Politechnika Wrocławska otworzy Laboratorium Bezpieczeństwa i Inżynierii Materiałów Energetycznych (EMSE Lab)

Bezpieczniejsze materiały wybuchowe, „zielone” paliwa rakietowe i technologie dla górnictwa. Takimi zagadnieniami zajmą się naukowcy Politechniki Wrocławskiej w nowym Laboratorium Bezpieczeństwa i Inżynierii Materiałów Energetycznych.

Projekt „Laboratorium Bezpieczeństwa i Inżynierii Materiałów Energetycznych (EMSE Lab) / Energetic Materials Safety and Engineering Laboratory (EMSE Lab)” otrzymał dofinansowanie w wysokości blisko 2,5 mln zł w ramach II edycji prowadzonego na uczelni programu „Wsparcie zespołów badawczych”.

W utworzenie pracowni będą zaangażowani badacze i badaczki z trzech Wydziałów PWr: Chemicznego, Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii oraz Mechanicznego. Pomysłodawcą projektu jest dr inż. Maciej Kaniewski z Katedry Inżynierii i Technologii Procesów Chemicznych na W3.

Od nawozów po paliwa rakietowe

Pomysł stworzenia laboratorium wyrósł z badań dr. Kaniewskiego nad stabilnością termiczną nawozów na bazie azotanu amonu. O zagrożeniach związanych z tą substancją przypomniała eksplozja w Bejrucie w 2020 r. Skład produktów zawierających azotan amonu musi być projektowany z dużą precyzją, aby ograniczyć ryzyko gwałtownego rozkładu lub wybuchu podczas produkcji, transportu lub składowania.

– Moje dotychczasowe badania pozwoliły wypracować unikalny warsztat w zakresie bezpieczeństwa substancji reaktywnych, a naturalnym rozwinięciem tego tematu jest poszukiwanie nowych zastosowań dla azotanu amonu – mówi dr Kaniewski. – W literaturze ten związek jest wskazywany m.in. jako ekologiczny utleniacz do „zielonych” paliw rakietowych, zastępujący szkodliwe nadchlorany (np. nadchloran amonu), ale może być też wykorzystywany jako łatwy do kontrolowania materiał wybuchowy w górnictwie – dodaje.

Azotan amonu produkują w Polsce m.in. Grupa Azoty i Anwil. Krajowe zaplecze przemysłowe otwiera więc przed zespołem możliwości współpracy z przedsiębiorstwami i wdrażania opracowanych rozwiązań.

– Co więcej, badania nad tego typu rozwiązaniami znakomicie wpisują się w technologie podwójnego zastosowania, czyli dual-use. W obliczu napiętej sytuacji geopolitycznej i planowanego zwiększonego finansowania programów związanych z obronnością, inwestowanie w rodzime technologie staje się kluczowe dla uniezależnienia się od zagranicznych dostawców – tłumaczy dr Kaniewski.

Fot. Politechnika Wrocławska

Bezpieczeństwo pod lupą

Badania w EMSE Lab skupią się na bezpieczeństwie procesów, stabilności termicznej oraz wrażliwości materiałów wysokoenergetycznych na różne bodźce. Naukowcy zajmą się również syntezą nowych związków. Będą sprawdzać, jak badane materiały reagują m.in. na wysoką temperaturę, uderzenia i wyładowania elektrostatyczne.

– Analiza termiczna będzie podstawowym narzędziem pozwalającym śledzić reakcje rozkładu i badać mechanizmy zachodzących procesów na poziomie mikro. Badania w skali laboratoryjnej mogą uprościć i obniżyć koszty w stosunku do drogich testów poligonowych, wymagających dotychczas zlecania prac zewnętrznym instytutom wojskowym – wyjaśnia dr Kaniewski.

Unikalna aparatura

Na wyposażeniu laboratorium znajdzie się m.in. nowoczesny kalorymetr ciśnieniowy. Urządzenie umożliwi prowadzenie badań pod wysokim ciśnieniem i w obecności różnych gazów oraz analizowanie efektów cieplnych gwałtownych reakcji.

Do pracowni planowane jest również zakupienie aparatu do badania wrażliwości materiałów na wyładowania elektrostatyczne, czyli iskrę elektryczną.

– Bardzo niewiele jednostek naukowych na świecie prowadzi tego typu analizy, a jest to kluczowe dla zapobiegania katastrofom. Trzeba bowiem podkreślić, że wiele materiałów uznawanych za stabilne reaguje gwałtownie na minimalne nawet wyładowanie iskrowe, dlatego dokładne określenie tej wrażliwości ma fundamentalne znaczenie dla ich wykorzystywania – zaznacza naukowiec.

REKLAMA

Fot. Politechnika Wrocławska

Kompetencje trzech wydziałów

Nowe laboratorium pozwoli na zacieśnienie współpracy zespołów badawczych z Wydziału Chemicznego, które wcześniej nie realizowały wspólnych projektów naukowych w tym obszarze.

– W skład zespołu wejdzie m.in. grupa pod kierunkiem dr inż. Karoliny Kordek-Khalil i dr inż. Darii Minty specjalizująca się w materiałach węglowych, które mogą znacząco zwiększać potencjał energetyczny kompozytów wysokoenergetycznych i paliw rakietowych. Dołączy do nas również dr inż. Dominik Terefinko, specjalista w dziedzinie technologii zimnej plazmy, której zastosowanie do modyfikacji oraz zmiany energii powierzchni materiałów może poprawiać właściwości końcowe badanych układów – mówi dr Kaniewski.

Planowane jest zaangażowanie specjalistów z Wydziału Geoinżynierii, Górnictwa i Geologii, zajmujących się analizą procesów wybuchowych w środowisku górniczym. W projekt zaangażują się także prof. Krzysztof Jamroziak i dr inż. Dariusz Pyka z Wydziału Mechanicznego. Ich doświadczenie może posłużyć do oceny interakcji materiałów wysokoenergetycznych z materiałami ochronnymi i przeprowadzanie badań balistycznych.

– W ramach Academii Iuvenum, do której należę, będziemy również starali się nawiązać współpracę z dr. inż. Piotrem Gruberem z Wydziału Mechanicznego, zajmującym się technikami przyrostowymi oraz materiałami polimerowymi, które można wykorzystać jako dodatki funkcyjne w stałych paliwach rakietowych – zapowiada kierownik projektu.

Istotnym elementem projektu będzie również rozwój współpracy międzynarodowej. Zaplanowano wizyty badawcze w Yokohama National University w Japonii oraz University of Pardubice w Czechach, obejmujące wymianę doświadczeń i szkolenia, a także współpracę z zagranicznymi ekspertami przy tworzeniu laboratorium i rozwijaniu nowych kierunków badawczych.

Kadry dla strategicznych sektorów

Z aparatury EMSE Lab będą korzystać również doktoranci i studenci przygotowujący prace dyplomowe. Laboratorium pozwoli im zdobywać praktyczne doświadczenie w bezpiecznej pracy z materiałami wysokoenergetycznymi.

– Dzięki możliwości bezpiecznego, praktycznego kontaktu z rzeczywistymi układami wysokoenergetycznymi, będziemy mogli wykształcić specjalistów, którzy zasilą rynek gospodarczy w sektorach paliwowym i zbrojeniowym lub będą kontynuować karierę akademicką i rozwijać tę rzadką dyscyplinę naukową – podkreśla dr Kaniewski.

Laboratorium ma rozpocząć działalność w ciągu 18 miesięcy. Wcześniej pomieszczenia w budynku H-6 przejdą remont, przeprowadzone zostaną przetargi na zakup aparatury, a członkowie zespołu wezmą udział w specjalistycznych szkoleniach.

– Powstanie pracowni stworzy unikalne możliwości rozwoju w obszarze naukowym, gospodarczym oraz dydaktycznym. W wymiarze naukowym pozwoli nam to na ubieganie się o granty krajowe i z programów unijnych – zapowiada dr Kaniewski. – Będziemy mogli również realizować zlecenia bezpośrednio od przemysłu chemicznego i zbrojeniowego, a także szkolić specjalistów w tym zakresie, uruchamiając w przyszłości choćby nowe kierunki studiów podyplomowych – dodaje.

Równolegle Politechnika Wrocławska prowadzi procedurę uzyskania koncesji na działalność obejmującą wytwarzanie i obrót materiałami wybuchowymi, w zakresie niezbędnym do planowanej działalności badawczej i usługowej. Prace objęte obowiązkiem koncesyjnym będą prowadzone dopiero po uzyskaniu wymaganych uprawnień.