Błyszczące krany w łazience, chromowane listwy wokół szyb samochodu czy znaczki na masce... Dokoła nas nie brakuje pokrytych chromem i niklem przedmiotów. Okazuje się jednak, że pewne efekty można uzyskiwać taniej lub w sposób bardziej przyjazny dla zdrowia i środowiska.

Technikę wytwarzania nowych stopów metali oraz pokrywania elementów mikroskopijną warstwą ochronną i dekoracyjną opracowano na Wydziale Chemii Uniwersytetu Warszawskiego. Prace prowadził m.in. dr Paweł Bącal. Naukowiec jest jednym z założycieli spinn-off Inelco. Firma powstała, aby komercjalizować wyniki prac badawczych i rozwijać je w produkty rynkowe.

ZASTĘPSTWO DLA SZKODLIWYCH LUB DROGICH MATERIAŁÓW

Powłoki galwaniczne pokrywają armaturę łazienkową, znajdują się na śrubach, chronią elementy dekoracyjne w motoryzacji. Popularnie nazywane są "chromami". Chrom na elementach samochodu to powłoka mikroskopijnej grubości, która nadaje lustrzany efekt blasku. Tworzy trwałą warstwę zabezpieczającą.

Założyciele spinn-off Uniwersytetu Warszawskiego opracowali oryginalne stopy niklu, miedzi i wolframu. Mają one zastąpić inne materiały stosowane jako powłoki dekoracyjne lub antykorozyjne. Nowe powłoki mają być tańsze, ale w podobny sposób będą chroniły przed korozją krany, złącza, dekorowały meble i elementy samochodów czy motocykli.

Naukowcy potrafią też uzyskać efekt chromowanej powierzchni bez użycia chromu. Zamiast niego stosują inny, własny materiał. To ważne, ponieważ chrom został uznany przez Unię Europejską za substancję niebezpieczną. Nawet niewielkie ilości niektórych z jego związków mogą być szkodliwe dla człowieka, a szczególnie narażeni są pracownicy zakładów galwanicznych. Na razie jednak nie ma go czym zastąpić, dlatego producenci nadal mogą go wykorzystywać, lecz wymaga to uzyskania specjalnego zezwolenia albo konieczne jest jego wytwarzanie poza UE.

"Dysponujemy podobnymi do chromu materiałami, które nie ustępują mu twardością, mają podobną barwę, mogą dawać połysk jak lustro, a ich wytwarzanie jest znacznie bardziej ekologiczne – nie tylko ze względu na to, że nie wykorzystuje się szkodliwych odczynników i nie używa chromu, ale że w ich produkcji zużywa się mniej wody i energii elektrycznej" – mówi dr Paweł Bącal.

Naukowcy z UW udowadniają, że szkodliwy chrom można wyeliminować, a powłoka i tak będzie zdobiła metalowe produkty. Nowe stopy pokryją elementy dekoracyjne o dowolnym kształcie, wykonane z różnych metali.

Teraz - dzięki założeniu uniwersyteckiej spółki typu spin-off, badacze będą mogli oferować nowe powłoki producentom armatury, złączy, mebli lub motoryzacyjnych elementów dekoracyjnych. Chcą też przyjmować zlecenia z przemysłu i poszukiwać nowych stopów metali oraz materiałów o określonych właściwościach fizycznych.

Zamiennik chromu to niejedyna oferta spółki. Już w ramach spółki, dr Bącal pracuje nad stopami metali, które będzie można wykorzystać w produkcji znacznie tańszych ogniw paliwowych. Obecnie w konstruowaniu ogniw wykorzystywane są metale szlachetne, co znacznie ogranicza ich masową produkcję.

Dr Bącal przekonuje, że ogniwa paliwowe można produkować taniej - z użyciem proponowanych przez niego stopów metali. To pozwoli wykorzystać je na przykład jako napęd do samochodów przyszłości, które nie wydzielają spalin.

"Wszyscy chcieliby mieć samochód, z którego rury wydechowej będzie wyciekać wyłącznie woda. Nam jednak chodzi również o to, by do wyprodukowania napędu dla takiego pojazdu nie trzeba było wykorzystywać drogich materiałów" - tłumaczy inżynier.

Te drogie materiały to metale szlachetne, których zasoby są ograniczone. Naukowiec proponuje w zamian powszechnie dostępne i tanie związki wolframu. Przyznaje, że opracowany przez niego materiał nie zapewnia takiej wydajności wydzielania wodoru, jak w przypadku ogniw wykorzystujących metale szlachetne, za to jest wielokrotnie tańszy i bardziej ekologiczny w produkcji.

Inelco opracowało też zamiennik niklu, na który wielu ludzi jest uczulonych. Nowy stop powstały z połączenia niklu z miedzią i wolframem sprawia, że przedmioty z niego wykonane, nie dają odczynu alergicznego.

"Stop zachowuje się zupełnie inaczej, niż każdy pierwiastek w formie czystej. Każdy z pierwiastków wnosi coś do nowego materiału, ale ostateczne jego właściwości nie stanowią prostej ich sumy. Otrzymujemy bardzo ciekawe połączenia, np. nikiel, miedź i wolfram dają błyszczący, odporny na korozję metal, który według naszych wstępnych badań nie uczula ludzi mających alergię na czysty nikiel" – tłumaczy dr Paweł Bącal.

Założyciele spin-offu podkreślają, że nowe materiały można tworzyć w nieskończoność. Choć są one do siebie podobne, a ich skład lub metoda wytwarzania różni się nieznacznie - mogą mieć odmienne właściwości. Jeden z nich może mieć właściwości magnetyczne, inne mogą różnić się połyskiem czy kolorem. Niektóre materiały "trzymają się" jednych lepiej a innych gorzej.

Dr Bącal wskazuje, że bardzo trudno osadzić warstwę miedzi na stali - tak, aby dobrze przylegała. Jeśli chce się połączyć te metale, należy między nimi osadzić warstwę innego metalu, np. niklu. Wieloletnie badania pozwoliły założycielom Inelco na opracowanie technik, w których taka warstwa pośrednia może tworzyć się sama.

"Potrafimy wytwarzać materiały +samopodkładające+. Oznacza to, że materiał samodzielnie wytwarza warstwę, która niejako +skleja+ go z innym materiałem (...) Udało się opracować technologię osiągnięcia tego w jednym roztworze. I znowu mamy oszczędności – wody, detergentów i pracy ludzkiej, ponieważ cały proces jest zautomatyzowany" – mówi dr Paweł Bącal.

Opracowane przez naukowców z UW metody wytwarzania powłok nie wymagają toksycznych odczynników, więc nie generują toksycznych odpadów. Technologia opracowana przez założycieli Inelco pozwoliła zmniejszyć liczbę etapów, w których powstają stopy metali. To oznacza mniej czynności związanych z myciem i czyszczeniem sprzętu używanego w produkcji powłok dekoracyjnych i ochronnych na stal.

OD POMYŁKI DO PRZEŁOMU I BIZNESU

Historia Inelco zaczęła się od drobnej pomyłki młodego naukowca – wtedy studenta, dopiero zaczynającego swoją pracę w laboratorium. Złe ustawienie jednego z przełączników doprowadziło do odkrycia.

"W trakcie badań zorientowałem się, że źle ustawiłem urządzenie. Wynik eksperymentu okazał się inny, niż oczekiwałem, nie pasował do uznanych teorii. Ten eksperyment skłonił mnie do dalszych badań - choć inni chemicy mówili, że wynik jest nieprawidłowy i na pewno sprzeczny z literaturą. Przez lata uważano bowiem, że elektrochemicznie da się wytworzyć tylko trzy dwuskładnikowe stopy wolframu. Okazało się, że odkryłem coś, co po latach badań pozwoliło wytworzyć elektrochemicznie czwarty, a zarazem najbardziej nietypowy, dwuskładnikowy stop wolframu" – wspomina dr Paweł Bącal.

W owym czasie świat naukowy był przekonany, że wolframu nie można współosadzić z roztworów wodnych inaczej, niż tylko w obecności niklu, żelaza lub kobaltu. Tymczasem wynik eksperymentu sugerował, że jest to możliwe także w obecności miedzi. Gdy dr Paweł Bącal był już pewien, że nie popełnił błędu, opublikował pracę, która zmieniła przekonania chemików o dwuskładnikowych stopach wolframu. Nieco później naukowcy amerykańscy udowodnili, że podobne rezultaty można osiągnąć ze srebrem.

"Odkrycia te otworzyły ogromne, niezbadane wcześniej możliwości. Okazało się, że dzięki tak prostej metodzie, jak elektroosadzanie (prosta metoda pokrywania jednego metalu drugim), można wytworzyć wiele nieodkrytych stopów wolframu o właściwościach trudnych do wyobrażenia. Większość z nowych materiałów do niczego się nie przyda, ale niektóre mogą okazać się przełomowe w jakiejś dziedzinie" – wyjaśnia dr Paweł Bącal.

PAP - Nauka w Polsce

kol/ zan/