Znajdź nas na:

Cuda malowane światłem, czyli jak wykorzystać fotokatalizatory w codziennym życiu

Cuda malowane światłem, czyli jak wykorzystać fotokatalizatory w codziennym życiu

W ostatnich latach naukowcy z różnych ośrodków naukowo-badawczych poszukują alternatywnych i innowacyjnych metod usuwania zanieczyszczeń. Ten trend staje się coraz bardziej wyraźny również w Polsce. Badania Zespołu Fizykochemii Koordynacyjnej i Bionieorganicznej z Uniwersytetu Jagiellońskiego wskazują, iż proces katalizy umożliwia usunięcie niektórych związków chemicznych, zwłaszcza tych, które zagrażają naszemu zdrowiu i środowisku.

 

Należy Pan do Zespołu Fizykochemii Koordynacyjnej i Bionieorganicznej, który angażuje się w prowadzenie wielu projektów badawczych, nad czym pracują Państwo aktualnie?

dr Przemysław Łabuz: Na początku, chciałbym zaznaczyć, że nasz zespół, kierowany przez prof. Grażynę Stochel jest bardzo liczny, w związku z tym tematyka prac jest dość zróżnicowana. Zajmujemy się zarówno zagadnieniami dotyczącymi fotochemii, chemii koordynacyjnej, chemii bionieorganicznej, jak również fotochemią i fotofizyką półprzewodników. Wymienione dziedziny nauki stają się coraz bardziej popularne w literaturze naukowej. Poza tym, wielu członków naszego zespołu wykazuje zainteresowanie badaniami aplikacyjnymi. Realizacja wszystkich prac nie byłaby możliwa, gdyby nie aktywne starania o ich finansowanie z różnych źródeł. Dlatego też aktywnie staramy się o finansowanie ze źródeł krajowych tj. Narodowego Centrum Nauki (NCN), Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBR), a także Fundacji Na Rzecz Nauki Polskiej czy z projektów Unii Europejskiej, których również jesteśmy beneficjentami w ramach siódmego programu ramowego. Tematyka fotokatalizy, której poświęcona jest moja praca, wiąże się ściśle z materiałami półprzewodnikowymi i ich zastosowaniem w różnych dziedzinach, co chcemy wykazać prowadząc nasze badania.

Wspomniał Pan, że obecnie pracują państwo nad i z fotokatalizatorami. Jakie mogą mieć zastosowanie i na czym właściwie polega Państwa praca?

dr Przemysław Łabuz: Tak, wspomnianą tematykę zapoczątkował w naszym Zespole prof. Macyk, gdy po kilku latach badań naukowych w Niemczech rozpoczął pracę na naszym Wydziale. Na świecie gwałtowne zainteresowanie fotokatalizą pojawiło się przy okazji zaobserwowania fotokatalitycznego rozkładu wody, a więc w procesie o potencjalnym znaczeniu w wytwarzaniu paliwa wysokoenergetycznego. Z czasem podczas badań nad fotokatalizą naukowcy zaczęli kłaść nacisk na usuwanie zanieczyszczeń, czyli degradowanie niektórych związków do związków prostszych, a ostatecznie do CO2 i wody, które są ostatecznymi produktami rozkładu związków organicznych. Można powiedzieć, że fotokataliza już w powijakach była związana z naukami stosowanymi. Modelowym fotokatalizatorem jest ditlenek tytanu, który charakteryzuje się wysoką wydajnością generowania tzw. reaktywnych form tlenu, m. in. rodnika hydroksylowego, anionorodnika ponadtlenkowego i wielu innych. Jest to również substancja niezwykle stabilna chemicznie oraz cechuje się dużą fotostabilnością. Tak na marginesie, TiO2 jest całkowicie neutralny dla naszego organizmu i towarzyszy nam w życiu codziennym jako składnik wielu produktów jako wypełniacz (tabletki, pasty do zębów) lub pigment (biel tytanowa).

Fotokatalizatory są dla nas bardzo interesującymi materiałami z wielu względów. Przede wszystkim umożliwiają konwersję energii świetlnej do energii chemicznej lub elektrycznej. A światło jest tym, co towarzyszy nam w codziennym życiu. Oczywiście światło otaczające nas na zewnątrz różni się od tego "sztucznego". W pomieszczeniach światło jest bardziej rozproszone, mniej intensywne, nie zawiera też UV. Możemy też dobrać oraz zminiaturyzować sztuczne źródła światła by nadawały się do konkretnych zastosowań. Jak sama nazwa sugeruje, ograniczeniem fotokatalizy jest światło, ponieważ jeśli go zabraknie, nie zajdzie kluczowy proces: wzbudzenie fotokatalizatora. Światło to, może być pochodzenia słonecznego lub sztucznego. Wzbudzony fotokatalizator jest inicjatorem szeregu reakcji chemicznych. Może powodować procesy rozkładu (np. zanieczyszczeń czy też substancji szczególnie niebezpiecznych), jak i utleniania. Fotokataliza pozwala usunąć niektóre związki chemiczne, zwłaszcza te, które szczególnie zagrażają naszemu zdrowiu i środowisku. W ostatnich latach obserwuję poszukiwania alternatywnych i innowacyjnych metod usuwania zanieczyszczeń. Ten trend staje się coraz bardziej wyraźny również w Polsce. Procesy fotokatalizy znakomicie wpisują się w te tendencje. Fotokatalizatory mają poza tym jeszcze wiele interesujących właściwości. Konwersja energii, jaka następuje z ich udziałem pozwala tworzyć nowe związki chemiczne, które mają odmienną strukturę i inne właściwości niż te zsyntezowane konwencjonalnymi metodami. Otwiera to nowe możliwości również w wykorzystaniu CO2 emitowanego na dużą skalę, który dzięki reakcji z fotokatalizatorem może stać się elementem budulcowym bardziej złożonych związków.

Poza pracami laboratoryjnymi prowadzą Państwo badania nad komercyjnym zastosowaniem fotokatalizatorów. Rezultaty mogą okazać się przełomowymi w codziennym życiu człowieka!

dr Przemysław Łabuz:  Tak, jeden z opracowanych przez nas fotokatalizatorów badany był pod kątem zastosowań bardzo bliskich człowiekowi, zwłaszcza osobom z wadą wzroku. Badamy możliwość zastosowania nanomateriałów fotokatalitycznych w postaci roztworów koloidalnych, jako nowy środek do fotokatalitycznego czyszczenia i dezynfekcji soczewek kontaktowych. Podjęliśmy poważną współpracę w zakresie komercjalizacji tego wynalazku, złożyliśmy również stosowne zgłoszenia patentowe. Procedura patentowa w urzędach nadal trwa. Nasz zespół po opracowaniu technologii w warunkach laboratoryjnych brał również udział nad szerszymi badaniami w warunkach prototypowych.

Czy fotokatalizatory mają już powszechne zastosowanie?

dr Przemysław Łabuz: Tak, jest ich coraz więcej. Związane są w większości z wykorzystaniem reaktywnych rodników generowanych podczas naświetlania. Innymi słowy: pod wpływem światła powierzchnia fotokatalizatorów zamienia się w bardzo nieprzyjazne środowisko dla związków organicznych. W Japonii i Korei wdrożono kilka projektów dotyczących samoczyszczących się elewacji budynków, asfaltu, etc. Warunki o których mowa sprawiają również, że fotokatalizatory mogą być użyte jako środek (foto)dezynfekujący. Coraz więcej uwagi w zakresie zastosowań poświęca się na materiały aktywne nie tylko w świetle słonecznym, zawierającym ultrafiolet, lecz działające w warunkach naświetlania światłem widzialnym. Wiele pracy należy włożyć, by związki te działały wydajnie w tym zakresie promieniowania. Gra jest jednak warta świeczki, gdyż po pierwsze jest ono nieszkodliwe, po drugie stanowi większość światła słonecznego i po trzecie, sztuczne źródła światła widzialnego są dużo tańsze i bezpieczniejsze niż te z zakresu UV. Szczególnie ta ostatnia cecha pozwala myśleć o zastosowaniu fotokatalizy w powszechnym użyciu. Warto zaznaczyć, że fotokatalizatory mogą być stosowane w różnych postaciach, np. jako duże ziarna lub filmy o grubości kilku nanometrów na różnego rodzaju powierzchniach. Pojawia się wiele prac dotyczących półprzewodników, ale również innych materiałów nieorganicznych w skali nanokrystalicznej. Związki te badane są jako materiały, które mogą potencjalnie służyć jako środki terapeutyczne lub diagnostyczne.

Jaki jest główny kierunek prac  Pana zespołu, dotyczących wykorzystania fotokatalizy?

dr Przemysław Łabuz: Mamy spore doświadczenie w zakresie badań nad zastosowaniem odpowiednich technologii fotokatalitycznych. Oczywiście w procesie komercjalizacji badań, podczas rozmaitych spotkań z przedstawicielami biznesu, zdaliśmy sobie sprawę na jak wiele czynników musimy jeszcze zwrócić uwagę. Dla naukowca to trudna lekcja. Kiedy liczy się każdy element, taki jak koszt produkcji, trwałość, opracowanie technologii produkcji na dużą skalę. W naszym przypadku implementacja odpowiedniego źródła światła w końcowy produkt. Dochodzą do tego bariery prawne, regulacje, procedury rejestracji produktu, które w przypadku tak nietypowego produktu musimy zaadoptować. Była to ciekawa lekcja na przyszłość. Z całą pewnością, jest to ciekawy projekt, zakładający wprowadzenie nowego produktu na rynek, pewną alternatywę dla istniejących już rozwiązań. Poza tym uczestniczymy w kilku projektach naukowych, konsultujemy problemy, z którymi zwracają się do nas przedstawiciele przemysłu. Wspomniałem, że fotokataliza może zostać wykorzystana do usuwania zanieczyszczeń czy oczyszczania wody. Należy jednak pamiętać, że fotokatalizatory nie są czynnikiem usuwającym duże stężenia zanieczyszczeń, tj. ścieków czy innych bardzo zanieczyszczonych wód. Fotokataliza pozwala natomiast na usuwanie zanieczyszczenia o bardzo niskim stężeniu, przy których klasyczne metody zawodzą lub są bardzo mało wydajne. Skutkiem tego można otrzymać ultra-czystą wodę. Fotokataliza dobrze sprawdza się również w usuwaniu bardzo odpornych na degradację struktur chemicznych, takich jak niektóre pestycydy. W naszym laboratorium prowadzone są prace nad fotokatalitycznym rozkładem tych niebezpiecznych związków, których obecność w wodach powierzchniowych jest ciągle problemem w niektórych rejonach Świata. My skupiamy swoją uwagę na krajach objętych działaniami wojennymi podczas Wojny w Wietnamie. Środków tych używano wówczas do eradykacji roślinności i odsłonięcia pola walki. Skutki tych działań obserwować można do dzisiaj. Podejmujemy próbę wykorzystania światła słonecznego w tanich reaktorach słonecznych tak, by zminimalizować koszty tego procesu i zastosować je na dużą skalę w krajach niezbyt zamożnych, bogatych natomiast w energię słoneczną.

Ponadto podjęliśmy dłuższą współpracę z jedną z firm z branży chłodniczej, która zainteresowana jest zastosowaniem fotokatalizy do oczyszczania powietrza w urządzeniach i pomieszczeniach chłodniczych, by zapewnić dłuższą świeżość przechowywanej żywności oraz w celu neutralizowania zapachów. Ciekawe doświadczenia zebraliśmy również przy współpracy z firmą produkującą meble i małą architekturę ogrodową, która była zainteresowana pokrywaniem swoich wyrobów warstwą fotokatalizatora. Oświetlany, pomaga w usuwaniu zabrudzeń, a dostępność światła słonecznego sprawia, że jest to wymarzone zastosowanie dla tego typu technologii.

Chciałbym przy okazji zaznaczyć, że bezcenną pomocą służy nam Centrum Innowacji i Transferu Technologii Uniwersytetu (CITTRU). Umożliwiło nam i sfinansowało ochronę patentową naszych wynalazków, zapewniło kontakt z rzecznikiem patentowym, a także pomogło w realizacji całej procedury w Europejskim Urzędzie Patentowym. Dzięki tej współpracy mogliśmy również uczestniczyć w wielu ciekawych spotkaniach branżowych z licznymi potencjalnymi partnerami biznesowymi. Podczas takich spotkań firmy poszukują przydatnych rozwiązań technologicznych dla swoich potrzeb a przedstawiciele nauki omawiają pola zastosowań swoich wynalazków. Nawiązują się ciekawe relacje i kontakty niezbędne w rozwoju obu stron.

Współpraca między biznesem a nauką powinna mieć charakter wielowymiarowy. Jednostki naukowe dysponują często unikatową aparaturą badawczą przydatną w procesach wdrożeniowych. Z drugiej strony wiele wynalazków czerpie swe źródła w naukach podstawowych, dlatego przemysł nie powinien pozostawać obojętny na nowe odkrycia naukowe. Do pełni sukcesu niekiedy muszą być zaangażowani zewnętrzni partnerzy inwestycyjni, którzy również powinni mieć otwarte umysły na innowacyjne wykorzystanie "wynalazków".

Dziękuję za rozmowę.

(red.) Anna Staszewska

 

Komentarze napędza: Disqus

Pasaż laboratoryjny

articles

Laboratoria w Polsce

Mając na względzie ochronę i bezpieczeństwo Twoich danych osobowych, firma Bio-Tech Media sp. z o.o., przykładając szczególną wagę do ich ochrony, dostosowała swoje zasady ich przetwarzania do obowiązującego od dnia 25 maja 2018 roku Rozporządzenia Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) z dnia 27 kwietnia 2016 r. nr 2016/679

Nasza zaktualizowana polityka prywatności wprowadza wszystkie pozytywne zmiany, w tym sposób, w jaki zbieramy, przetwarzamy i przechowujemy Twoje dane osobowe. Przedstawia sposób, w jaki możesz się z nami skontaktować, aby skorzystać z przysługujących Ci praw.

W tej chwili nie musisz podejmować żadnych działań, ale jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z naszą polityką prywatności.

Zapoznaj się z naszą polityką prywatności ›
Rozumiem