Drugie życie polskiego diatomitu. Nasze innowacje pomogły kopalni z Podkarpacia i zmieniły ją w dochodowy biznes
Polski diatomit wraca do rynkowej gry dzięki innowacjom z Politechniki Krakowskiej! Poszukiwany w świecie naturalny surowiec o szerokiej palecie zastosowań – w ochronie środowiska, ekologicznym rolnictwie i budownictwie, sektorze bezpieczeństwa i przemyśle – jest wydobywany w Polsce, ale nawet na krajowym rynku rodzime produkty przegrywały dotąd konkurencję z importowanymi. Dzięki innowacjom, opracowanym przez naukowców z Krakowa, jedyna w kraju kopalnia diatomitu w Jaworniku Ruskim na Podkarpaciu zyskała nowe życie i skutecznie odzyskuje rynek. Konkurencyjność kopalni zwiększają oparte na politechnicznych wynalazkach unowocześnione linie produkcyjne i nowatorskie produkty – sorbenty i dodatki diatomitowe do farb, lakierów oraz materiałów dla rolnictwa.
– Zyskaliśmy masę nowych klientów, także z branż, z którymi dotąd w ogólne nie współpracowaliśmy. Nasze portfolio wzbogaciło się też o nowe usługi. W ciągu 2 lat przychody przedsiębiorstwa wzrosły o ponad 60 procent – podsumowuje współpracę z krakowskimi naukowcami Krzysztof Smoroń, prezes zarządzającego kopalnią Specjalistycznego Przedsiębiorstwa Górniczego Górtech sp. z o.o.
Naukowe innowacje dla polskiej konkurencyjności
Diatomit jest jednym z ciekawszych materiałów naturalnych, wykorzystywanych w przemyśle. To zwięzła skała osadowa, której głównym składnikiem są szkieleciki okrzemek, zbudowane z bezpostaciowej krzemionki – opalu. Diatomity znajdują szerokie zastosowanie jako materiały filtracyjne, sorbenty o wysokich właściwościach chłonnych, nośniki środków ochrony roślin i katalizatorów, materiały termoizolacyjne i polerskie. Na polskim rynku używane są w procesach filtracji i oczyszczania w przemyśle chemicznym i spożywczym (np. filtracja piwa), a także w produkcji materiałów izolacyjnych i dźwiękochłonnych.
Granulat diatomitowy często wykorzystuje się też jako sorbent, pochłaniający substancje niebezpieczne dla środowiska i ludzi (np. ropopochodne) przy awaryjnych wyciekach olejów, paliw, chemikaliów, farb – na drogach, stacjach benzynowych, pasach startowych lotnisk, fabrykach, warsztatach, w przypadku powstawania rozlewisk na wodzie itp. Jest też stosowany w rolnictwie – jako nośnik pestycydów czy ściółka dla zwierząt domowych.
– Choć mamy w kraju kopalnię diatomitu to surowce diatomitowe, powszechnie wykorzystywane na naszym rynku, w większości pochodziły z importu – z USA, Danii, Niemiec, a nawet Meksyku. Pomimo 40-letniego doświadczenia oraz rosnącego zainteresowania diatomitem ze strony wielu gałęzi przemysłu, przez lata zakład z Podkarpacia w nie był w stanie w pełni sprostać wymaganiom rynku, w szczególności w zakresie zaawansowanych technologii mielenia, kalcynacji oraz odpowiedniej obróbki surowca do zastosowań jako sorbenty i wypełniacze funkcjonalne. Sytuacja zmienia się na skutek wspólnych działań i badań z naszym udziałem – mówi dr hab. inż. Michał Łach, profesor Politechniki Krakowskiej, specjalizujący się w innowacyjnych rozwiązaniach materiałowych. To właśnie prace jego zespołu przyczyniły się do rynkowego zwrotu – polska kopalnia diatomitu z Jawornika ma szansę podjąć konkurencyjną walkę z zagranicznymi producentami surowca.
Kluczową rolę miał w tym wspólny projekt Politechniki i Górtechu (pt. „Opracowanie i demonstracja technologii wytwarzania wysoko efektywnych sorbentów na bazie diatomitu oraz wypełniaczy diatomitowych”), realizowany ze środków europejskich. Objął 2-letnie prace badawcze, a po nich fazę wdrożeniową – przygotowanie efektów prac badawczych do wdrożenia przemysłowego i transfer wiedzy naukowej do działalności gospodarczej.
Diatomit w nowych produktach – sorbent oraz dodatki dla rynku lakierniczego i budowlanego
Badania naukowców PK nad innowacyjnym zastosowaniem diatomitu, realizowane były z wykorzystaniem zaawansowanej infrastruktury Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej. Objęły m.in. mikroskopię SEM/EDS, analizę składu fazowego (XRD), porozymetrię rtęciową, analizę powierzchni właściwej BET, badania termiczne (TG/DSC), badania wytrzymałościowe oraz zaawansowane metody charakteryzacji struktury i właściwości materiałów.
– Dzięki naszym pracom badawczo-rozwojowym kopalnia mogła wdrożyć nową koncepcję technologii produkcji zaawansowanych wyrobów diatomitowych, zoptymalizować procesy kalcynacji i przetwarzania diatomitu. Opracowaliśmy też trzy nowe produkty, które Górtech włączył do swojej oferty – mówi prof. PK Michał Łach.
Pierwszy, najszybciej zdobywający polski rynek, to wysokoefektywny sorbent do pochłaniania substancji ropopochodnych. Stosuje się go do usuwania wycieków i zanieczyszczeń olejowych z gleb, wód oraz powierzchni, w tym drogowych i przemysłowych. – Charakteryzuje się chłonnością przekraczającą 100 procent masy sorbentu, trwale wiąże pochłonięte substancje, bez ich wtórnego uwalniania. Ma wysoką porowatość i dużą powierzchnię właściwą, co przekłada się na wysoką efektywność sorpcji substancji ropopochodnych. Jego wysoka skuteczność została potwierdzona badaniami laboratoryjnymi i testami aplikacyjnymi – opisuje prof. Łach.
Sorbent znajduje zastosowanie m.in. w: działaniach interwencyjnych w razie awarii, wycieków, w ochronie środowiska, w przemyśle chemicznym i petrochemicznym, w gospodarce komunalnej. W Polsce z produktu spółki Górtech korzystają m.in. stacje benzynowe, Orlen, PKP PLK, KGHM, Autostrada Mazowiecka i wiele innych.
Wiele zastosowań może znaleźć druga z innowacji opracowana we współpracy naukowców PK i specjalistów Górtechu. Wielofunkcyjny dodatek do farb, lakierów i dla rolnictwa jest oparty na kalcynowanym diatomicie. – Zwiększa odporność korozyjną i odporność na ścieranie powłok, zwiększa trwałość i stabilność farb i lakierów. Może być też stosowany jako nieorganiczny ulepszacz gleby, poprawia strukturę podłoża i retencję wody – wyjaśnia dr hab. Michał Łach. Produkt znalazł zastosowanie w przemyśle farbiarskim i lakierniczym, a także rolnictwie i ogrodnictwie (w formie produktu handlowego DIATO Garden oraz diato powder) oraz ochronie biologicznej materiałów.
Ciekawym nowym produktem opracowanym w projekcie jest dodatek diatomitowy do materiałów geopolimerowych i materiałów budowlanych. Może znaleźć zastosowanie w materiałach niskoemisyjnych i ekologicznych dla zrównoważonego budownictwa oraz nowoczesnej chemii budowlanej. Zwiększa on trwałość i odporność eksploatacyjną oraz wytrzymałość materiału na ściskanie. Dzięki diatomitowemu dodatkowi materiał zyskuje też udoskonaloną mikrostrukturę i jednorodność.
Tańsza i bardziej przyjazna dla środowiska produkcja
Istotnym elementem współpracy Politechniki z kopalnią w Jaworniku Ruskim było obniżenie finansowych i środowiskowych kosztów jej działania. Służyło temu m.in. opracowanie koncepcji pilotażowej instalacji kalcynacyjnej z systemem odzysku ciepła. – To dobry przykład jak nauka może wspierać biznes wydobywczy. Podważamy nim stereotypowe myślenie o kopalni jako miejscu rzadko kojarzonym z ochroną środowiska i niskimi kosztami eksploatacji – podkreśla dr hab. inż. Janusz Mikuła, prof. PK, dziekan Wydziału Inżynierii Materiałowej i Fizyki Politechniki Krakowskiej.
Prezes Górtechu Krzysztof Smoroń podkreśla: – Nasza instalacja nie tylko obniża koszty operacyjne i zwiększa efektywność procesu produkcyjnego, ale też przyczynia się do redukcji zużycia energii i poprawy śladu środowiskowego technologii. Rozwiązanie jest cennym krokiem w kierunku energooszczędnych i niskoemisyjnych technologii przetwarzania surowców mineralnych.
Wdrożenie innowacyjnych technologii do kopalnianej praktyki było możliwe także dzięki, finansowanym w ramach projektu, znaczącym inwestycjom infrastrukturalnym w nowe urządzenia m.in. granulatory, przesiewacze, urządzenia do obróbki surowca aż po budowę nowej hali produkcyjnej.
– Dzięki współpracy z Politechniką Krakowską nasza spółka pozyskała całkowicie nowe możliwości produkcyjne, ulepszając proces homogenizacji, granulacji oraz kalcynacji diatomitu – mówi prezes Krzysztof Smoroń. – Mogliśmy dzięki temu wprowadzić na rynek nowe produkty, wytwarzane u nas zakładzie. Udało się także opracować nowe zastosowania dla dotychczas produkowanych przez nas materiałów, dzięki czemu pozyskaliśmy masę nowych klientów z branż, do których wcześniej nie sprzedawaliśmy naszych produktów. Przychód spółki w roku 2025 w stosunku do roku 2023 wzrósł aż o 65% – wylicza szef Górtechu. Jak dodaje, firma dodała też do swojego portfolio nowe usługi (takie jak granulacja, homogenizacja, kalcynacja) i regularnie zyskuje na nie klientów.
Materiały budowlane z odpadów – nowy kierunek wspólnych działań
We współpracy z Politechniką Górtech włączył się też w prace nad kolejnymi innowacjami – uczestniczył w międzynarodowych badaniach nad opracowaniem nowych, wzmocnionych włóknami, ekologicznych kompozytów geopolimerowych z dodatkiem diatomitu dla budownictwa i branży materiałów budowalnych. Nad rozwiązaniem pracowało międzynarodowe konsorcjum naukowców i przedsiębiorców z Polski, Norwegii, Rumunii i Czech w ramach projektu GEOSUMAT (finansowanego z programu M-ERA.NET).
– Celem tego projektu było opracowanie innowacyjnych kompozytów geopolimerowych, tworzonych na bazie lokalnie dostępnych materiałów odpadowych, takich jak popioły lotne, łupki węglowe, diatomit, żużle hutnicze, a także ich połączenie ze zbrojeniami hybrydowymi z recyklingu: m.in. z paneli fotowoltaicznych, włókien bazaltowych i frakcji RDF – wyjaśnia prof. Michał Łach, który kierował projektem.
Kluczowym założeniem w pracach było zastąpienie tradycyjnych spoiw cementowych bardziej zrównoważonymi alternatywami, pozwalającymi na redukcję emisji CO₂ i wykorzystanie trudnych do zagospodarowania strumieni odpadowych. I takie alternatywy naukowcy zidentyfikowali i przebadali. Wskazali ponad 10 rodzajów odpadów przemysłowych, które można – zgodnie z zasadami gospodarki cyrkularnej – wykorzystać jako surowiec do kolejnego cyklu produkcji. Dokonali ich szczegółowej charakterystyki chemicznej, mineralogicznej, strukturalnej i termicznej, a także kwalifikacji jako potencjalnych prekursorów, wypełniaczy lub zbrojenia w kompozytach geopolimerowych. W wyniku tych prac powstały nowe kompozyty geopolimerowe na bazie surowców odpadowych z wykorzystaniem różnego rodzaju zbrojeń (również pochodzenia odpadowego), wykazujące korzystne właściwości użytkowe. Zostały wykorzystane do prototypowego wdrożenia w postaci okładzin ściennych do zastosowań wewnątrz budynków.
Współpraca naukowców Politechniki Krakowskiej z kopalnią diatomitu w Jaworniku Ruskim trwa (w ramach kolejnych projektów badawczo-rozwojowych). Pokazuje, że dzięki innowacjom i transferowi wiedzy możliwe jest skuteczne przywracanie konkurencyjności krajowych surowców oraz modernizacja tradycyjnego przemysłu wydobywczego. Opracowane wspólnie technologie i nowe produkty mogą nie tylko zwiększać przychody firm i otwierać je na nowe rynki, ale także poprawić efektywność energetyczną i środowiskową produkcji. – Doświadczenia z Jawornika mogą być inspiracją dla całego polskiego sektora górniczego, który poszukuje dziś realnych i zrównoważonych ścieżek transformacji. Mamy konkretne propozycje rozwiązań w tym zakresie, którymi interesują się już polskie spółki węglowe – zapowiada prof. Michał Łach.
Prace nad innowacyjnym wykorzystaniem polskiego diatomitu realizowane były w ramach projektów:
1. „Opracowanie i demonstracja technologii wytwarzania wysoko efektywnych sorbentów na bazie diatomitu oraz wypełniaczy diatomitowych” (POIR.04.01.04-00-0032/20-00).
Realizacja: Politechnika Krakowska, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki oraz Specjalistyczne Przedsiębiorstwo Górnicze Górtech sp. z o.o. Wartość projektu – 7 809 250 zł (udział PK 2 369 875 zł).
2. Międzynarodowy projekt M-ERA.NET 3/2021/70/GEOSUMAT/2022 "Materials for circular economy - industrial waste based geopolymers composites with hybrid reinforcement”
Realizacja: UIT - Norweski Uniwersytet Arktyczny (lider), Politechnika Krakowska (Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki, Wydział Inżynierii Lądowej), firma Gerosion (Islandia), Specjalistyczne Przedsiębiorstwo Górnicze Górtech sp. z o.o (Polska), Uniwersytet Babeș-Bolyai (Rumunia), Politechnika Czeska w Pradze, firmaq CHEMSTR - ŠAFAŘÍK, ReforceTech AS. Wartość projektu – 1 611 732 EUR (udział PK i Górtechu – 230 000 EUR).
Obecnie nadal trwają prace związane z wykorzystaniem diatomitu w ramach projektów:
1. Międzynarodowy projekt M-ERA.NET3/2023/67/CleanLake/2024 „Development of water treatment systems that counteract the eutrophication process of lakes based on zeolites obtained from industrial by-products”. Realizacja: Politechnika Krakowska (lider, kierownik prof. Kinga Korniejenko), Uniwersytet Adama Mickiewicza w Poznaniu, PROTE Technologie dla Środowiska Sp. z o.o. ; Technische Universität Bergakademie Freiberg, Vilnius Gediminas Technical University. Wartość projektu – 677 000 EUR.
2. „Badania funkcjonalnych lekkich struktur porowatych na bazie glinokrzemianów aktywowanych alkalicznie - PN/01/0067/2022 (projekt finansowany przez MNiSW w ramach konkursu „Perły Nauki”). Realizacja: Politechnika Krakowska (kierownik: Agnieszka Przybek, opiekun naukowy: dr hab. inż. Michał Łach, Prof. PK). Wartość projektu – 239 970 PLN.
{fastsocialshare}
