Prof. Gradoń – autor 53 patentów z tej dziedziny – podkreśla, że słabym punktem
filtracji jest jej periodyczny charakter. Każdy filtr po pewnym czasie trzeba wymieniać na
nowy. Chodzi o to, by ta wymiana była jak najrzadsza. Dotychczas stosowano głównie tzw.
filtrację plackową, w której cząstki zawiesiny osadzają się na powierzchni filtra, tworząc
warstwę depozytu (placka). Takie filtry szybko się zapychają.
Nowe podejście wiązało się z teorią filtracji wgłębnej, której istotą jest zastosowanie
filtra o budowie przestrzennej, w kształcie dowolnej bryły, najczęściej walca, o specjalnie
zaprojektowanej strukturze wewnętrznej. Zawiesina opływająca filtr przenika do jego wnętrza
z zaprojektowaną prędkością, a cząstki fazy stałej osiadają na elementach filtra. Przy
specjalnie dobranej strukturze filtr może wykazywać prawie stuprocentową sprawność.
Krok po kroku
Wszystko zaczęło się – kontynuuje profesor –
w latach 80., od mojego stażu
podoktorskiego w Houston, gdzie pracowałem nad projektami specjalnych filtrów zamawianych
przez NASA. Wówczas rozwinięto teorię filtracji nieustalonej, decydującą o efektywności
procesu i określającą architekturę filtra. Były to zadania wymagające przeprowadzenia m.in.
głębokiej analizy ruchu cząstki, zabudowy przestrzeni, rozkładu naprężeń. Celem końcowym
miało być zaprojektowanie optymalnego filtra o jak najdłuższym czasie życia.
Po powrocie ze stażu profesor stworzył na Wydziale zespół, złożony z młodych pracowników
naukowych, który zajął się dopracowaniem szczegółów. W wyniku kolejnych badań, uwieńczonych
doktoratami i habilitacjami, na początku lat 90. zespół prof. Gradonia był w stanie
projektować zoptymalizowane struktury filtrów do filtracji wgłębnej cieczy. Następnym etapem
było wykonanie takich filtrów. Wymagało to współpracy specjalistów z inżynierii chemicznej,
fachowców od przetwórstwa tworzyw i automatyków.
Celem było opanowanie technologii rozwłókniania syntetycznego granulatu w sposób
programowalny komputerowo. Było to trudne zadanie. Procedurą tworzenia walcowatego filtra z cienkich polimerowych włókien steruje komputer, według wcześniej zadanych parametrów.
Osadzające się na obracającym się rdzeniu włókna – od najcieńszych po coraz grubsze – tworzą
zarastającą od środka, porowatą strukturę, o rozmiarach porów, w zależności od potrzeb,
rzędu mikro- lub nanometrów. Gotowe filtry przechodzą testy zgodności z międzynarodowymi
wymaganiami (ISO 9002 oraz NATO-wskim AQAP 120). Wybrane losowo egzemplarze poddawane są
próbom niszczącym podczas symulacji rzeczywistych procesów filtracji. To już efekt kolejnego
etapu prac nad filtrami – wdrożenia.
Robiliśmy – mówi prof. Gradoń –
do tego kilka podejść i to nie zawsze zakończonych
sukcesem, bo potencjalni partnerzy wykazywali zazwyczaj dziwną chęć do zapominania o należnych nam opłatach licencyjnych. Stąd też powstał pomysł, by zrobić inaczej – postarać
się o zgodę uczelni na budowę parku technologicznego na Wydziale i podpisać umowę z partnerem gotowym do współpracy na nowych warunkach. Została nim warszawska firma Microspun
Product.
W 1998 r. pomogła skredytować kilka inwestycji, dzięki czemu teraz na pięciu stanowiskach
można produkować filtry o najwyższych światowych standardach. Dzięki pieniądzom pochodzącym
ze sprzedaży filtrów (ok. 4% od obrotu), na Wydziale powstało nowoczesne laboratorium
badawcze, wyposażone w wysokiej klasy sprzęt pomiarowy. Wyremontowano także pomieszczenia
tak, aby zapewnić jakość produkcji, spełniającą wymagania norm międzynarodowych (TQM – total
quality management).
Firma Microspun – wyjaśnia profesor –
szybko też doszła do wniosku, że aby myśleć
o szybkim rozwoju całego przedsięwzięcia potrzebny będzie partner strategiczny. Po
wielu próbach okazał się nim brytyjski koncern Amazon Filters Ltd – producent i dystrybutor
obudów do różnego typu filtrów, mających zastosowanie w gospodarstwach domowych, szpitalach,
hotelach, zakładach przemysłowych, elektrowniach atomowych (czyszczenie wody chłodzącej
reaktor).
Filtry sprzedawane poprzez Amazon, a wytwarzane na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej PW, wygrały ostatnio (głównie dzięki 3-krotnie dłuższemu czasowi życia) w silnej
konkurencji z filtrami innych znanych światowych firm i są stosowane na platformach
wydobywczych na Morzu Północnym, w Brazylii i w Zatoce Perskiej. Filtry te będą doczyszczać
wodę, używaną w trakcie wydobywania ropy. Dotychczas stosowane filtry szybko zarastały
algami, rozwijającymi się w porze letniej na płytkich szelfach wydobywczych. Nowe
rozwiązanie autorstwa Politechniki Warszawskiej i Microspun Products pozwoliło uniknąć
występowania tych negatywnych efektów.
Wiele wskazuje na to, że prawdziwie wielki popyt na filtry z Politechniki Warszawskiej
dopiero się zaczyna. Za pół roku, w Wesołej pod Warszawą, ruszy budowany przez Amazon i Microspun park technologiczny, wytwarzający polskie filtry na skalę przemysłową.
Dobre prognozy
Przyszłość rysuje się w optymistycznych barwach i to nie tylko z powodu popytu na filtry do
wody. Na Wydziale Inżynierii Chemicznej i Procesowej od wielu lat prowadzi się badania
podstawowe nad filtracją różnego rodzaju paliw. Niedawno zainteresowali się nimi Amerykanie.
Firma Fleetguard Inc., wchodząca w skład wielkiego koncernu Cummins (produkcja silników
Diesla do samochodów, lokomotyw, okrętów, tartaków, o wartości 80 mld dolarów rocznie),
zaproponowała Wydziałowi prof. Gradonia współpracę w badaniach nad filtracją gazów
spalinowych na poziomie nanocząstek.
W lutym 2004 roku doszło do podpisania umowy, w wyniku której Amerykanie przekazali uczelni
darowiznę w wysokości 30 tys. dolarów na rozbudowanie systemu komputerowego, służącego do
modelowania procesów filtracyjnych oraz 200 tys. dolarów na badania filtracji paliw,
powietrza i gazów spalinowych w silnikach Diesla. Już 80 filtrów powietrza do wielkich
trucków przeszło pomyślnie próby w USA i jest szansa na zastosowanie tej technologii w skali
przemysłowej.
Obecnie zespół profesora Gradonia pracuje nad rozwłóknianiem nylonu, który posłuży do budowy
filtrów oleju napędowego. Do takich poszukiwań zmuszają nowe, ostrzejsze niż dotąd, normy
czystości środowiska, jakie zaczną obowiązywać w USA w 2007 r. Prowadzone na Wydziale prace
zapowiadają się bardzo dobrze i jest nadzieja, że w Polsce powstanie i zostanie wdrożona do
produkcji unikatowa technologia.
Najdłużej – jak mówi prof. Gradoń –
będzie trzeba popracować nad filtrami
spalin. Wydobywające się z rur wydechowych silników Diesla cząstki są bardzo przenikliwe
i silnie kancerogenne. Cząstki te posiadają skomplikowaną strukturę przestrzenną o rozmiarach rzędu kilku nanometrów. Łatwo przedostają się przez układ oddechowy do miąższu
płuc i mogą doprowadzić do zainicjowania procesów nowotworowych. Rozpoznanie własności
cząstek o takiej strukturze, to temat jednego z grantów KBN. Nad opracowaniem teorii ruchu
takich złożonych aglomeratów pracuje obecnie w USA jeden z doktorantów z zespołu...
profesora Gradonia.
Sprawy Nauki WALDEMAR PŁAWSKI
wstecz
Podziel się ze znajomymi