Obecnie, inżynieria materiałowa jest najmocniej rozwijana pod kątem zrównoważonego rozwoju. Wynika to oczywiście z trendów ekologicznych, które przebojem wdarły się do większości branż przemysłowych oraz naszego codziennego życia.
Oprócz zrównoważonego rozwoju, duży udział w „materiałowym” rynku mają: nanotechnologia, produkcja przyrostowa, inteligentne materiały, zaawansowane kompozyty oraz materiały 2D.
Ciekawym obszarem jest także informatyka materiałowa, której zadaniem jest porządkowanie i modelowanie danych materiałowych. Efektem tego jest usprawnienie procesów zachodzących na etapie badań nowych materiałów.
Każdy sektor przemysłu w mniejszym lub większym stopniu czerpie z inżynierii materiałowej. Dlatego też, nauka o materiałach jest nieodzowną częścią czwartej rewolucji przemysłowej i dążenia do neutralności emisyjnej poszczególnych branż.
Zamknięty obieg gospodarki
Każdy materiał ma swój cykl życia. Poprzez tworzenie biokompozytów, możemy go zapętlić. W taki też sposób działa startup Traceless, produkując biodegradowalne materiały wykorzystując do tego odpady z przemysłu rolnego.
Materiały stworzone przez startup, do biodegradacji nie potrzebują warunków kompostowania przemysłowego, ale są w 100% kompostowalne w domu. Materiały te są oparte na polimerach naturalnych, bez modyfikacji chemicznej i syntetycznej.
Głównymi produktami Traceless są: bezśladowa folia (właściwości mechaniczne porównywalne z LDPE i PLA ), alternatywny plastik (wysoka wytrzymałość na rozciąganie oraz elastyczność), rozpylana powłoka ochronna (całkowicie nietoksyczna i stabilna podczas przechowywania).
W podobnym kierunku poszedł startup Spectalite. Ich produkty również opierają się na odpadach rolnych (bambus, łuska ryżowa i skrobia). Do ich produkcji wykorzystuje się zróżnicowane procesy technologiczne (m.in. termoformowanie). W ofercie startupu znajdują się zarówno materiały biodegradowalne jak i nadające się do recyklingu.
Produkty Spectalite znalazły zastosowanie m.in. w motoryzacji (produkcja foteli, lusterek, desek rozdzielczych i tapicerki drzwiowej). Zastępując włókna szklane, materiały bambusowe nie tylko wpływają pozytywnie na ekologiczność pojazdu ale również zmniejszają jego masę i koszt produkcji.
Ekologiczne budownictwo
Portugalski startup eCO2Blocks także stosuje zasady gospodarki o obiegu zamkniętym. Jest to realizowane poprzez produkcję materiałów budowlanych opartych na odpadach przemysłowych oraz wodzie niezdatnej do picia. Co więcej, materiały te nie zawierają cementu.
Koszt wytworzenia takich biopustaków jest prawie o 50% niższy niż w przypadku tradycyjnych wyrobów. W przypadku bardziej skomplikowanych materiałów konstrukcyjnych (belki, słupy lub płyty) oszczędność może być jeszcze większa.
Największą korzyścią jest jednak redukcja emisji CO2 w procesie wytwarzania materiałów budowlanych. Startup wciąż rozwija możliwości prefabrykowania elementów konstrukcyjnych.
Innowacje w gazownictwie
Startup Divigas opracował membranę z filtrem nano-molekularnym, której zadaniem jest efektywna separacja wodoru. Membrana charakteryzuje się wysokim współczynnikiem odzysku i wysoką odpornością na niekorzystne warunki.
System opracowany przez startup pozwala odseparować zanieczyszczenia wodoru o czystości wynoszącej nawet 99,95%. Produkt może pracować w środowisku o podwyższonej kwasowości oraz w niekorzystnych warunkach atmosferycznych.
Membrana znalazła zastosowanie w rafineriach, metalurgii, produkcji amoniaku oraz wszystkich przedsięwzięciach dotyczących szeroko pojętego gazownictwa. Warto zaznaczyć, że straty finansowe spowodowane nieefektywnym wykorzystaniem i niepełnym odzyskiem wodoru sięgają 15 miliardów dolarów rocznie.
Melanina jako supermateriał
Melanina to naturalny pigment odpowiedzialny za kolor ludzkiej skóry i włosów. Jej głównym zadaniem jest ochrona przed szkodliwym działaniem ultrafioletowego promieniowania słonecznego. Ponadto melanina posiada właściwości elektryczne.
Startup Avisa Myko opatentował technologię produkcji melaniny, która jest 4000 razy tańsza niż dotychczasowe sposoby. Odbywa się to za pomocą fermentacji. Melanina jest produkowana w stanie rozpuszczonym oraz ekstrahowana do wysokiego poziomu czystości. Dzięki temu, może być wykorzystana w różnych gałęziach przemysłu.
Melanina produkowana przez Avisa Myko może być wykorzystywana nie tylko w kosmetykach, ale również w biomedycynie, branży odzieżowej czy energetyce (ma właściwość rozszczepiania wody na wodór i tlen, co czyni ją prawdopodobną opcją rozwoju ogniw słonecznych).
Innowacyjne siłowniki
Startup Memetis produkuje kompaktowe siłowniki oparte na materiałach z pamięcią kształtu (SMA). Jest to odpowiedź potrzeby przemysłu, który coraz częściej wymaga miniaturyzacji procesów ruchowych.
SMA to stopy metali, które po odkształceniu potrafią „zapamiętywać” swój pierwotny kształt i samodzielnie go przywracać. Efektem tego są większe możliwości siłowe materiału.
Siłowniki Memetis dają znacznie szersze możliwości konstrukcyjne oraz gwarantują parametry eksploatacyjne porównywalne do konwencjonalnych siłowników, których wymiary są 2-5 razy większe. Stopy SMA są biokompatybilne, dlatego też znalazły zastosowanie w technologii medycznej oraz biotechnologii.
Produkt Memetis pozwala obniżyć koszty wytwarzania poszczególnych komponentów dla branży elektronicznej, telekomunikacji, technologii optycznej, transportu i przemysłu 4.0.
Kolejny poziom w redukcji masy
Fibratech to polski projekt współtworzony przez Michała Sobolewskiego i Kamila Glebowicza, którego celem jest opracowanie ultralekkiej felgi samochodowej. Koła mają być produkowane z kompozytów oraz włókna węglowego. O początkach i samej koncepcji przedsięwzięcia opowiada CEO, pomysłodawca oraz główny inżynier projektu – Michał Sobolewski.
– Pracując w branży lotniczej zauważyłem że coraz odważniej zamienia się elementy aluminiowe na części kompozytowe i to nie tylko te mało odpowiedzialne obciążeniowo, ale również te zupełnie krytyczne z punktu widzenia funkcjonalności (czyli bezpieczeństwa).
To było takim impulsem do zastanowienia się jaki element samochodu (również wysoce odpowiedzialny wytrzymałościowo) można zamienić na materiał kompozytowy. Ważne było również określenie w którym obszarze samochodu ważna jest redukcja masy (czy też bardziej momentu bezwładności). Po krótkiej analizie okazało się, że felgi są taką częścią zawieszenia, która wymagałaby znacznej redukcji masy i przyniosłoby to odczuwalne użytkowo, pozytywne efekty.
Dopiero w późniejszym etapie prac okazało się, że producenci samochodów są zainteresowani tego typu rozwiązaniem. Co ciekawe, sami oznajmiają że w celu zredukowania masy pojazdów są w stanie więcej zapłacić za kompozytowe rozwiązanie (co w świecie automotive nie zdarza się zbyt często) – wyjaśnia pomysłodawca przedsięwzięcia.
Felgi opracowane przez polski startup są o 15% lżejsze oraz o 30% sztywniejsze niż felgi aluminiowe. Ponadto, redukują hałas podczas jazdy i zwiększają zakres ruchu. Rynek felg kompozytowych ma spory potencjał, co zamierza wykorzystać Fibratech.
– Przeszliśmy testy wytrzymałościowe otrzymując certyfikację TUV SUD. Teraz głównie skupiamy się na budowie linii produkcyjnej, która zapewni powtarzalność i odpowiednią wydajność produkcyjną. Obecną fazę projektu finansujemy częściowo z programu sektorowego Innomoto zainicjowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju. Do końca 2023 roku planujemy osiągnąć możliwość produkcyjną na poziomie 50 tys. felg rocznie – dodaje CEO startupu.
Innowacyjne materiały budują naszą rzeczywistość
Jak widać, zakres możliwości inżynierii materiałowej jest niezwykle szeroki. Nie ma wątpliwości, że jest to jeden z newralgicznych elementów czwartej rewolucji przemysłowej. Startupy rozwijające tę dziedzinę nauki, w pewien sposób napędzają pozostałe branże, stwarzając im możliwości pokonywania kolejnych, technologicznych granic.
