Od lewej: dr Paweł Kluczyński, mgr inż. Paulina Szott, prof. Grzegorz Sęk

Pomysł stworzenia unikalnego optycznego analizatora gazów otrzymał najwyższą możliwą ocenę w ministerialnym konkursie „Doktorat wdrożeniowy 2025”. Wspólnie opracowała go i zgłosiła do konkursu Politechnika Wrocławska, w bliskiej współpracy z firmą Airoptic z Poznania.

Do dziewiątej edycji programu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego zgłoszono w sumie 391 projektów. Ostatecznie finansowanie otrzymało 164 z nich, w tym 13 z Politechniki Wrocławskiej. To drugi najlepszy wynik w kraju.

Jednym z dwóch wniosków, które otrzymały najwyższą ocenę spośród wszystkich zgłoszonych, był projekt „Optyczna detekcja gazów z użyciem nowych źródeł promieniowania w zakresach podczerwieni i nadfioletu do zastosowań w technologiach CCUS”.

Jego kierownikiem i przyszłym promotorem doktoratu jest prof. Grzegorz Sęk z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, a opiekunem pomocniczym ze strony Airoptic dr Paweł Kluczyński, prezes firmy. Realizacją zajmie się  mgr inż. Paulina Szott ze Szkoły Doktorskiej Politechniki Wrocławskiej.

– Ten optyczny analizator gazów pod wieloma względami będzie przewyższać dotychczas istniejące rozwiązania – opowiada Paulina Szott. – A wszystko dzięki zintegrowaniu w jednym przyrządzie różnych źródeł promieniowania pracujących w zakresie od nadfioletu (UV) do średniej podczerwieni (MIR)

Europejskie potrzeby 

W 2025 r. Unia Europejska wprowadziła system EU-ETS (European Union Emissions Trading System), który ma pomóc zredukować emisję gazów cieplarnianych w sposób efektywny kosztowo. Dlatego europejskie przedsiębiorstwa zaczęły szukać nowych rozwiązań w tym zakresie. Szczególnym zainteresowaniem zaczęły się cieszyć technologie CCUS (ang. Carbon Capture, Utilization and Storage), które dzięki wychwytywaniu, wykorzystywaniu i składowaniu dwutlenku węgla pozwalają taką emisję znacząco ograniczyć.

Ważne jest jednak to, że wychwytywany i magazynowany dwutlenek węgla nie może zawierać w swoim składzie zanieczyszczeń. – Dlatego istotna jest precyzyjna kontrola zawartości zarówno CO2 jak i innych gazów emitowanych w trakcie danego procesu przemysłowego – wyjaśnia Paulina Szott. – Skonstruowanie analizatora pozwalającego na jednoczesny pomiar różnych substancji współwystępujących z dwutlenkiem węgla, znacznie zwiększyłoby efektywność w aplikacjach technologii CCUS – dodaje.

Współpraca, która się opłaca

W trakcie studiów nasza doktorantka zdobyła doświadczenie w zakresie spektroskopii optycznej a w ramach stażu zaczęła też współpracę z poznańską firmą Airoptic przy projekcie związanym z analizatorami gazów.

– Chciałam kontynuować pracę naukową związaną ze spektroskopią, ale jednocześnie zależało mi na zdobyciu praktycznego doświadczenia związanego z przemysłem czujników gazów, dlatego zdecydowałam się na doktorat wdrożeniowy. Pozwoli mi on na połączenie obu tych elementów – wyjaśnia absolwentka kierunku fizyka techniczna na WPPT.

Na przyszłego promotora swojego doktoratu wybrała prof. Grzegorza Sęka z Wydziału Podstawowych Problemów Techniki, uznanego specjalistę w zakresie spektroskopii optycznej oraz badań nad nowymi przyrządami optoelektronicznymi.

Z kolei dr Paweł Kluczyński z Airoptic jest ekspertem w zakresie projektowania i wdrażania laserowych czujników gazów do bardzo różnych zastosowań, od ochrony środowiska, poprzez medycynę do kontroli procesów przemysłowych.

– Współpracujemy z dr. Kluczyńskim już od kilkunastu lat, zarówno w ramach projektów międzynarodowych, ale też na innych płaszczyznach np. prowadzimy wspólnie inny doktorat wdrożeniowy. Świetnie się uzupełniamy merytorycznie i dogadujemy organizacyjnie – mówi prof. Sęk.

To właśnie dr Kluczyński zwrócił uwagę na zapotrzebowanie na nowy typ analizatora, który przewyższałby istniejące rozwiązania i cechowałby się unikalnymi w skali globalnej możliwościami (detekcja wielu gazów jednocześnie, większa selektywność i czułość pomiaru, krótki czas odpowiedzi). Do osiągnięcia tego celu niezbędne było połączenie doświadczeń obu specjalistów.

– Bardzo się cieszę, że będziemy mogli ponownie wspólnie pracować i to nad tak ambitnym naukowo i istotnym aplikacyjnie projektem. Przewiduje on zastosowanie po raz pierwszy technologii łączącej spójne i niespójne źródła światła w szerokim zakresie widmowym do wieloskładnikowej analizy śladowych ilości gazów – dodaje prof. Sęk.

Zaproponowana w projekcie technologia analizatora (opartego o koncepcję UV+IR) będzie całkowicie unikalna i nie znajduje odpowiednika na rynku. – Jednocześnie wpłynie na obniżenie kosztów zakupu i eksploatacji w stosunku do rozwiązań stosowanych obecnie – zapowiada prof. Grzegorz Sęk. – A to ma niebagatelne znaczenie dla pozycji polskiej firmy na rynku globalnym.

Detektor przyszłości

Projekt zakłada, że detekcja będzie polegać na pomiarze absorpcyjnym. Dlatego w planowanym rozwiązaniu Paulina Szott zamierza skupić się na źródłach promieniowania w zakresie średniej podczerwieni (MIR) oraz ultrafioletu (UV). – Są to zakresy, w których występuje silna absorpcja wielu składników gazu, a jednoczesne zastosowanie źródeł UV i MIR pozwoli na detekcję w różnych pasmach widmowych – tłumaczy doktorantka.

W efekcie poprawi się zarówno czułość, jak i dokładność czujnika, a także jego uniwersalność w kontekście zastosowania w różnych technologiach CCUS.

Już teraz wiadomo, że jednym z kluczowych etapów projektu będzie przetestowanie i znalezienie najbardziej optymalnych źródeł laserowych. Kolejnym krokiem ma być zaprojektowanie układu optycznego wraz z systemem detekcji zdolnego pracować w obu zakresach widmowych, a końcowym etapem przetestowanie go pod względem czułości na śladowe ilości wszystkich najważniejszych zanieczyszczeń CO2.

– Zrobimy to najpierw w warunkach laboratoryjnych, a potem w warunkach rzeczywistych – zapowiada Paulina Szott. – Cieszę się, że będą mogła skorzystać z zasobów oraz doświadczenia firmy Airoptic oraz uczelnianych laboratoriów Katedry Fizyki Doświadczalnej, w których pracują specjaliści od spektroskopii optycznej.

Jeśli doktorat wdrożeniowy, to najlepiej na PWr

To już kolejna edycja konkursu „Doktorat wdrożeniowy”, w którym projekt realizowany na Politechnice Wrocławskiej otrzymuje najwyższą ocenę.

Przed rokiem eksperci z Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego za najlepszy uznali pomysł Maryny Skuły poświęcony badaniom zmian wywoływanych stresem przy użyciu metod uczenia maszynowego. Jej promotorami są prof. Joanna Rymaszewska z Wydziału Medycznego i dr hab. Tomasz Kajdanowicz, prof. uczelni z Wydziału Informatyki i Telekomunikacji oraz dr Michał Ślężak z PORT Łukasiewicz.