dotychczas
uczestniczyło w nim ponad 300 osób.
b. organizacyjnej
Habilitant bierze udział w pracach zespołów konkursowych, będąc członkiem kapituły
konkursu "EKOLAURY", promującego działania na rzecz ochrony środowiska w tym ochrony
ziemi i gospodarki odpadami. Jest również członkiem Rady Programowej czasopisma
"EKOLOGIA", kwartalnika na łamach którego zamieszczane są prace informujące o
najnowszych wydarzeniach z zakresu badań nad nowymi technologiami proekologicznymi.
7
Całokształt działalności dydaktycznej i organizacyjnej spotyka się z dużym uznaniem
środowisk branżowych i uczelnianych. Minister Środowiska w 2014 roku wyróżnił Habilitanta
"Honorową Odznaką Ministra Środowiska za zasługi dla ochrony środowiska i gospodarki
wodnej". Pięciokrotnie J.M. Rektor Politechniki Częstochowskiej przyznał Mu zespołowa
nagrodę III stopnia oraz I stopnia za działalność organizacyjną na rzecz macierzystej uczelni.
4. Podsumowanie
Do szczególnych "osiągnięć naukowych" Pana dr. inż. Juranda D. Bienia można zaliczyć
opracowanie:
 metody zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych oraz mieszanek osadowo
- węglowych poprzez termiczne ich przekształcanie w warunkach tlenowych w
połączeniu z technologią fluidalną, co stwarza dogodne warunki dla odzysku energii ze
spalania gorszych jakościowo paliw.
 metody ograniczającej emisje CO2 do atmosfery a tym samym przeciwdziałającej
globalnemu ociepleniu i związanych z tym zagrożeniom dla bioróżnorodności na
Ziemi.
 metodyki oceny procesów spalania próbek komunalnych osadów ściekowych i
mieszanek osadowo-węglowych z uwzględnieniem procesów kinetyki spalania
poszczególnych mieszanek w atmosferze O2/CO2 metodą termograwimetryczną w
warunkach dynamicznych i statycznych.
 właściwości fizyczno-chemicznych powstających produktów spalania (popiołów i
koksiku) z wykorzystaniem unikalnych metod badawczych w tym
termograwimetrycznych, dyfrakcyjnych i spektrometrycznych.
 technologii prowadzenia procesu spalania komunalnych osadów ściekowych z
uwzględnieniem optymalnego 25 % udział tlenu w mieszance gazowej O2/CO2.
 optymalnych warunków procesu spalania paliwa, i powstającego produktu z materiału
odpadowego, przy jednoczesnym znaczącym ograniczeniu emisji lotnych produktów
procesu spalania w tym: NO2, NH3, HCN, SO3 i H2S.
5. Wniosek końcowy
Przedłożony mi do zaopiniowania dorobek naukowy Pana dr. inż. Juranda Bienia spełnia
wymogi ustawowe obowiązujące przy ubieganiu się o nadanie stopnia naukowego doktora
habilitowanego. Opiniowany dorobek naukowy, który
oceniam jako znaczący, stanowi
monografia Habilitanta pt."Termiczne przekształcanie komunalnych osadów ściekowych i
mieszanek osadowo-węglowych w warunkach spalania tlenowego ", która została
przedłożona do oceny jako "osiągnięcie naukowe". Istotą "aktywności naukowej" habilitanta
są artykuły naukowe, opublikowane w znaczących czasopismach specjalistycznych, z których
8
wynika, że dr inż. Jurand Bień wnosi do nauki rodzimej i światowej nowe elementy poznawcze
i aplikacyjne. Niewątpliwą zaletą dorobku naukowego jest obszerna analiza problematyki
zagospodarowanie komunalnych osadów ściekowych oraz mieszanek osadowo - węglowych
poprzez termiczne ich przekształcanie w warunkach tlenowych w połączeniu z technologią
fluidalną.
Oceniana monografia oraz dorobek naukowy, jak też opracowania naukowe
nie
stanowiące grupę JCR, świadczą o "istotnej aktywności naukowej" Habilitanta. Recenzent
pozytywnie ocenia dorobek naukowy i praktyczny Habilitanta, w tym opracowania eksperckie
oraz materiały prezentowane na
konferencjach polskich i międzynarodowych. Również
recenzent wysoko ocenia aktywność naukową Habilitanta w realizacji projektów krajowych a
szczególnie elementy współpracy międzynarodowej, w tym Jego wieloletnie staże naukowe w
Holandii i Finalndii a też w Polsce w firmach o niepodważalnej pozycji gospodarczej.
Wobec powyższego zgodnie z art. 18a ustawy z dnia 14 marca 2003 roku o stopniach
naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. z 2016 roku,
poz. 882 i 1311 zwana dalej ustawą oraz uwzględniając Rozporządzenie MNiSW z dnia 01
września 2011 r w sprawie kryteriów oceny osiągnięć osoby ubiegającej się o nadanie stopnia
doktora habilitowanego (Dz.U. Nr 196, poz. 1165) stwierdzam, że dorobek naukowy Pana dr.
inż. Juranda Bienia
stanowi znaczący wkład w rozwój dziedziny nauk technicznych w
dyscyplinie inżynieria środowiska i spełnia wszystkie warunki właściwe dla recenzowanego
dorobku naukowego i może być przedłożony Wysokiej Radzie Wydziału Infrastruktury i
Środowiska Politechniki Częstochowskiej w celu przeprowadzenia dalszego postępowania
habilitacyjnego, zmierzającego do nadania Mu stopnia naukowego doktora habilitowanego w
dziedzinie nauk technicznych, w dyscyplinie inżynieria środowiska.
9