Komisja Europejska wybrała do finansowania w programie Horyzont Europa dwa projekty z udziałem naukowców z Wydziału Chemicznego Politechniki Wrocławskiej – CYMYCONS i ZABILON. Pierwszy dotyczy biologicznych nawozów opartych na konsorcjach mikroorganizmów, drugi – nowej generacji baterii cynkowo-powietrznych do magazynowania energii. Łączny budżet obu projektów przekracza 6,4 mln euro, z czego 645 tys. euro przypada na PWr. 

Mikroorganizmy, które wspierają glebę i rośliny

Projekt CYMYCONS – „Strengthening institutional capacities in the development of artificial microbial consortia for sustainable biofertilization in Serbia” znalazł się w gronie 179 projektów wybranych do finansowania spośród 1905 wniosków złożonych w konkursie Twinning programu Horyzont Europa.

Projekt koordynuje Uniwersytet w Nowym Sadzie w Serbii, a partnerami są Politechnika Wrocławska oraz International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology we Włoszech. Całkowity budżet przedsięwzięcia wynosi niemal 1,5 mln euro, z czego 400 tys. euro trafi do PWr.

Naukowcy z trzech krajów sprawdzą, jak na funkcjonowanie gleby i rozwój roślin może wpływać odpowiednio dobrane konsorcjum mikroorganizmów – sinic, grzybów i bakterii. Chcą ustalić, czy organizmy o różnych właściwościach mogą wzajemnie się uzupełniać i wspólnie tworzyć korzystniejsze warunki dla wzrostu roślin.

W projekcie powstaną konsorcja złożone ze starannie wyselekcjonowanych mikroorganizmów, z których każdy będzie pełnił określoną funkcję. Sinice mogą uczestniczyć w wiązaniu azotu, wytwarzać materię organiczną oraz związki sprzyjające zatrzymywaniu wody w glebie. Grzyby mogą poprawiać jej strukturę i zwiększać dostępność składników pokarmowych, natomiast bakterie – wspierać uruchamianie fosforu i potasu.

Badacze najpierw scharakteryzują poszczególne szczepy i ocenią ich wzajemną zgodność. Na tej podstawie przygotują trzy konsorcja oraz sześć formulacji zawierających m.in. alginian sodu i chitozan. Ich działanie zostanie następnie zweryfikowane w doświadczeniach z wykorzystaniem rzodkiewnika pospolitego, papryki rocznej i soi.

Politechnika Wrocławska odpowiada za część analityczną projektu oraz badania interakcji między glebą a roślinami. Zespół pod kierunkiem prof. Katarzyny Chojnackiej zbada m.in. zawartość składników pokarmowych, materii organicznej i węgla organicznego w glebie, jej pH, przewodnictwo elektryczne, pojemność sorpcyjną oraz dostępność składników mineralnych.

– Interesuje nas siła dobrze dobranego komplementarnego konsorcjum mikroorganizmów. W takim konsorcjum jeden mikroorganizm może zwiększać dostępność składników pokarmowych, drugi poprawiać strukturę gleby, a kolejny wspierać rozwój korzeni. Na PWr sprawdzimy, jak ta współpraca przekłada się na funkcjonowanie całego układu gleba-roślina – mówi prof. Katarzyna Chojnacka, liderka politechnicznego zespołu z Wydziału Chemicznego.

Ważnym elementem udziału PWr będzie również rozwój kompetencji naukowych zespołu z Uniwersytetu w Nowym Sadzie. Politechnika zorganizuje wykłady, szkolenia, warsztaty laboratoryjne i pobyty badawcze poświęcone m.in. metodom analitycznym, projektowaniu badań, interpretacji wyników, rozwijaniu technologii bionawozowych oraz przenoszeniu rozwiązań z laboratorium do praktyki gospodarczej.

Naukowcy będą także współpracować z przedstawicielami rolnictwa, przemysłu nawozowego, administracji i otoczenia innowacyjnego. Dzięki temu rozwijane rozwiązania będą mogły uwzględniać potrzeby ich przyszłych użytkowników.

Baterie cynkowo-powietrzne na długie godziny

Drugi projekt, ZABILON (Zinc Air Battery Innovation for LONg-duration stationary storage), został wybrany do finansowania w dwuetapowym konkursie poświęconym nowej generacji baterii do długotrwałego magazynowania energii. Realizuje go międzynarodowe konsorcjum dziesięciu partnerów, a Politechnikę Wrocławską reprezentuje zespół Katedry Inżynierii Procesowej i Technologii Materiałów Polimerowych i Węglowych z Wydziału Chemicznego. Budżet projektu to 5 mln euro, z czego 245 tys. euro trafi do PWr.

Projekt koncentruje się na rozwoju elektrycznie ładowalnych baterii cynkowo-powietrznych, które mają znaleźć zastosowanie w stacjonarnym magazynowaniu energii przez okres od 10 do 72 godzin. Tego typu rozwiązania zyskują na znaczeniu wraz ze wzrostem udziału odnawialnych źródeł energii. Możliwość przechowywania energii i wykorzystania jej w okresach zwiększonego zapotrzebowania będzie bowiem coraz istotniejsza dla stabilności sieci.

W bateriach cynkowo-powietrznych cynk jest materiałem aktywnym anody, natomiast na katodzie wykorzystywany jest tlen z powietrza. Zaletą technologii jest dostępność i niski koszt cynku oraz bezpieczeństwo związane z zastosowaniem niepalnego elektrolitu wodnego.

Szersze wdrożenie tego rodzaju technologii utrudniają problemy z trwałością i sprawnością – powstawanie dendrytów, korozja cynku oraz ograniczenia katalizatorów na katodzie powietrznej. W ramach ZABILON naukowcy opracują nowe anody cynkowe i układy anoda-elektrolit ograniczające korozję i powstawanie dendrytów. Prace obejmą także rozwój katod powietrznych z dodatkiem grafenu, poprawiającego przepuszczalność gazów, a także konstrukcję z dwiema katodami, zwiększającą sprawność ogniwa. Na tej podstawie konsorcjum zbuduje prototypowe ogniwa i przetestuje je w warunkach zbliżonych do pracy w rzeczywistej sieci elektroenergetycznej.

Celem projektu jest osiągnięcie kosztu inwestycyjnego systemu poniżej 50 euro za kilowatogodzinę pojemności, sprawności pełnego cyklu ładowania i rozładowania powyżej 75 proc. na poziomie ogniwa oraz 20-letniego okresu eksploatacji.

Badania na Politechnice Wrocławskiej poprowadzi zespół prof. Grażyny Gryglewicz z Wydziału Chemicznego, która od lat zajmuje się materiałami grafenowymi i węglowymi oraz ich zastosowaniem m.in. w akumulatorach cynkowo-powietrznych.