Modelowy transfer technologii
W Grupie Azoty trwają prace nad pozyskiwaniem ɛ-kaprolaktonu na skalę przemysłową. Ten związek organiczny jest niezwykle cennym surowcem szeroko wykorzystywanym w przemyśle chemicznym. Dotychczas nie był on produkowany na polskim rynku. Teraz, dzięki innowacyjnej technologii opracowanej w Politechnice Śląskiej, będzie to możliwe. Technologia jest niskoodpadowa, energooszczędna i wpisuje się w zasady gospodarki obiegu zamkniętego.
Szczęśliwy traf
Wszystko zaczęło się od badań do habilitacji. Anna Chrobok, młoda doktor chemii zafascynowana aplikacją wyników naukowych do przemysłu, pracowała między innymi nad reakcją, w której pozyskuje się organiczne związki chemiczne jakimi są laktony, w tym jeden z najbardziej cenionych i wykorzystywanych przez przemysł chemiczny laktonów, ɛ-kaprolakton. Znaczenie tego związku dla współczesnego przemysłu chemicznego jest ogromne.
E-kaprolakton to monomer stanowiący surowiec do wytwarzania wysokomarżowego produktu w postaci biodegradowalnego polikaprolaktonu do zastosowań medycznych, takich jak powłoki w kapsułkach leków z kontrolowanym, stopniowym uwalnianiem substancji czynnej w organizmie, bioresorbowalne nici chirurgiczne, degradowalne implanty, czy „rusztowania” dla tkanek. Dodatkowo polikaprolakton wykorzystywany jest do poprawy elastyczności tworzyw sztucznych oraz ma wpływ na ich biodegradowalność. W połączeniu ze skrobią związek ten tworzy produkt, służący do wytwarzania jednorazowych talerzy czy kubków, które można utylizować przez kompostowanie, a ma to kolosalne znaczenie dla ochrony środowiska naturalnego.
W dalszych badaniach prof. Anna Chrobok nie porzuciła zainteresowania laktonami i zdążyła opracować kilka metod wytwarzania tych związków organicznych, lecz poziom ich gotowości technologicznej był niski i wynosił zaledwie TRL 3. Dalszy rozwój badań naukowych zależał od zainteresowania przemysłu finansowaniem prac. Pomógł przypadek, a może raczej zbieg okoliczności wynikający z konsekwentnie rozwijanych zainteresowań naukowych. Nadarzyła się bowiem okazja do realizacji wspólnego doktoratu z gliwickim „Fluorem”. Okazało się, że temat, który zaproponowała profesor Chrobok, miał duży potencjał wdrożeniowy. Chodziło o chemo-enzymatyczną metodę otrzymywania ɛ-kaprolaktonu. Pomysł okazał się być strzałem w dziesiątkę, bo Fluor nie tylko sfinansował stypendium dla doktorantki, ale w 2015 r. zdecydował się przedstawić temat doktoratu na Kongresie Chemia Polska. Prezentację obejrzał ówczesny dyrektor Pionu Technologii i Rozwoju Grupy Azoty S.A. Zakłady Azotowe „Puławy”. Okazało się, że firma dywersyfikowała wówczas produkty i poszukiwała nowych zastosowań dla cykloheksnonu – surowca wykorzystywanego do otrzymywania właśnie ɛ-kaprolaktonu.
Dziś, po latach, prof. Anna Chrobok tak komentuje tamte wydarzenia: „Znalazłam się w odpowiednim czasie i w odpowiednim miejscu z opracowaną metodą (bo jeszcze nie technologią) produkcji”. Po kongresie sprawy potoczyły się błyskawicznie.
Od pomysłu do przemysłu
W 2016 roku prof. Anna Chrobok nawiązała formalną współpracę z Grupą Azoty Zakłady Azotowe „Puławy” S.A. Jej celem było zwiększenie potencjału wdrożeniowego, opracowanego przez zespół prof. Chrobok rozwiązania, zawartego w zgłoszeniu patentowym (obecnie patent PL 233370; ZDI/2017/073). Po zrealizowaniu umowy naukowo-badawczej i osiągnięciu obiecujących wyników przez zespół pod kierownictwem prof. Anny Chrobok, firma zdecydowała się na dalsze inwestycje. Utworzono konsorcjum składające się z Grupy Azoty Zakłady Azotowe „Puławy” S.A., Politechniki Śląskiej oraz Sieci Badawczej Łukasiewicz – Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej „Blachownia”. Konsorcjum wystartowało w konkursie NCBiR INNOCHEM i pozyskało finasowanie na kolejne projekty (POIR.01.02.00-00-0042/16). Opracowano 5 patentów dotyczących szczegółowych rozwiązań procesowych. Finalnie powstał projekt instalacji produkcji ɛ-kaprolaktonu, który dla Grupy Azoty Zakłady Azotowe „Puławy” wykonał Losentech S.A. Prof. Anna Chrobok współpracowała z firmą na każdym etapie realizacji instalacji. To szklana instalacja składająca się z kilku aparatów procesowych, w tym trzech 100 L reaktorów oraz około sześciometrowej kolumny destylacyjnej, układu dozowania surowców oraz układu odbioru produktów. Instalacja zaopatrzona jest także w układy wspomagające proces wytwarzania ɛ-kaprolaktonu.
Przymiarka do produkcji
W 2022 r. instalację uruchomiono w skali półtechnicznej. Obecnie trwają prace nad pozyskiwaniem ɛ-kaprolaktonu na skalę przemysłową. Grupa Azoty pracuje nad wdrożeniem opracowanej technologii do własnej działalności operacyjnej oraz uciągleniem procesu i budową instalacji produkcyjnej o wydajności 5 000 t/rok. Opracowana technologia jest niskoodpadowa, energooszczędna i związana z zasadą gospodarki obiegu zamkniętego. Zrównoważona technologia produkcji wpisuje się w 12 cel zrównoważonego rozwoju ONZ: Odpowiedzialna konsumpcja i produkcja.
Z perspektywy czasu prof. Anna Chrobok ocenia, że ta współpraca to niemal wzorcowy przykład współdziałania między podmiotami z sektora B&R oraz udany model transferu technologii do przemysłu.
Trudności dają siłę
Jednak mimo znakomitej współpracy, realizacja tego projektu nie była wolna od trudności. Kiedy ceny jednego z kluczowych składników katalizatora do wytwarzania ɛ-kaprolaktonu gwałtownie skoczyły, wtedy pod znakiem zapytania stanęła rentowność przemysłowego wytwarzania związku. Nie obyło się bez nerwów i nieprzespanych nocy, bo znalezienie kolejnego innowacyjnego rozwiązania i uzyskanie patentu na nowy pomysł było ogromnym wyzwaniem, biorąc pod uwagę chronione patentami dostępne już na rynku rozwiązania. Dla Grupy Azoty ważne było posiadanie praw do własnej technologii, a nie nabycie licencji na produkcję związku. Na szczęście, jak dziś wspomina prof. Anna Chrobok, udało się znaleźć rozwiązanie i to w szybkim czasie. Na takie sytuacje naukowiec musi być przygotowany, dodaje profesor. W trakcie prac wdrożeniowych napotyka się bowiem różnorodne trudności, które mogą narastać wraz z rozwojem projektu. Wiele z nich dotyczy cen surowców i wynika ze zmiennej sytuacji na rynku. Trzeba bowiem wziąć pod uwagę ostateczną cenę produktu, która ma ogromne znaczenie dla opłacalności inwestycji. Dlatego niezwykle ważne są analizy ekonomiczne przeprowadzane na każdym etapie realizacji, dodaje.
Transfer idei
Współpraca z Grupą Azoty to dla prof. Anny Chrobok idealny przykład ścieżki kariery zawodowej naukowca. Odkąd pamięta, zawsze chciała łączyć pracę badawczą z pracą dla przemysłu. „To niesamowite przeżycie uczestniczyć w rozruchu instalacji, będąc jako chemik technolog odpowiedzialną za realizację własnego pomysłu” przyznaje patrząc na uruchomioną w zakładach azotowych instalację. Dlaczego zajęła się tematem produkcji laktonów? Od początku swojej kariery naukowej dużo wyjeżdżała; na staże, konferencje naukowe, stypendia. Jest przekonana, że kontakty, zwłaszcza międzynarodowe pomagają w rozwoju, zarówno zawodowym jak i osobistym. Człowiek poszerza perspektywę, uczy się i doświadcza możliwości, których wcześniej sobie nie uświadamiał. Z tematyką laktonów głębiej zetknęła się właśnie na międzynarodowych konferencjach naukowych, na których prezentowano najświeższe wyniki prac badawczych nad tymi związkami. Inspiracją były też rozmowy z przedstawicielami światowych potentatów w przemyśle chemicznym, Merck czy BASF. Dały one wiedzę o trendach i potrzebach nowoczesnego przemysłu. Pozwoliły skonfrontować cele i aspiracje naukowe z rzeczywistością, a to bezcenna wiedza. Prof. Anna Chrobok wie, że bez współpracy, także na gruncie uczelnianym, nie da się osiągnąć satysfakcjonujących efektów. Dlatego bardzo dba o młodych badaczy. Stworzyła silną, wspierającą się grupę badawczą. „Mój zespół bardzo mnie inspiruje, młodzi ludzie są twórczy, nie widzą przeszkód i barier, dlatego często mają odważne pomysły” – dodaje szefowa uczelnianego Kolegium Studiów Politechniki Śląskiej. To kolejna rola, w której się spełnia.
Pochwała wytrwałości
Pytana o receptę na sukces udanej aplikacji rozwiązań naukowych do przemysłu, prof. Anna Chrobok bez wahania stwierdza, że wprowadzenie nowej technologii do produkcji przemysłowej nie jest łatwe i jest obarczone dużym ryzykiem. Przejście od pomysłu do przemysłu wymaga bowiem wysoce innowacyjnego rozwiązania i ugruntowanej wiedzy eksperckiej oraz dużego samozaparcia, pracowitości oraz odporności na przeciwności – dodaje.
Sukces nie zawsze jest usłany samymi zwycięstwami. Czasem na tej drodze nie brakuje porażek i zwątpień, którymi nie wolno się zrażać, chcąc osiągnąć założone rezultaty – podsumowuje, pytana o trudne momenty w realizacji projektu.
Czołowymi producentami ɛ-kaprolaktonu na świecie są firmy BASF oraz Ingevity. Na polskim rynku produkt nie był dotychczas wytwarzany, dlatego technologia opracowana przez prof. Annę Chrobok z Katedry Technologii Chemicznej Organicznej i Petrochemii Wydziału Chemicznego Politechniki Śląskiej ma przełomowe znaczenie dla polskiego przemysłu chemicznego. Pozwoli skutecznie konkurować na międzynarodowym rynku produkcji chemikaliów. Za swoje innowacyjne rozwiązanie prof. Anna Chrobok otrzymała tytuł Lidera Innowacyjności Politechniki Śląskiej.
tekst: Iwona Flanczewska-Rogalska
zdjęcia: Maciej Mutwil, Grupa Azoty S.A. Zakłady Azotowe Puławy, arch. prywatne prof. Anny Chrobok
Tekst pochodzi z Biuletynu 9 (357) 2023
