Naukowcy z UPWr realizują projekt z programu Horyzont Europa

• Staw w parku Tołpy jest modelem płytkich zbiorników miejskich zdominowanych przez glony
• Wałbrzych jest przykładem miasta z terenami poprzemysłowymi, których rekultywacja może przywrócić je lokalnej społeczności
• Pierwsi pracę w projekcie SYMBIOREM rozpoczynają biotechnolodzy, którzy zdiagnozują skład mikroorganizmów w obu miejscach
• Naukowcy z UPWr mają opracować innowacyjne rozwiązania, które będą stosowane w praktyce
• W międzynarodowym projekcie uczestniczą m.in. naukowcy i firmy z Austrii, Hiszpanii, Szwecji czy Stanów Zjednoczonych

Projekt SYMBIOREM (Symbiotic, circular bioremediation systems and biotechnology solutions for improved environmental, economic and social sustainability in pollution control) realizowany będzie przez cztery lata, jego wartość to 5 476 390 euro, z czego 449 900 trafi na Uniwersytet Przyrodniczy. Liderem międzynarodowego konsorcjum jest University of Basque Country, który do współpracy zaprosił Fundación GAIKER i Iragaz Watin S.A. z Hiszpanii, Brunel University London i Thames 21 Ltd. z Wielkiej Brytanii, Royal Institute of Technology in Stockholm ze Szwecji, austriackie firmy Alchemia-nova GmbH, Business Upper Austria – OÖ Wirtschaftsagentur GmbH oraz Esterhazy Betriebe GmbH, z Belgii Greenovate! Europe i Fontana Identity and Design, z Holandii TechForce Innovations B.V., University of Bologna oraz Consiglio Nazionale delle Ricerche z Włoch, cypryjską firmę Atlantis Environment & Innovation Limited oraz California State University z Fresno w Stanach Zjednoczonych. Członkiem konsorcjum jest też Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, który reprezentuje zespół badawczy w składzie: prof. Krzysztof Lejcuś, prof. Katarzyna Pawęska, prof. Zbigniew Lazar, dr Anna Kancelista, dr Aleksandra Bawiec, dr Aneta Skaradzińska oraz doktoranci Daria Marczak i Jakub Misiewicz. Kierownikiem polskiego zespołu jest dr Wiesław Fiałkiewicz, który wymienia cele, jakie mają zrealizować naukowcy zaangażowani w projekt. To zwiększenie efektywności strategii bioremediacji i rewitalizacji (np. usunięcie z gleby części wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych i metali ciężkich), zapewnienie zrównoważonego rozwoju strategii bioremediacji i rewitalizacji, np. poprzez zwiększenie bezpieczeństwa stosowanych środków oraz opracowanie systemów działających w obiegu zamkniętym, a więc pozwalających na odzyskanie średnio 60% składników odżywczych i metali z zanieczyszczonego środowiska.

Polscy naukowcy zajmą się dwoma wybranymi miejscami, które będzie można potraktować później jako model postępowania. To zbiornik wody miejskiej w parku Tołpy we Wrocławiu i poprzemysłowe tereny w Wałbrzychu, w rejonie nieczynnej koksowni.

Dlaczego staw w parku?

Stawem w parku Tołpy we Wrocławiu początkowo zainteresowali się studenci ze Studenckiego Koła Naukowego Hydrologów i Hydrotechników, którzy razem z prof. Katarzyną Pawęską wpadli na pomysł przeprowadzenia badań jakości wód miejskich. Sprawdzali tę jakość w fosie miejskiej i w parku.

– Z rozmów z zespołem wyniknęło, że zbiornik w parku Tołpy może być zbiornikiem preferowanym do naszego projektu. Woda w nim jest cały rok zielona, a to oznacza problem z eutrofizacją, czyli nadmiernym stężeniem biogenów, a co za tym idzie – intensywnym rozwojem glonów. Potwierdziły to badania, które wykazały wysoką zawartość chlorofilu w ciągu całego roku, którego w „zdrowych” zbiornikach poza sezonem wegetacyjnym nie ma. I tak wybraliśmy ten staw, bo jest w nim rzeczywisty problem do rozwiązania, a w rozmowach z Zarządem Zieleni Miejskiej ustaliliśmy, że bazując na tym zbiorniku opracujemy rozwiązanie dla innych, podobnych akwenów – tłumaczy dr Aleksandra Bawiec.

Problemy płytkich zbiorników miejskich, a więc np., fosy wynikają z tego, że zasilane są wodami opadowymi, ale przede wszystkim spływami, co powoduje duże zawartości azotu i fosforu w wodzie, a dodatkowo znaczne zadrzewienie wpływa na duże stężenia materii organicznej w takich zbiornikach.

– Chcemy więc na zbiorniku w parku wprowadzić zacienienia, by promienie słoneczne nie prześwietlały całej toni, ale przede wszystkim ustabilizować zawartość azotu i fosforu, które wpływają na rozwój glonów. Rozwiązanie, nad którym będziemy pracować, ma być uniwersalne, niedrogie, tworzone z ogólnodostępnych materiałów wykorzystujących rodzime gatunki roślin. Musi być łatwe do wprowadzenia do zbiornika i do wyprowadzenia z niego, ma też wzbogacać  walory krajobrazowe, a więc być estetyczne – podkreśla dr Bawiec.

Pierwszym etapem pracy będzie monitoring jakości wody i składu mikrobiologicznego organizmów w wodzie na przestrzeni całego roku, co pozwoli ustalić, co się dzieje w stawie w poszczególnych porach roku przy poszczególnych temperaturach. W drugim etapie zostanie opracowana w laboratorium konstrukcja całego rozwiązania – do ustalonych przez mikrobiologów szczepów mikroorganizmów będą dobrane gatunki roślin.

– I dopiero, jak będziemy mieli wyniki z laboratorium potwierdzające, że to połączenie się sprawdza, będziemy je przeskalowywać i wprowadzać do natury – mówi dr Aleksandra Bawiec.

Dlaczego Wałbrzych?

Jak tłumaczy prof. Krzysztof Lejcuś, Wałbrzych wybrano do tego projektu, bo po pierwsze miasto szuka możliwości odzyskania terenów poprzemysłowych m.in. na cele mieszkaniowe, a po drugie nikt nie ma wątpliwości, że po wielu latach intensywnie prowadzonej gospodarki przemysłowej problem zanieczyszczenia gleby na tych terenach istnieje i mówiąc kolokwialnie, sam się nie rozwiąże.

– Takie obszary po angielsku nazywa się brownfields, określa się w ten sposób tereny poprzemysłowe, które zazwyczaj znajdują się w mieście albo w jego pobliżu. Skażone i zaniedbane wymagają rekultywacji, zwłaszcza, że jednocześnie są to tereny cenne, które warto odzyskać z punktu widzenia gospodarczego i społecznego – mówi prof. Lejcuś, dodając, że od lat prowadzone są badania, dzięki którym opracowywane są technologie oczyszczania m.in. gleby i gruntu. Prace naukowców z Uniwersytetu Przyrodniczego skupiają się na fitoremediacji, czyli oczyszczaniu zanieczyszczonych gleb z wykorzystaniem roślin.

Rozwiązanie, nad którym będziemy pracować, ma być uniwersalne, niedrogie, tworzone z ogólnodostępnych materiałów wykorzystujących rodzime gatunki roślin. Musi być łatwe do wprowadzenia do zbiornika i do wyprowadzenia z niego, ma też wzbogacać  walory krajobrazowe, a więc być estetyczne

– To rozwiązanie znane jest co najmniej od 30-40 lat, ale nowością w naszym pomyśle jest połączenie roślin z geokompozytami sorbującymi wodę, a więc technologią opracowaną na naszej uczelni – podkreśla prof. Krzysztof Lejcuś i nie kryje, że to właśnie połączenie trzech czynników, a więc geokompozytów, mikroorganizmów i odpowiednio dobranych roślin da nową technologię oczyszczania zanieczyszczonych gleb.

– A jednocześnie rośliny, które stosujemy, to w dużej mierze rośliny energetyczne, czyli takie, które później będziemy mogli w jakiś sposób wykorzystać np. energetycznie, izolując z tej biomasy zanieczyszczenia w postaci metali – mówi prof. Krzysztof Lejcuś.

Biotechnolodzy na start

Prof. Zbigniew Lazar wyjaśnia, jak będzie organizowana praca biotechnologów w obu wybranych miejscach, a więc zarówno zbiorniku w parku Tołpy, jak na terenach poprzemysłowych w Wałbrzychu: –  Sprawdzimy, jakie zanieczyszczenia są w glebie i w wodzie oraz zajmiemy się mikroorganizmami, które tam bytują, a więc przystosowały się do życia w tym środowisku.

Biotechnolodzy z UPWr ustalą, do jakich grup należą wyizolowane mikroorganizmy, w jaki sposób zanieczyszczenia wpłynęły na ich ilość i skład, czyli które sobie z nimi radzą np. utylizując, a które nie.

– Będziemy analizować je pod kątem wpływu na rośliny, ale też pracować w tym kierunku, by rośliny wspólnie z tymi mikroorganizmami zmniejszały zanieczyszczenia gleby i wody, w których żyją. Mamy rośliny, które chcemy zastosować, bo wiemy, że się w tym sprawdzają, jak choćby Miskantus olbrzymi. Będziemy budować wyspy pływające, ale to co najtrudniejsze to oczywiście dopasowanie tych różnych organizmów, by współdziałały z roślinami – mówi prof. Zbigniew Lazar.

A kierownik projektu dr Wiesław Fiałkiewicz dodaje: – To są projekty, które dopiero będą rozwijane, wypracowujemy więc technologie, ale też procedury i standardy. Zaczynamy od diagnozy, bo już są pobierane próbki gleby. Projekt co prawda się jeszcze nie rozpoczął, ale zależało nam na tym, by jak najszybciej rozpocząć badania przygotowawcze, polegające na zdiagnozowaniu tego, co tam się znajduje, jakie mikroorganizmy, flora, fauna i jakie zanieczyszczenia.

Zadania naukowców

Zgodnie z opisem projektu SYMBIOREM zadaniem naukowców z UPWr będzie opracowanie metody bioremediacji wody powierzchniowej ze zbiornika wody miejskiej zlokalizowanego w parku Tołpy we Wrocławiu z wykorzystaniem układu hydrofitów z rozbudowaną powierzchnią czynną (Extended Floating Islands), na której unieruchomione zostaną mikroorganizmy odpowiedzialne za procesy oczyszczania. Drugim zadaniem będzie opracowanie metody bioremediacji gleby z wykorzystaniem aktywnych geokompozytów (BioWAG) w celu usuwania wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych, wydzielanych podczas produkcji asfaltu i pracy pieców koksowniczych, oraz metali ciężkich z obszarów poprzemysłowych na terenie Wałbrzycha.

Ponadto UPWr odpowiadać będzie za testowanie różnych kombinacji rozwiązań technicznych stworzonych w ramach projektu SYMBIOREM, w tym między innymi połączenia technologii pływających wysp z rozbudowaną powierzchnią czynną wzbogaconą mikroorganizmami, z technologią hydrofitowego oczyszczania wody powierzchniowej z wykorzystaniem małży. Aby osiągnąć te cele w ramach projektu zostanie opracowanych, przetestowanych i zweryfikowanych 12 przełomowych innowacji w bioaugmentacji, biostymulacji, oraz mikrobiologicznych i enzymatycznych fitotechnologiach, a także wykorzystaniu fauny (np. małży) do bioremediacji gleby, wody słodkiej, drenażowej i środowiska morskiego.

Co zrobią inni?

Fundación GAIKER określi charakterystykę fizykochemiczną i mikrobiomową gleb skażonych węglowodorami i metalami na terenach poprzemysłowych w hiszpańskim Azkoitii. University of Basque Country rozwinie metodę biostymulacji za pomocą (nano)kapsułkowanych składników odżywczych – w skali laboratoryjnej i półtechnicznej. Austriacka Alchemia-nova GmbH będzie rozwijać system oczyszczania wody powierzchniowej w jeziorze Neusiedl z wykorzystaniem pływających wysp i małży, a także w obszarze oczyszczania gleb – metodę fitoremediacji wzmocnionej bioelektryfikacją w celu usuwania  węglowodorów. Podejmie również badania nad procesem naturalnego oczyszczania odcieków ze składowisk odpadów zmieszanych. California State University odpowiadać będzie za fitogospodarkę gleb zasolonych i wód drenażowych zanieczyszczonych przez rolnictwo. Royal Institute of Technology in Stockholm wykona badanie strategii bioremediacji ex situ dla skażenia wielopierścieniowymi węglowodorami aromatycznymi w osadach morskich oraz fosforu i metali ciężkich, a następnie zaprojektuje system bioreaktorów kaskadowych do łączenia bioremediacji skażonych osadów morskich.

Realizatorzy projektu stawiają na silne podejście partycypacyjne, angażujące 150 obywateli i interesariuszy w badania i współprojektowanie rozwiązań technicznych, środków bezpieczeństwa i modeli biznesowych, a także we współzarządzanie czterema obszarami bioremediacji opartymi na przyrodzie. Realizacja projektu przyczyni się do rozwoju biogospodarki o obiegu zamkniętym umożliwiając ponowne wykorzystanie oraz odzyskiwanie zasobów poprzez działania bioremediacyjne.

Dr Fiałkiewicz pytany o kooperantów tego międzynarodowego konsorcjum uśmiecha się i mówi: – Nas znaleźli Baskowie.

A zaskoczonym udziałem Amerykanów w projekcie wyjaśnia, że w projektach europejskich uczestniczą nie tylko uczelnie i firmy z Unii Europejskiej, ale też spoza niej. Naukowcy z UPWr przygotowywali już taki międzynarodowy i interdyscyplinarny projekt między innymi z udziałem naukowców z Chin.

– Podmioty spoza Unii nie są bezpośrednimi beneficjentami, a więc nie dostają europejskich funduszy na projekt, w którym biorą udział. Muszą do niego wnieść swoje pieniądze, ale w zamian zyskują dostęp do najnowszych technologii, które dopiero są opracowywane, a to naprawdę jest bardzo dużo – dodaje dr Wiesław Fiałkiewicz.

kbk