Bionawożenie, nowe technologie wydobycia surowców krytycznych i baterie do długotrwałego magazynowania energii. Nad takimi tematami będą pracować zespoły PWr w trzech projektach programu Horyzont Europa. 

Do finansowania w ramach programu Horyzont Europa wybrano projekty CYMYCONS i ZABILON, oba z udziałem zespołów z Wydziału Chemicznego PWr, oraz MINIMINE, z udziałem naukowców z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii. Ich łączny budżet to niemal 13 mln euro, z czego na PWr trafi łącznie 962 tys. euro.

Mikroorganizmy dla żyzniejszej gleby

Zdjęcie ilustracyjne: analiza próbek gleby w laboratorium. Fot. New Africa / Adobe Stock

CYMYCONS, czyli „Strengthening institutional capacities in the development of artificial microbial consortia for sustainable biofertilization in Serbia”, znalazł się w gronie 179 wniosków wybranych do finansowania spośród 1905 zgłoszonych w konkursie Twinning. 

Prowadzi go Uniwersytet w Nowym Sadzie w Serbii przy współpracy z Politechniką Wrocławską oraz International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology we Włoszech. Budżet wynosi prawie 1,5 mln euro, z czego 400 tys. euro przypada na PWr.

Naukowcy z Polski, Włoch i Serbii poszukają odpowiedzi na pytanie, co może się wydarzyć, gdy do gleby trafi dobrze dobrane konsorcjum sinic, grzybów i bakterii. Sprawdzą też, czy mikroorganizmy o różnych właściwościach potrafią się uzupełniać i wspólnie tworzyć lepsze warunki dla roślin.

W ramach projektu stworzą konsorcja złożone ze starannie wyselekcjonowanych mikroorganizmów. Każdy z nich ma pełnić inną funkcję. Sinice mogą uczestniczyć w wiązaniu azotu oraz wytwarzać materię organiczną i związki sprzyjające zatrzymywaniu wody w glebie. Grzyby mogą poprawiać jej strukturę i zwiększać dostępność składników pokarmowych, a bakterie wspierać uruchamianie fosforu i potasu.

Badacze najpierw scharakteryzują poszczególne szczepy, a następnie ocenią ich wzajemną zgodność. Na tej podstawie powstaną trzy konsorcja oraz sześć formulacji zawierających nośniki, m.in. alginian sodu i chitozan. Ich działanie zostanie sprawdzone w doświadczeniach z wykorzystaniem rzodkiewnika pospolitego, papryki rocznej i soi.

Politechnika Wrocławska będzie odpowiadała za ważną część analityczną projektu oraz badania interakcji między glebą a roślinami.

Zespół kierowany przez prof. Katarzynę Chojnacką zbada m.in. zawartość składników pokarmowych, materii organicznej i węgla organicznego w glebie, jej pH, przewodnictwo elektryczne, pojemność sorpcyjną oraz dostępność składników mineralnych. Wyniki pokażą, jak konsorcja mikroorganizmów wpływają na właściwości gleby i odżywienie roślin.

– Interesuje nas siła dobrze dobranego komplementarnego konsorcjum mikroorganizmów. W takim konsorcjum jeden mikroorganizm może zwiększać dostępność składników pokarmowych, drugi poprawiać strukturę gleby, a kolejny wspierać rozwój korzeni. Na PWr sprawdzimy, jak ta współpraca przekłada się na funkcjonowanie całego układu gleba-roślina – mówi prof. Katarzyna Chojnacka, liderka politechnicznego zespołu z Wydziału Chemicznego.

PWr pokieruje również pracami poświęconymi rozwojowi kompetencji naukowych. Dla pracowników Uniwersytetu w Nowym Sadzie zorganizuje wykłady, szkolenia, warsztaty laboratoryjne i pobyty badawcze. Przekaże im wiedzę z zakresu metod analitycznych, projektowania badań, interpretowania wyników, rozwijania technologii bionawozowych oraz przenoszenia rozwiązań z laboratorium do praktyki gospodarczej.

Do zadań zespołu będzie należała także współpraca z przedstawicielami rolnictwa, przemysłu nawozowego, administracji i otoczenia innowacyjnego. Pozwoli to uwzględnić potrzeby przyszłych użytkowników rozwijanych rozwiązań.

Wydobycie z mniejszym wpływem na środowisko

Zdjęcie ilustracyjne: maszyna LHD w podziemnym wyrobisku górniczym. Fot. Mishainik / Adobe Stock

MINIMINE, czyli Miniaturized Modular Machine System for In-Situ Mining and Pre-Processing of Raw Materials, znalazł się w gronie trzech wniosków wybranych do finansowania spośród 28 zgłoszonych w konkursie dotyczącym innowacyjnych technologii wydobycia surowców krytycznych. Projekt będzie realizować międzynarodowe konsorcjum zrzeszające 19 partnerów z całego świata.

Politechnikę Wrocławską reprezentuje zespół Katedry Górnictwa z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii. Budżet projektu wynosi 6,5 mln euro, z czego ponad 315 tys. euro przypada na PWr.

Projekt MINIMINE rozwija koncepcję określaną jako „niewidzialne górnictwo”. Zakłada ona selektywne wydobycie oraz przeniesienie części procesów przetwarzania materiału w pobliże przodka wydobywczego. Rozwiązanie jest przeznaczone dla złożonych, głębokich i wrażliwych środowiskowo złóż, w tym położonych w regionach arktycznych i subarktycznych.

Podstawą systemu będą niewielkie, modułowe urządzenia, które można przenosić pomiędzy miejscami prowadzenia prac. Zostaną wyposażone w czujniki wykorzystujące fluorescencję i dyfrakcję rentgenowską oraz obrazowanie hiperspektralne. Pozwolą one w czasie rzeczywistym odróżniać rudę od skały płonnej i wstępnie wzbogacać materiał zawierający miedź przed jego transportem.

System obejmie także autonomiczny załadunek oraz zdecentralizowane rozdrabnianie materiału. Według założeń projektu ma to ograniczyć transport nawet o 80 proc., a także zmniejszyć zużycie energii i emisję zanieczyszczeń.

Naukowcy zbadają również możliwość kontrolowanego ponownego wykorzystania części materiału w miejscu wydobycia. Ma to ograniczyć ilość odpadów trafiających na powierzchnię oraz ingerencję w otoczenie kopalni.

Rozwiązania opracowane w ramach projektu MINIMINE zostaną poddane walidacji w zakładach przemysłowych w Polsce i Serbii. Ma ona potwierdzić ich niezawodność, zgodność z przepisami oraz możliwość zastosowania w odległych regionach, także arktycznych.

Politechniczny zespół poprowadzi mgr inż. Adam Wróblewski z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii.

Baterie na wiele godzin

Zdjęcie ilustracyjne: system magazynowania energii współpracujący z siecią elektroenergetyczną. Fot. zhu difeng / Adobe Stock

ZABILON, czyli Zinc Air Battery Innovation for LONg-duration stationary storage, został wybrany do finansowania w dwuetapowym konkursie poświęconym nowej generacji baterii do długotrwałego magazynowania energii. Projekt będzie realizować międzynarodowe konsorcjum zrzeszające dziesięciu partnerów.
Politechnikę Wrocławską reprezentuje zespół Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych z Wydziału Chemicznego.

Budżet projektu wynosi 5 mln euro, z czego 245 tys. euro przypada na PWr.

Projekt ZABILON jest poświęcony nowej generacji elektrycznie ładowalnych baterii cynkowo-powietrznych. Mają one służyć do stacjonarnego magazynowania energii przez okres od 10 do 72 godzin. Rozwój takich technologii jest szczególnie ważny wraz ze wzrostem udziału odnawialnych źródeł energii. Coraz większe znaczenie dla stabilności systemu elektroenergetycznego będzie miała możliwość przechowywania energii i wykorzystywania jej w okresach zwiększonego zapotrzebowania.

W bateriach cynkowo-powietrznych cynk pełni funkcję materiału aktywnego anody, a na katodzie wykorzystywany jest tlen z powietrza. Cynk jest łatwo dostępny i stosunkowo niedrogi. Zastosowanie niepalnego elektrolitu wodnego zwiększa natomiast bezpieczeństwo systemu.

Komercyjne wykorzystanie tej technologii utrudniają problemy z trwałością i sprawnością. Należą do nich powstawanie dendrytów oraz korozja cynku, niewystarczająca sprawność pełnego cyklu ładowania i rozładowania, wynikająca głównie z ograniczeń katalizatorów na katodzie powietrznej, a także niestabilność elektrolitu i samej katody.

W ramach projektu ZABILON powstaną nowe anody cynkowe oraz układy anoda-elektrolit, które mają ograniczyć korozję i powstawanie dendrytów. Naukowcy opracują również katody powietrzne z dodatkiem grafenu, poprawiającego przepuszczalność gazów i właściwości mechaniczne, oraz konstrukcję wykorzystującą dwie katody. Ma ona ograniczyć nadpotencjały na katodzie i zwiększyć sprawność baterii.

Na tej podstawie konsorcjum zbuduje prototypowe ogniwa i sprawdzi je w warunkach zbliżonych do pracy w rzeczywistej sieci elektroenergetycznej. Celem projektu jest osiągnięcie kosztu inwestycyjnego systemu poniżej 50 euro za kilowatogodzinę pojemności, sprawności pełnego cyklu ładowania i rozładowania powyżej 75 proc. na poziomie ogniwa oraz 20-letniego okresu eksploatacji.

Badania na PWr poprowadzi zespół prof. Grażyny Gryglewicz z Wydziału Chemicznego, która od lat zajmuje się materiałami grafenowymi i węglowymi oraz ich zastosowaniem m.in. w akumulatorach cynkowo-powietrznych.