Doktorantka Karolina Sobieraj: – Szkoła Doktorska UPWr była mi przeznaczona

– Lubię myśleć o rozpoczęciu nauki na naszym uniwersytecie jako o pewnego rodzaju przeznaczeniu. Podczas rekrutacji na studia inżynierskie, jadąc do Wrocławia ze swojej rodzinnej miejscowości, miałam przygotowane dwa komplety dokumentów – na kierunek odnawialne źródła energii i gospodarka odpadami na UPWr oraz na inny, związany z naukami humanistycznymi. To podczas tej podróży zdecydowałam, że podejmę studia na pierwszym z nich, a to początkowe niezdecydowanie przerodziło się w moje dzisiejsze zamiłowanie do nauki.

Temat rozprawy doktorskiej Karoliny to „Biological production of carbon monoxide from biowaste”. Realizuje go w ramach programu POWER 3.5 UPWr 2.0 -  międzynarodowy i interdyscyplinarny program rozwoju Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, pod kierownictwem dwóch promotorów – prof. Andrzeja Białowca z Katedry Biogospodarki Stosowanej UPWr i prof. Jacka Koziela z Iowa State University w Stanach Zjednoczonych. – Moja współpraca z prof. Białowcem rozpoczęła się jeszcze podczas studiów I stopnia. Już wtedy opublikowaliśmy pierwszy wspólny artykuł naukowy, a dalsze działania rozwinęły się w szybkim tempie – opowiada Karolina Sobieraj, podkreślając, że od samego początku był dla niej wielkim wsparciem w świecie naukowym, a jako promotor i mentor motywował ją, żeby otwierała się na nowe wyzwania, takie jak współpraca z przemysłem, udział w projektach badawczo-rozwojowych czy w międzynarodowych konferencjach naukowych. To profesor Białowiec przekonał ją również, żeby spróbowała swoich sił w konkursie o stypendium Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla studentów za wybitne osiągnięcia naukowe, które udało się jej uzyskać.

– Z kolei mój drugi promotor, prof. Koziel, jest dla mnie nieocenionym wsparciem, zwłaszcza podczas przygotowywania wspólnych artykułów naukowych, ale przede wszystkim wielką inspiracją, świeżym spojrzeniem z zewnątrz i motywacją, żebym mierzyła wysoko – mówi doktorantka, dodając, że gdy pojawiała się szansa udziału w programie programu POWER 3.5, w którym wymagana jest współpraca z promotorem z zewnętrznej jednostki, wybór był dla niej oczywisty.

W swoich badaniach Karolina chce zbadać, jak parametry technologiczne procesu kompostowania bioodpadów takie jak temperatura, stopień nasycenia tlenem, zawartość materii organicznej w odpadach i ich wilgotność, wpływają na wielkość produkcji tlenku węgla z tego procesu. 

– Moim zadaniem jest przygotowanie koncepcji teoretycznej związanej z możliwością sterowania produkcją CO z procesu kompostowania poprzez opracowanie modelu matematycznego intensyfikacji tej produkcji. Pomimo szkodliwego wpływu na środowisko naturalne i organizmy żywe, CO ma liczne cechy użytkowe, wykorzystywane w wielu gałęziach gospodarki. Nastawienie na zwiększenie produkcji CO z kompostowania odpadów, czyli kierunek, który chciałabym obrać w swoich badaniach, jest jednak innowacyjny i nieopisany dotąd w literaturze – tłumaczy Karolina.

Podczas swojej pracy w Szkole Doktorskiej Karolina Sobieraj chciałaby sprawdzić, czy proces kompostowania może być potencjalnym źródłem CO, który wyekstrahowany z gazu procesowego mógłby być wykorzystany jako składnik biosyngazu, czyli gazu syntezowego powstającego z biomasy. Biosyngaz ten mógłby być następnie wykorzystywany m.in. jako gaz palny czy podstawa do produkcji etanolu i metanolu w konkurencyjnej cenie, a jego konwersja prowadzić może do otrzymania węglowodorów i związków aromatycznych. 

– Konwersja syngazu w wyniku reakcji Fischera-Tropscha prowadzić może do produkcji biopaliwa transportowego, a konwersja parowa CO znana jako water-gas shift reaction (WGS) jest źródłem wodoru. Konieczne jest jednak zidentyfikowanie optymalnych parametrów procesu kompostowania, tak, aby można było kontrolować produkcję CO – mówi Karolina.

Dodatkowo w ramach rozpoczętej pracy nad cyklem publikacji wchodzących w skład przyszłej rozprawy doktorskiej, razem ze współautorami, Karolina przygotowała publikację przeglądową dotyczącą zmian CO podczas rozkładu materii organicznej. Zebrała w ten sposób informacje o innowacyjnych i przyszłościowych kierunkach wykorzystania tlenku węgla, bazujących na jego produkcji i przetwarzaniu w sposób biologiczny przy wykorzystaniu działalności mikroorganizmów, które są zdolne do jego metabolizowania. Najbardziej jednak zainteresowała ją biologiczna wersja metody WGS, która wykorzystuje bakterie zdolne do wytwarzania enzymów: dehydrogenazy tlenku węgla (CODH) oraz hydrogenazy. 

– Biologiczna reakcja WGS zastępuje dotychczasową, prowadzoną przy wykorzystaniu katalizatorów nieorganicznych. Jest ona konkurencyjna ze względu na mniejsze wymogi warunków prowadzenia procesu – zachodzi bowiem w temperaturze i ciśnieniu otoczenia oraz w ciemności, więc obniżeniu ulegają koszty niezbędnych reaktorów. Perspektywa wykorzystania do celów przemysłowych pozornie szkodliwego gazu powstającego w trakcie kompostowania wydaje się być obiecująca i znacznie uatrakcyjniłaby ten sposób przetwarzania odpadów – podkreśla Karolina Sobieraj, dodając, że proces kompostowania ma bardzo duży potencjał. Zmiany w wielkości populacji ludzi na Ziemi i rosnący standard życia powoduje, że ilość wytwarzanych odpadów ciągle rośnie. Szacuje się, że ich globalna masa wzrośnie do 3,4 mld ton w 2050 roku, a bioodpady to największa część odpadów komunalnych w krajach o niskich i średnich dochodach. Ponadto, zauważalna jest zwiększającą się ilość odpadów z intensywnej produkcji rolniczej, a także globalny problem marnowania żywności. To szerokie spektrum odpadów stanowi więc potencjalny materiał do kompostowania. Zwłaszcza, że w Europie ten rodzaj przetwarzania jest dominujący i zajmuje się ponad 60% wyprodukowanych bioodpadów.

Karolina tematyką produkcji gazów pochodzących z procesów przetwarzania odpadów organicznych zainteresowała się jeszcze w trakcie studiów magisterskich. Sprawdzała wtedy, jaka jest ich przestrzenna dystrybucja wewnątrz materiału w stosie do produkcji kompostu, czyli pryźmie.

– Dysponowałam sprzętem, który umożliwiał m.in. pomiar stężenia CO. Nie spodziewałam się jednak jego obecności, ponieważ jest on zwykle związany z procesami spalania. Tym większe było moje zdziwienie, kiedy gaz ten nie tylko pojawił się w kompostowanych odpadach organicznych, ale jego stężenie przekraczało kilkaset ppm – opowiada doktorantka, podkreślając, że to ze względu na nieprzewidywalną produkcję gazu – zarówno w obszarach tlenowych i beztlenowych pryzmy kompostowej, jak i w wysokich i niskich temperaturach – postanowiła przenieść badania do laboratorium, aby poznać podstawowe mechanizmy powstawania CO i wraz z promotorami zaprojektowała badania, które dziś realizuje w Szkole Doktorskiej UPWr.

Karolina Sobieraj jako członkini Wiodącego Zespołu Badawczego jest również wykonawcą w trzech projektach badawczych, finansowanych m.in. przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju i Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Współpracując z kolegami i koleżankami z zespołu, porusza się w różnych dyscyplinach naukowych. Oprócz opracowania innowacyjnych nawozów organicznych na bazie odpadów i oceny ich zastosowania w uprawie wybranych przypraw oraz analizy połączenia biologicznego i termochemicznego przetwarzania bioodpadów w celu zwiększenia efektywności procesu i minimalizowania jego wpływu środowiskowego, Karolina Sobieraj będzie również brała udział w badaniach dr. Jacka Łyczki nad regulującymi apetyt środkami nowej generacji. W tym projekcie doktorantka będzie odpowiedzialna za analizę składu morfologicznego odpadów żywności badanych pacjentów. Inaczej mówiąc, będzie sprawdzała, czy po zastosowaniu opracowanych środków regulujących apetyt ich nawyki żywieniowe się zmieniły i są trwałe.

Obecnie, po otrzymaniu pozytywnego wyniku podczas oceny śródokresowej, Karolina Sobieraj jest na półmetku swojej pracy w Szkole Doktorskiej. Kolejne dwa lata nauki będą z pewnością pracowite, pełne projektów naukowych i staży zagranicznych, m.in. na Iowa State University pod kierownictwem promotora prof. Jacka Koziela i Uniwersytecie Fudan w Szanghaju w zespole prof. Shicheng Zhanga. Doktorantka ma również nadzieję, że będzie miała szansę pracować w projekcie otrzymanym w ramach grantu Preludium 20, w którym jej wniosek przeszedł właśnie do drugiego, a tym samym ostatniego etapu oceny merytorycznej. Cały czas chce jednak poszukiwać nowych obszarów do podejmowania aktywności naukowej. – Myślę, że jako społeczeństwo doszliśmy do takiego momentu, w którym dyscyplina, w której pracuję – inżynieria środowiska – jest już nie tylko sposobem na rozwiązanie problemów, które spowodowaliśmy swoją działalnością, ale obszarem, w którym konieczny jest szybki i ciągły rozwój – podkreśla Karolina Sobieraj.

is