Popioły lotne jako prekursory materiałów funkcjonalizowanych

Trzy polskie jednostki naukowo-badawcze (Akademia Górniczo-Hutnicza, Politechnika Lubelska oraz Uniwersytet Warszawski) połączyły siły w konsorcjum FUNash, aby wspólnie opracować serię materiałów funkcjonalizowanych, czyli o zwiększonej użyteczności, wyprodukowanych na bazie popiołów lotnych. Wytworzone materiały znajdą zastosowanie w budownictwie (cementy i biocementy), rolnictwie (nawozy i bionawozy) oraz inżynierii środowiska (sorbenty i biopreparaty do remediacji zanieczyszczonych wód, gleb i gazów).  Fundacja na rzecz Nauki Polskiej przeznaczy na prace badawcze 21 mln zł w ramach programu TEAM-NET.

Liderem FUNash jest Politechnika Lubelska, Wydział Budownictwa i Architektury (kierownik projektu: prof. dr hab. inż. Wojciech Franus), a konsorcjantami: Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska (koordynator: dr hab. inż. Tomasz Bajda, prof. nadzw.) oraz Uniwersytet Warszawski, Wydział Biologii (koordynator: dr hab. Łukasz Drewniak, prof. nadzw.).

Na potrzeby realizacji projektu powstanie sześć zespołów naukowych, a ich członkowie będą mieć pełny dostęp do infrastruktury naukowo-badawczej jednostek tworzących konsorcjum.

Zakres tematyczny projektu obejmie następujące tematy:

• opracowanie różnych technologii wykorzystania popiołów lotnych jako prekursorów do syntez materiałów funkcjonalizowanych (realizacja: Politechnika Lubelska),
• wykorzystanie materiałów funkcjonalizowanych w budownictwie, w tym z zastosowaniem nowatorskich materiałów modyfikowanych mikrobiologicznie (realizacja: Politechnika Lubelska),
• wyprodukowanie funkcjonalizowanych sorbentów przeznaczonych do remediacji zanieczyszczonych środowisk wodno-gruntowych (realizacja: Akademia Górniczo-Hutnicza),
• opracowanie technologii produkcji nawozów mineralno-organicznych na bazie materiałów wytworzonych z popiołów lotnych (realizacja: Akademia Górniczo-Hutnicza),
• opracowanie biopreparatów dla wspomagania procesu bioremediacji zanieczyszczonych wód, gleb i gazów (realizacja: Uniwersytet Warszawski),
• badania nad produkcją mikrobiologicznych biostymulatorów wzrostu roślin uprawnych i procesu biokompostowania oraz biologicznych inhibitorów rozwoju fitopatogenów roślin (realizacja: Uniwersytet Warszawski).

Politechnika Lubelska posiada jedyną w Polsce instalację do transformacji popiołów lotnych w porowate materiały mineralne i mineralno-organiczne. Innowacyjność zaproponowanego w projekcie rozwiązania polega na wykorzystaniu popiołów lotnych jako prekursora do syntezy mezoporowatych materiałów krzemionkowych i połączeń metaloorganicznych. Nowością będzie możliwość wykorzystania otrzymanych materiałów funkcjonalizowanych w nowych aplikacjach przemysłowych obejmujących budownictwo, inżynierię środowiska i rolnictwo. Planowane jest zastosowanie otrzymanych materiałów do produkcji mieszanek mineralno-asfaltowych w technologii na ciepło. Całkowitą nowością proponowanych prac B+R jest opracowanie technologii mikrobiologicznej produkcji biocementów do zastosowań w konsolidacji gleb piaszczystych i rewitalizacji uszkodzeń powierzchni kamiennych (w tym zabytków kultury). Kolejnym nowatorskim rozwiązaniem będzie funkcjonalizacja otrzymanych materiałów, która pozwoli na zmianę ich właściwości fizyczno-chemicznych, co umożliwi uzyskanie sorbentów hybrydowych lub specyficznie zmodyfikowanych sorbentów do usuwania konkretnych zanieczyszczeń, w tym: anionowych form metali, metaloidów i niemetali, radionuklidów oraz zanieczyszczeń organicznych (np. antybiotyków, barwników, pestycydów i herbicydów) z wód, ścieków i gleb rolniczych. Ważną innowacją projektu będzie przeprowadzenie impregnacji azotanami, siarczanami i fosforanami wytworzonych materiałów funkcjonalizowanych na potrzeby opracowania nowatorskiej technologii produkcji nawozów mineralno-organicznych z dodatkiem węgla brunatnego. Planowane jest opracowanie receptur nawozów organiczno-mineralnych przeznaczonych dla konkretnych gatunków roślin, dominujących w strukturach zasiewów w Europie. W zakresie prac prowadzonych nad biopreparatami do usuwania zanieczyszczeń organicznych z wód, gleb i powietrza nowość proponowanego rozwiązania polega na zastosowaniu produktów konwersji popiołów lotnych jako nośnika dla bakterii przeprowadzających proces bioremediacji. Dzięki zastosowaniu immobilizacji mikroorganizmów na materiałach funkcjonalizowanych specjalnie kondycjonowanych odpadowymi substratami organicznymi bakterie będą stabilniej i efektywniej działały w środowisku, a proces bioaugmentacji będzie miał większe szanse powodzenia. Dodatkowym elementem nowości jest opracowanie immobilizowanych szczepionek bakterii do oczyszczania gazów odlotowych. W ramach projektu zaplanowano stworzenie nowych bionawozów, opartych na materiałach funkcjonalizowanych, stanowiących nośniki dla zimmobilizowanych mikroorganizmów stymulujących wzrost roślin lub proces kompostowania oraz hamujących rozwój fitopatogenów.

W wyniku realizacji projektu FUNash planowane jest wytworzenie produktów, usług i technologii oferowanych różnym gałęziom przemysłu (rolnictwo, budownictwo i inżynieria środowiska). Będzie to jedyne jak do tej pory tak kompleksowe podejście do zagospodarowania popiołów lotnych, co w przypadku procesów przemysłowych będzie bezpośrednio wpływało na opłacalność technologii produkcji.