Harmonijny wzrost jakości życia społeczeństwa oraz zrównoważony rozwój gospodarczy chroniący środowisko naturalne to dwa podstawowe trendy współczesnej nauki. Prace badawczo-rozwojowe prowadzone na Wydziale Nauk Ścisłych, Przyrodniczych i Technicznych Uniwersytetu Humanistyczno-Przyrodniczego wpisują się w pełni w te trendy, wychodząc naprzeciw szeroko rozumianym oczekiwaniom społecznym.
Dla elektomobliności
Pracownicy naukowi UJD podkreślają, że prowadzone na Uczelni badania nad nowymi materiałami są odpowiedzią, zarówno na oczekiwania dotyczące ochrony zdrowia i środowiska, jak i potrzeby sektorów przemysłowych zainteresowanych wdrażaniem technologii obniżających konieczne nakłady inwestycyjne i będących ekologiczną alternatywą dla konwencjonalnych rozwiązań.
Dla przykładu: badania materiałowe stopów oraz związków międzymetalicznych dają możliwość wykorzystania ich do budowy nowoczesnych elektrod w ogniwach baterii, o ekologicznym znaczeniu. – Nowej generacji baterie litowo-sodowo-jonowe i ogniwa wodorkowe służące do magazynowania energii to przede wszystkim szansa dla rozwoju elektromobilności. Rezultaty badań nad organicznymi materiałami o bardzo wysokiej odporności termicznej i fotochemicznej otwierają nowe możliwości w organicznej optoelektronice, której celem jest zamiana energii elektrycznej w energię promieniowania elektromagnetycznego i odwrotnie – wyjaśnia mgr Karolina Grabowska z Zakładu Zaawansowanych Metod Obliczeniowych Wydziału Nauk Ścisłych, Przyrodniczych i Technicznych.
Z osiągnięć współczesnej optoelektroniki społeczeństwo korzysta w postaci ogniw fotowoltaicznych, umożliwiających wykorzystanie światła słonecznego do produkcji ekologicznej energii elektrycznej, diod LED charakteryzujących się wyższą wydajnością i żywotnością, a także wykorzystywanymi w nowych technologiach przetwarzania, zapisu i przesyłania informacji. Ponadto prowadzone na Wydziale badania nad syntezą i strukturą funkcjonalizowanych wielościennych nanorurek węglowych – rurek w rozmiarze nano, tworzących się w wyniku rolowania grafenu, czyli warstwy atomów węgla o grubości jednego atomu, również dają szansę na dalszy rozwój optoelektroniki.
Dla biomedycyny
Rezultaty badań prowadzonych w obszarze nauk chemicznych mogą być wykorzystane także w medycynie. – Opracowanie „inteligentnych” bioresorbowalnych nośników komórek charakteryzujących się pamięcią kształtu stwarza nowe możliwości zastosowań w inżynierii tkankowej i chirurgii małoinwazyjnej. Badania biologiczne prowadzone w warunkach laboratoryjnych uformowanych z tych materiałów porowatych rusztowań, stanowiących nośniki dla żywych komórek wykazały realne możliwości zastosowań tego typu porowatych materiałów dla zastosowań biomedycznych, np. w celu wprowadzania do ubytków w tkance kostnej rusztowań stanowiących podstawę do rozrostu żywych komórek. Podobnie badania dotyczące kompleksów platyny i palladu stwarzają możliwość otrzymania nowych związków charakteryzujących się bardziej selektywnym działaniem przeciwnowotworowym i mniejszą toksycznością w porównaniu do obecnie stosowanych preparatów, tj. cisplatyny i jej analogów. Natomiast rezultaty badań nad kompleksami soli kobaltu i cynku z bioligandami stwarzają możliwość wytwarzania nowych związków o aktywności przeciwgrzybiczej i przeciwbakteryjnej. Mogą być więc wykorzystane zarówno w leczeniu zakażeń jak i w przemyśle spożywczym do zabezpieczenia żywności przed rozwojem grzybów i bakterii – wyjaśnia mgr Karolina Grabowska.
Dla przyrody
Poszukiwania herbicydów – substancji służących ograniczaniu wzrostu i rozwoju chwastów o selektywnym działaniu i mniejszej toksyczności – dla roślin uprawnych i dla środowiska naturalnego jest odpowiedzią na istotny wzrost popularności rolnictwa ekologicznego i świadomych wyborów konsumentów żywności. Badania fitotoksyczności wybranych polimerów jako potencjalnie przyjaznych środowisku nośników agrochemikaliów o spowolnionym działaniu jest jednym z takich programów.
– Ochrona środowiska wymaga oprócz redukcji zanieczyszczeń wynikających z powszechnego stosowania paliw kopalnych, istotnego ograniczenia odpadów powstających z powszechnego wykorzystania trudno degradowalnych opakowań wytwarzanych z tworzyw sztucznych potocznie zwanych plastikiem. Prowadzone w Uniwersytecie badania nad biodegradowalnymi opakowaniami wytwarzanymi z surowców odnawialnych takich jak np. skrobia umożliwią nie tylko otrzymanie materiału o ulepszonych właściwościach przetwórczych, ale także pozwolą na utylizację zużytych technologicznie olejów roślinnych, stanowiących produkty odpadowe przemysłu spożywczego – wyjaśnia mgr Karolina Grabowska. Do znaczącego ograniczenia odpadów plastikowych przyczynią się również inne badania prowadzone na Wydziale, dotyczące organicznej substancji do znakowania folii biodegradowalnej, która umożliwi efektywne oddzielenie w sortowniach opakowań biodegradowalnych od pozostałych tworzyw sztucznych, co daje realną szansę na znaczący wzrost wykorzystania opakowań ulegających szybkiej i całkowitej degradacji. Podobnie badania nad zastosowaniem polisacharydów i ziaren oraz słomy zbożowej pochodzenia botanicznego jako źródła biopaliw mogą zostać wykorzystane przy tworzeniu technologii wytwarzania alternatywnych paliw, których spalanie nie prowadzi do zanieczyszczenia atmosfery tlenkami siarki i azotu.
Dla ekoprzemysłu
Wyniki badań nad selektywną ekstrakcją metali ciężkich technikami membramowymi mogą zostać wykorzystane w procesach rekultywacji zanieczyszczonych terenów poprzemysłowych oraz w procesach uzdatniania wody na potrzeby zastosowań sanitarnych, badawczych i specjalnych technologii przemysłowych. W ochronie środowiska mogą zostać wykorzystane również wyniki badań nad absorpcyjnym usuwaniem metali ciężkich z roztworów wodnych przez układy filtrujące oparte na wielościennych nanorurkach węglowych.
– Wszystkie te badania już wkrótce kontynuowane będą w znacznie poszerzonym zakresie w „Laboratorium Badań Środowiskowych i Nowych Materiałów” z wykorzystaniem najnowocześniejszej aparatury, na zakup której Uniwersytet otrzymał dofinansowanie w wysokości 4 380 912,98 PLN. Fundusze przyznane zostały w ramach konkursu nr RPSL.01.01.00-IZ.01-24-292/18 dla Działania 1.1. Kluczowa dla regionu infrastruktura badawcza Regionalnego Programu Operacyjnego Województwa Śląskiego na lata 2014–2020. Badania te przyczynią się do efektywniejszego wdrażania nowych technologii przemysłowych we współpracy z przedsiębiorcami, głównie z województwa śląskiego – zaznacza mgr Karolina Grabowska.
Fotowoltaiczne innowacje
Kolejnym ważnym społecznie projektem realizowanym na Wydziale w obszarze nauk fizycznych są badania nad technologią innowacyjnych fotoaktywnych struktur hybrydowych do zastosowań fotowoltaicznych. – Ciągły rozwój cywilizacji wpływa na wzrost zapotrzebowania na energię, którą można czerpać ze źródeł kopalnych lub odnawialnych. Zasoby kopalnych źródeł energii takich jak węgiel czy gaz są coraz mniejsze, a naukowcy przewidują wyczerpanie się ich zasobów. Alternatywą są źródła odnawialne do których należy energia promieniowania słonecznego. Aby skorzystać z tych zasobów konieczne jest opracowanie sposobu i znalezienie odpowiednich materiałów konwertujących energię słoneczną w elektryczną – stwierdza mgr Karolina Grabowska.
Współcześnie najbardziej rozpowszechnioną technologią wykorzystującą energię słoneczną stanowią krzemowe ogniwa fotowoltaiczne. Najwyższą sprawność takich fotoogniw osiągnięto dla warstw monokrystalicznych, ale koszty ich produkcji są bardzo wysokie, a czas zwrotu inwestycji jest bardzo długi. Obecnie jest to źródło energii 2–3-krotnie droższe od paliw kopalnych, dlatego zasadnym jest prowadzenie badań nad innymi materiałami zdolnymi do konwersji promieniowania słonecznego na energię elektryczną, które mogą być wykorzystane do konstrukcji ogniw fotoelektrochemicznych.
Projekt realizowany na Wydziale Nauk Ścisłych, Przyrodniczych i Technicznych poświęcony jest eksperymentalnym i teoretycznym badaniom właściwości fizycznych materiałów hybrydowych na bazie mezoporowatych struktur dwutlenku tytanu (TiO2) oraz tlenku cyrkonu (ZrO2), które potencjalnie mogą być wykorzystane do budowy ogniw fotoelektrochemicznych. – Niska fotokonwersja nośników ładunku w TiO2 w stosunku do ZrO2 daje nadzieję na wykorzystanie tlenku cyrkonu w zjawiskach fotowoltaicznych, lecz wymaga to wnikliwego zbadania i zrozumienia mechanizmu zachodzących procesów. Celem niniejszego projektu jest także zrozumienie mechanizmu fotokonwersji oraz transferu nośników ładunku z organicznego sensybilizatora do materiału półprzewodnikowego w celu polepszenia wydajności ogniw fotowoltaicznych. Wyniki przeprowadzonych badań przyczynią się do rozwoju innowacyjnej i wysokowydajnej fotowoltaiki, a także umożliwią budowę nowoczesnych materiałów fotoaktywnych – podkreśla Karolina Grabowska.
Nauka i współpraca z przemysłem
Prace badawcze na Wydziale Nauk Ścisłych, Przyrodniczych i Technicznych realizowane są m.in. w ramach grantów badawczych i badawczo-rozwojowych, nastawionych na szybkie wdrożenie innowacji do przemysłu. Prowadzone są często przy współpracy z przedstawicielami przemysłu lub prestiżowymi jednostkami naukowymi z kraju i z zagranicy. – W ramach takiego grantu wdrożeniowego powstaje na Wydziale technologia produkcji niedosładzanych przetworów warzywno-owocowych wzbogacanych preparatem błonnikowym o właściwościach prebiotycznych ze skrobi ziemniaczanej, których ogromną zaletą będzie akceptowalny dla dzieci i młodzieży smak i wygląd. Przekonanie młodych ludzi do spożywania zdrowych produktów, które dodatkowo będą im smakować przyczynią się do walki z nadwagą i otyłością wśród dzieci narażonych na liczne schorzenia metaboliczne wywołane nadmiernym spożyciem cukrów prostych i produktów o niskiej zawartości błonnika pokarmowego – mówi mgr Karolina Grabowska.
Warto podkreślić, że gotowy do wdrożenia produkt powstaje przy współpracy z firmą Tymbark MWS Sp. z o.o. Sp. K., a także uznanych jednostek naukowych w Polsce, tj. – Instytutu „Pomnik-Centrum Zdrowia Dziecka”, Wydziału Biotechnologii i Nauk o Żywności Politechniki Łódzkiej oraz Centrum Onkologii-Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie.
RED
Materiał ukazał na stronie: „Częstochowska Gazeta Ekologiczna”
(wydanie papierowe), której publikację współfinansuje Wojewódzki
Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Katowicach.
Treści zawarte w publikacji nie stanowią oficjalnego stanowiska
organów Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki
Wodnej w Katowicach.