17 października 2019 r.
Nowy spin-off z UW: szkodliwy chrom można wyeliminować bez szkody dla efektów wizualnych
Na Uniwersytecie Warszawskim powstała spółkaspin-off o nazwie Inelco, która specjalizuje się w produkcji innowacyjnych powłok ochronnych ze stopów metali. Jednym z jej rozwiązań jesttechnologia dająca możliwość wyeliminowania z produkcji szkodliwego chromu. Spółka pracuje też nad materiałami – stopami i kompozytami, które docelowo mają być stosowane m.in. w ogniwach paliwowych.
Założona przy UW spółka skupia kilkadziesiąt lat doświadczeń naukowych w zakresie poszukiwania i produkcji bezpiecznych dla środowiska, a przy tym stosunkowo tanich w produkcji powłok ochronnych. W ich produkcji wykorzystywane są metody elektrochemiczne. Choć firma ma zaledwie kilka miesięcy, w jej portfolio znajdują się materiały, produkty i technologie wypracowywane przez ostatnie trzydzieści lat. Naukowcy dysponują nowymi materiałami i stopami o właściwościach dekoracyjnych, antykorozyjnych czy nadających się do produkcji elementów konstrukcyjnych. Mają też własną technologię pozwalającą zastąpić szkodliwy chrom. Inelcoprowadziteż zaawansowane prace badawcze nad stopami, które mają potencjał do wykorzystania w ogniwach paliwowych.
Innowacyjność połączona z ekologią
Naukowcy będący założycielami Inelcochcą wdrażać do przemysłu materiały alternatywne w stosunku do tych powszechnie stosowanych, tak by były one mniej szkodliwe dla środowiska, tańsze, a ich sposób uzyskiwania nie był szkodliwy dla środowiska naturalnego. Jednym z przykładów jest materiał zastępujący metale szlachetne w projektowanych ogniwach paliwowych. Innym – możliwość uzyskania efektu chromowanej powierzchni bez użycia chromu.
„Jeden z opracowanych przez nas materiałów ma ogromny potencjał do wykorzystania w ogniwach paliwowych. Chociaż nie zapewnia on takiej wydajności wydzielania wodoru jak w przypadku ogniw wykorzystujących metale szlachetne, to jednak jest wielokrotnie tańszy i bardziej ekologiczny w produkcji. Zasoby metali szlachetnych są ograniczone, podczas gdy związki wolframu są powszechnie dostępne i tanie. Chcąc wdrażać do przemysłu innowacyjne i proekologiczne rozwiązania musimy odnosić się do przełomowych technologii, które pozwalają wielokrotnie przebić obecne wskaźniki i parametry określające procesy produkcji – na tym właśnie się koncentrujemy. Wszyscy chcieliby mieć samochód, z którego rury wydechowej będzie wyciekać wyłącznie woda. Nam jednak chodzi również o to, by do wyprodukowania napędu dla takiego pojazdu nie trzeba było wykorzystywać drogich materiałów” – mówi dr Paweł Bącal z Wydziału Chemii Uniwersytetu Warszawskiego, założyciel Inelco, uniwersyteckiej spółki typu spin-off.
Przemysł ciągle poszukuje nowych materiałów, lepszych od dotychczas wykorzystywanych w produkcji. Producentom zależy też na stosowaniu materiałów o porównywalnych właściwościach, ale bardziej ekologicznych. Najlepiej, by nie tylko sam materiał był ekologiczny, ale i metoda jego wytwarzania była zrównoważona. Właśnie w tym Inelcowidzi swoją niszę rynkową. Jak dotąd wszystkie opracowane przez naukowców z UW metody są względnie tanie, efektywne i ekologiczne, co daje duży potencjał wdrożeniowy na wielką skalę w różnych segmentach przemysłu. Firma nie używa toksycznych odczynników, nie generuje toksycznych odpadów, a wypracowana technologia pozwoliła zmniejszyć liczbę etapów wytwarzania, co oznacza mniej czynności związanych z myciem i czyszczeniem zarówno produktów, jak i sprzętu używanego w produkcji.
Zyskowna alternatywa dla szkodliwego chromu
„Ekologia i zrównoważona produkcja zyskuje coraz większe znaczenie w przemyśle. Wpływ na to mają zarówno regulacje prawne, jak też sami konsumenci, którzy poszukują produktów ekologicznych, wytwarzanych bez szkody dla środowiska. Tymczasem problemem są stosowane w produkcji szkodliwe odczynniki, wysokie zużycie energii elektrycznej, wody i kosztownych materiałów, których pozyskanie ma negatywny wpływ na środowisko. Gdy firma odnajdzie lepsze rozwiązanie, jej korzyści mogą być bardzo różne: niższe koszty, lepszy wizerunek, przewaga konkurencyjna, nowe szanse rynkowe, zdrowsi i bardziej zaangażowani pracownicy” – mówi dr Robert Dwiliński, dyrektor Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii UW.
Dobrym przykładem jest wykorzystywany w wielu branżach chrom uznany przez Unię Europejską za substancję niebezpieczną. Nawet niewielkie ilości niektórych z jego związków mogą być szkodliwe dla człowieka, a szczególnie narażeni są pracownicy zakładów galwanicznych. UE uznała jednak, że choć chrom jest szkodliwy, trudno go będzie zastąpić. Producenci nadal mogą go wykorzystywać, lecz wymaga to uzyskania specjalnego zezwolenia albo konieczne jest jego wytwarzanie poza UE. Wszystko wskazuje na to, że na UW powstało rozwiązanie tego problemu. „Dysponujemy podobnymi do chromu materiałami, które nie ustępują twardością, mają podobną barwę, mogą dawać połysk jak lustro, a ich wytwarzanie jest znacznie bardziej ekologiczne – nie tylko ze względu na to, że nie wykorzystuje się szkodliwych odczynników i nie używa chromu, ale że w ich produkcji zużywa się mniej wody i energii elektrycznej” – mówi dr Paweł Bącal.
Perspektywy rozwoju spółki dzięki dużym możliwościom
Innym motorem dla poszukiwań nowych materiałów są rosnące wymagania producentów i konsumentów. Przykład wykorzystania technologii Inelco dotyczy niklu. Szacuje się, że nawet 20% ludzi może być na niego uczulonych. Nowy stop powstały z połączenia niklu z miedzią i wolframem sprawia, że przedmioty z niego wykonane, nie dają odczynu alergicznego. „Stop zachowuje się zupełnie inaczej niż każdy pierwiastek w formie czystej. Każdy z pierwiastków wnosi coś do nowego materiału, ale ostateczne jego właściwości nie stanowią prostej ich sumy. Otrzymujemy bardzo ciekawe połączenia, np. nikiel, miedź i wolfram dają błyszczący, odporny na korozję metal, który według naszych wstępnych badań nie uczula ludzi mających alergię na czysty nikiel” – tłumaczy dr Paweł Bącal.
Założyciele Inelco podkreślają, że możliwości tworzenia nowych materiałów są praktycznie nieograniczone, a materiały do siebie podobne mogą mieć bardzo odmienne właściwości. Niekiedy ich skład lub metoda wytwarzania różni się nieznacznie, a właściwości zmieniają się skokowo. Przykładowo jeden z dwóch materiałów o identycznym składzie może mieć właściwości magnetyczne, ze względu na to, że został uzyskany w nieco innych warunkach. Bardzo podobne materiały mogą też różnić sięwyglądem, np. połyskiem czy kolorem. Niektóre materiały „trzymają się” jednych lepiej a innych gorzej. Przykładowo bardzo trudno osadzić dobrze przylegającą warstwę miedzi na żelazie. Dlatego jeśli chce się połączyć te metale, należy między nimi osadzić warstwę innego metalu, np. niklu. Wieloletnie badania pozwoliły założycielom Inelco na opracowanie technik, w których taka warstwa pośrednia może tworzyć się sama. „Potrafimy wytwarzać materiały „samopodkładające”. Oznacza to, że materiał samodzielnie wytwarza warstwę, która niejako „skleja” go z innym materiałem. Co więcej, efekt ten można uzyskać w wielu procesach, lecz nam udało się opracować technologię osiągnięcia tego w jednym roztworze. I znowu mamy oszczędności – wody, detergentów i pracy ludzkiej, ponieważ cały proces jest zautomatyzowany” – mówidrPaweł Bącal.
Flagowym produktem Inelco są obecnie trójskładnikowe stopy niklu, miedzi i wolframu. Nieustannie trwają jednak poszukiwania nowych materiałów. Spółka ma na tym polu pierwsze sukcesy i część odkryć wkrótce zamierza opatentować. Dlatego odrębną specjalizacją Inelco jest profesjonalna działalność usługowa polegająca na poszukiwaniu nowych stopów metali oraz materiałów o określonych właściwościach fizycznych – na indywidualne zamówienia przemysłu. Doświadczenia naukowców z UW pozwalają wytwarzać materiały o określonych właściwościach, zgodnych z oczekiwaniami i charakterystyką, jakie zamawiający chciałby wykorzystać w produkcji.
Od pomyłki do przełomu naukowego i biznesu
Historia Inelco zaczęła się od drobnej pomyłki młodego naukowca – wtedy studenta dopiero zaczynającego swoją pracę w laboratorium. Złe ustawienie jednego z przełączników doprowadziło do odkrycia. „W trakcie badań zorientowałem się, że źle ustawiłem urządzenie. Wynik eksperymentu okazał się inny niż oczekiwałem, nie pasował do uznanych teorii. Ten eksperyment skłonił mnie do dalszych badań, choć inni chemicy mówili, że wynik jest nieprawidłowy i na pewno sprzeczny z literaturą. Przez lata uważano bowiem, że elektrochemicznie da się wytworzyć tylko trzy dwuskładnikowe stopy wolframu. Okazało się, że odkryłem coś, co po latach badań pozwoliło wytworzyć elektrochemicznie czwarty, a zarazem najbardziej nietypowy, dwuskładnikowy stop wolframu” – wspomina dr Paweł Bącal.
W owym czasie świat naukowy był przekonany, że wolframu nie można współosadzić z roztworów wodnych inaczej niż tylko w obecności niklu, żelaza lub kobaltu. Tymczasem wynik eksperymentu sugerował, że jest to możliwe także w obecności miedzi. Gdy dr Paweł Bącal był już pewien, że nie popełnił błędu, opublikował pracę, która zmieniła przekonania chemików o dwuskładnikowych stopach wolframu. Nieco później naukowcy amerykańscy udowodnili, że podobne rezultaty można osiągnąć ze srebrem. „Odkrycia te otworzyły ogromne, niezbadane wcześniej możliwości. Okazało się, że przez tak prostą metodę jak elektroosadzanie można wytworzyć wiele nieodkrytych stopów wolframu o właściwościach trudnych do wyobrażenia. Większość z nowych materiałów do niczego się nie przyda, ale niektóre mogą okazać się przełomowe w jakiejś dziedzinie” – wyjaśnia dr Paweł Bącal.
Na tej filozofii bazuje Inelco, koncentrując się jednocześnie na obniżaniu kosztów wytwarzania – chodzi przecież o możliwość wdrożenia odkrytych materiałów do przemysłu, a to musi być opłacalne w produkcji. Dla przykładu, tylko nieznaczne obniżenie temperatury elektrosadzania pozwoliło zmniejszyć zużycie energii w skali całego procesu wytwarzania nawet o połowę.
