Jedną z metod odzyskiwania fosforu jest adsorpcja, czyli proces wiązania cząsteczek fosforu na powierzchni zastosowanego materiału, a następnie desorpcja, czyli ponowne uwalnianie. Proces adsorpcji jest od lat wykorzystywany do usuwania zanieczyszczeń w Sekwencyjnych Systemach Sedymentacyjno Biofiltracyjnych i Oczyszczalniach Mokradłowych, czyli tzw. Rozwiązaniach Bliskich Naturze. Systemy opracowywane przez zespół z Katedry UNESCO Ekohydrologii i Ekologii Stosowanej, Uniwersytetu Łódzkiego wykorzystują skały dolomitowe, które dzięki dużej zawartości wapnia, są w stanie wiązać jony fosforanowe. Dzięki licznym pracom wdrożeniowym m.in. w ramach projektu EH-REK (www.arturówek.pl) udało się określić, że pomimo wysokiej skuteczności w początkowym okresie funkcjonowania, bariery dolomitowe muszą być wymieniane aby utrzymać ich potencjał. M.in. z tego względu zdecydowano się rozpocząć poszukiwania nowego materiału zdolnego do usuwania zanieczyszczeń fosforanowych. Wstępne badania wykazały, że keramzyt posiada właściwości, które mogą zwiększyć efektywność barier, jednak sam w sobie nie jest dobrym adsorbentem dla fosforu.
Dlatego, w ramach projektu Inkubator Innowacyjności 2.0, zespół ekohydrologów z Uniwersytetu Łódzkiego pod kierunkiem mgr. Pawła Jarosiewicza opracował preparat BioKer, czyli lekkie kruszywo zdolne do usuwania zanieczyszczeń fosforanowych. Rdzeniem dla wynalazku stał się keramzyt, jednak cały potencjał adsorpcyjny został zamknięty w otoczce biopolimerowej uzupełnionej jonami wapnia. W trakcie prowadzonych badań wykorzystano infrastrukturę Stacji Terenowej Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Łódzkiego w Treście, co umożliwiło m.in. przetestowanie barier w skali rzeczywistej w sztucznym strumieniu rzepływającym przez Stację. W trakcie testów wykazano, że oprócz procesu adsorpcji na powierzchni preparatu BioKer, uwalniane do otoczenia jony wapnia są w stanie strącać fosforany, tworząc trudnorozpuszczalny osad. Pośrednim celem projektu było również uzyskanie możliwości odzyskiwania fosforu, jako składnika nawozowego, co wykazano na podstawie hydroponicznej hodowli szpinaku. Doniczki, które zostały uzupełnione preparatem BioKer, po odzyskaniu fosforu z wody, cechowały się szybszym wzrostem w stosunku do kontroli.
Wpływ na otoczenie
Projekt pozwolił na opracowanie materiału zdolnego do usuwania jonów fosforanowych z wód powierzchniowych oraz jednocześnie pozwalającego na ponowne wykorzystanie fosforu. W świetle kurczących się zasobów tego pierwiastka oraz jego negatywnego wpływu na ekosystemy wodne, wynalazekma znaczenie dla osiągniecia zrównoważonego rozwoju.
Główne zalety danego rozwiązania, technologii, wyników projektu
Opracowany preparat jest lekki oraz posiada nieograniczoną możliwość modyfikacji, co udowodniono m.in.dodając do jego otoczki sole lantanu, które dodatkowo zwiększyły efektywność w usuwaniu fosforanów. Inne związki dodane do otoczki pozwalają na usuwanie zanieczyszczeń organicznych, takich jak pestycydy, jednak nadal potrzeba dodatkowych prac aby w pełni ocenić efektywność tego zastosowania.
Z punktu widzenia komercjalizacji, podstawowym celem projektu było uzyskanie trwałego produktu ze zwiększoną efektywnością w zakresie usuwania zanieczyszczeń fosforanowych. Cel ten został zrealizowany poprzez opracowanie wariantu wynalazku zdolnego do usuwania jonów fosforanowych, o efektywności 96% przy stężeniu 2 mg P-PO4/L, co stanowi bardzo wysoki wskaźnik w porównaniu do tradycyjnie stosowanych materiałów w Rozwiązaniach Bliskich Naturze. Badane w projekcie skały dolomitowe usuwały maksymalnie 51%.
Zastosowanie komercyjne wyników projektu
Preparat BioKer może być stosowany jako wymienne bariery do usuwania zanieczyszczeń fosforanowych samodzielnie lub jako element większego systemu doczyszczania wód powierzchniowych. Obecnie trwają prace nad zwiększeniem efektywności materiału w usuwaniu pestycydów, co w przyszłości pozwoli również na zastosowanie go w miejscach gdzie dochodzi do uwalniania się tych związków do środowiska.
Typ współpracy z otoczeniem społeczno–gospodarczym
W trakcie trwania projektu sfinalizowana została umowa komercjalizacyjna pomiędzy Uniwersytetem Łódzkim a firmą Advanced Pro-Environmental Remediation Solutions (APRS). Preparat BioKer, zaledwie w ciągu 3 lat od opracowania znalazł się w ofercie handlowej firmy APRS.
Status IP
Zgłoszenie patentowe
Co umozliwił nam udział w projekcie
Jako oddzielny element projektu warto podkreślić promocję wynalazku oraz osiągniecia takie jak złoty medal podczas międzynarodowych targów wynalazczości w Paryżu (Concourse Lepin) oraz srebrny medal podczas targów w Katowicach (Międzynarodowe Targi Intarg). Dzięki powyższym osiągnięciom opracowany produkt szybko odnalazł potencjalnych inwestorów a idea odzyskiwania fosforu z zanieczyszczonych rzek miała szansę opuścić ściany laboratorium i powędrować ścieżką komercjalizacji.
O uczestnikach projektu
Mgr Paweł Jarosiewicz jest doktorantem w Katedrze UNESCO Ekohydrologii i Ekologii Stosowanej na Wydziale Biologii i Ochrony Środowiska, UŁ. W swoich badaniach skupia się na analizie dynamiki występowania zanieczyszczeń pestycydowych oraz związków fosforu w zlewniach rolniczych, a także tworzeniu rozwiązań ekohydrologicznych, które ograniczają presję zanieczyszczeń na ekosystemy wodne. W swoim dorobku posiada dwa zgłoszenia patentowe oraz jest współautorem 10 publikacji naukowych. Mgr Jarosiewicz rozwija obecnie współpracę z Water Research Institute CNR we Włoszech w zakresie analizy bakterioplanktonu rzecznego z wykorzystaniem nowoczesnych technik molekularnych.
Prof. dr hab. Maciej Zalewski jest dyrektorem Europejskiego Regionalnego Centrum Ekohydrologii Polskiej Akademii Nauk oraz założycielem Katedry UNESCO Ekohydrologii i Ekologii Stosowanej, a także jej poprzednim kierownikiem. Twórca koncepcji ekohydrologii oraz wieloletni ekspert Międzyrządowego Programu Hydrologicznego UNESCO w zakresie zarządzania zasobami wodnymi. Zgodnie z raportem bazy Mendeley z 2021 roku Profesor Zalewski znajduje się w grupie 2% najczęściej cytowanych naukowców na świecie. Autor ponad 170 publikacji naukowych.