Narodowe Centrum Badań
i Rozwoju

Czy można poprawić nasze zdrowie i zadbać o czystsze środowisko, a przy okazji wesprzeć rozwój polskich technologii? NCBR przekonuje, że jak najbardziej tak. Przy współpracy z wieloma ekspertami oraz przedstawicielami różnych branż, Centrum już przygotowuje rozwiązania, które mają „zazielenić” kluczowe sektory polskiej gospodarki.

– Dziewięć naszych przedsięwzięć badawczych realizowanych z udziałem środków Funduszy Europejskich dotyczy przetestowania i wprowadzenia na rynek innowacyjnych technologii. Choć będą to rozwiązania prototypowe, powstaną z myślą o szerokim zastosowaniu. A kiedy już zostaną wprowadzone masowo, odmienią m.in. to, jak ogrzewamy budynki, skąd pozyskujemy energię elektryczną oraz co robimy ze ściekami i odpadami rolniczymi – mówi dr Remigiusz Kopoczek, p.o. dyrektor Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. – Wszystko po to, by w zgodzie z Europejskim Zielonym Ładem wykorzystać cenne zasoby energii, stawiać na gospodarkę obiegu zamkniętego, zadbać o klimat i poprawić warunki naszego życia – dodaje.

Bez wątpienia na warunki te niekorzystnie wpływają m.in. zła jakość powietrza i zanieczyszczenie środowiska naturalnego. Smog unoszący się w powietrzu, chemikalia przedostające się do wody czy gazy cieplarniane emitowane do atmosfery nie mogą być jednak codziennością, do której po prostu trzeba się przyzwyczaić. Niszczenie zdrowia planety i degradacja środowiska na końcu oznacza przecież niszczenie zdrowia nas samych.

Eksperci NCBR zdają sobie z tego sprawę. Dlatego postanowili działać.

Koniec z syndromem chorego budynku

Największe korzyści mogą przynieść zmiany w budownictwie. Narodowe Centrum Badań i Rozwoju zwraca uwagę zarówno na konieczność ograniczenia zapotrzebowania na ciepło, jak i przejścia na niskoemisyjne źródła energii cieplnej. Niezbędne są więc m.in. termomodernizacje budynków, wprowadzenie inteligentnych systemów zarządzania ciepłem i wyeliminowanie starych pieców, w których spalane są węgiel i drewno, a nawet śmieci.

Choć dorośli i dzieci spędzają w przestrzeniach zamkniętych nawet kilkanaście godzin dziennie, oddychamy w nich powietrzem o bardzo złej jakości. Odpowiada za to tzw. niska emisja, czyli wszelkiego rodzaju szkodliwe pyły, zanieczyszczenia i gazy, których głównym źródłem jest sektor bytowo-komunalny.

– Według badań stężenie CO₂ w polskich szkołach jest przekroczone nawet trzykrotnie. Powoduje to zmianę w pracy organizmu i sprawia, że dzieci nie są w stanie maksymalnie wykorzystać swojego potencjału – tłumaczy dr Tomasz Rożek, popularyzator nauki i twórca strony „Nauka. To lubię”, który w ośmiu krótkich filmach przedstawia działania NCBR wpisujące się w strategię Europejskiego Zielonego Ładu.

Problemy, jakie mogą się wtedy pojawić, to m.in. trudności z zachowaniem koncentracji, bóle głowy, suchość gardła i oczu. Zjawisko jest na tyle powszechne i dobrze zbadane, że zyskało nawet swoją nazwę: syndrom chorego budynku (ang. sick building syndrome).

Z rozwiązaniem przychodzi NCBR i przedsięwzięcie „Wentylacja dla szkół i domów”. W wyniku rozpoczętych już prac powstaną prototypowe instalacje wentylacji mechanicznej, które będzie można stosować tak dla całych budynków, jak i konkretnej sali lekcyjnej czy konkretnego mieszkania. Wentylacja ta pozwoli m.in. znacząco zmniejszyć stężenie dwutlenku węgla.

– Gdy do sali lekcyjnej wchodzi 25-30 dzieci, to stężenie CO2 przekracza ponad 3 tys. cząsteczek na milion, czasami poziom dochodzi nawet do 5 tys. Jeśli budynki są poddane termomodernizacji i mają wymienioną stolarkę okienną na bardziej szczelną, infiltracja świeżego powietrza jest jeszcze bardziej utrudniona. Zastosowanie wentylacji mechanicznej spowoduje, że poziom stężenia CO2 spadnie poniżej 1 tys. cząsteczek na milion. To pułap przyjęty przez wszystkie najważniejsze organizacje zajmujące się zdrowiem, w tym m.in. Światową Organizację Zdrowia – wyjaśnia dr inż. Mariusz Skwarczyński z NCBR, kierownik projektu „Wentylacja dla szkół i domów”.

Ochrona przed pyłami i wirusami

Ale oczywiście problemem są też inne zanieczyszczenia, w tym pyły zawieszone PM10 i PM2.5. To drobinki pyłu, które trafiają do naszego organizmu wraz z wdychanym powietrzem. Są przyczyną m.in. chorób układu oddechowego, chorób płuc i problemów z oddychaniem – w tym coraz częściej spotykanej u dzieci astmy. Dodatkowym wyzwaniem w przypadku szkół jest wtórne zanieczyszczenie powietrza. Pojawia się ono wtedy, gdy np. dzieci podczas zabawy w czasie przerwy wznoszą leżące na podłodze pyły lub gdy zrzucają je z siebie podczas zdejmowania kurtki w szatni.

Częściowo problem mogą rozwiązać oczyszczacze powietrza, ale mają one tę wadę, że działają tylko na określonym obszarze. Prawidłowo działający system wentylacji mechanicznej i dystrybucji powietrza w pomieszczeniu może dawać wymierne efekty dla całego budynku. – W przypadku podstawowych wentylacji nie ma żadnej filtracji pyłów. W kryteriach naszego przedsięwzięcia przyjęliśmy założenia, że docelowy poziom zanieczyszczeń nie będzie mógł przekraczać wskaźnika obowiązującego dla dobrej jakości powietrza – tłumaczy Mariusz Skwarczyński.

Prototypowe wentylacje zajmą się także usunięciem mikrobiologicznych zanieczyszczeń, czyli wirusów, bakterii i grzybów.

– Jeżeli jedno dziecko przyjdzie do klasy przeziębione i kichnie lub zakaszle, może nastąpić efekt domina. W ciągu kilku dni zachoruje wielu innych uczniów, od których z kolei mogą zarazić się ich opiekunowie. Nasze systemy mają takim sytuacjom przeciwdziałać – mówi Mariusz Skwarczyński. – Z jednej strony, pomocny będzie wspomniany system dystrybucji, który ma zagwarantować równomierną i stałą wymianę powietrza. Z drugiej strony, rolą systemów filtracyjnych będzie usunięcie zarówno cząsteczek pyłów zawieszonych, jak i bakterii, wirusów i grzybów – dodaje.

Opracowane w ramach przedsięwzięcia NCBR systemy wentylacji dopasują też temperaturę do rzeczywistych potrzeb. I tak jeśli w klasie będzie 20-30 dzieci, system przestawi się na mniejsze obroty, bo ciepło dawać będą sami uczniowie. Dzięki temu i w szkołach, i w mieszkaniach będzie można w bardzo łatwy sposób utrzymać optymalną dla zdrowia i komfortu życia temperaturę.

– W oparciu o system efektywny energetycznie możemy zatem zapewnić wysokosprawny odzysk ciepła i chłodu, dobry system filtracji powietrza, skuteczne usuwanie zagrożeń mikrobiologicznych, a do tego obniżyć poziom CO₂ do akceptowalnych wartości – podsumowuje plusy innowacyjnego podejścia do wentylacji dr inż. Mariusz Skwarczyński.

Lekarstwo na smog

Innowacje w budownictwie są niezbędne także do tego, by pozbyć się problemów na zewnątrz. W skali całego kraju sektor komunalno-bytowy to główne źródło zanieczyszczenia powietrza m.in. pyłami PM2.5 i PM10 oraz rakotwórczym benzo(a)pirenem. Ich stężenia w okresie zimowym bardzo często przekraczają przyjęte normy nawet o kilkaset procent.

Jak wynika z danych Krajowego Ośrodka Bilansowania i Zarządzania Emisjami (KOBiZE), spalanie w gospodarstwach domowych odpowiadało w 2019 roku za 49% emisji pyłów PM2.5, 41% emisji pyłów PM10 i 89% emisji wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych (WWA), w tym m.in. benzo(a)pirenu.

– Mamy 5,5 miliona domów jednorodzinnych, z czego ponad połowa jest ogrzewana węglem i drewnem. W przeważającej mierze zamontowane w domach urządzenia nie spełniają żadnych standardów ekologicznych i norm emisji. Tak długo, jak nie rozwiążemy problemu związanego z ogrzewaniem domów, nie ma co liczyć na dobrą jakość powietrza – nie ukrywa Andrzej Guła, współzałożyciel Polskiego Alarmu Smogowego i członek komitetu monitorującego projekty z zakresu Europejskiego Zielonego Ładu w NCBR.

Problemu tego dotyka kilka przedsięwzięć realizowanych przez NCBR ze wsparciem Funduszy Europejskich (w ramach POIR). Elektryfikacja ciepłownictwa, pompy ciepła czy też tworzenie przydomowych magazynów ciepła i energii to bardzo ważne elementy układanki, z których stworzony ma być obraz Polski bez smogu. Wszystkie te projekty łączy ten sam cel: zapewnić ludziom ciepło i energię elektryczną w taki sposób, by nie szkodzić środowisku i nam samym.

Przedsięwzięcie „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo” pozwoli na stworzenie modelowych budynków, które odpowiedzą na te wyzwania w największym stopniu. Jak tłumaczy Piotr Kopacz z NCBR, kierownik projektu, w prefabrykowanych budynkach zainstalowane będą filtry HEPA, które poprawią jakość powietrza, a ciepło zostanie zapewnione bez potrzeby spalania czegokolwiek. Korzyści odczują nie tylko lokatorzy, którzy nie będą musieli np. przynosić węgla, ale i sąsiedzi, którzy nie będą musieli wdychać dymu. Dodatkowo dzięki inteligentnym czujnikom budynki zapewnią odpowiednią wilgotność i temperaturę. – Kolejna kwestia to niskie rachunki lub ich całkowity brak. Dla użytkowników to bardzo ważny aspekt, gdyż oznacza duży komfort psychiczny. Po prostu cena za prąd czy ogrzewania nie będzie czymś, czym będą musieli się przejmować – wyjaśnia Piotr Kopacz.

Wykorzystać deszczówkę do ostatniej kropli

W kontekście zdrowia i budynków istotne jest podejście do wszystkich zasobów, nie tylko tych zapewniających ciepło i energię elektryczną. Bardzo ważne jest np. odpowiednie gospodarowanie zasobami wodnymi.

– Kilka lat temu głośno było o tym, że w Skierniewicach zabrakło wody. W innych miejscowościach może dziać się to samo. Wody głębinowe cały czas się wyczerpują i będzie nas to dotykało coraz bardziej, ponieważ deszcze nawalne nie wnikają w ziemię, tylko szybko przepływają do rzek. Tymczasem miasta w 70% czerpią wodę z wód głębinowych, a tylko w 30% z wód powierzchniowych – wskazuje Michał Oleszko z NCBR, kierownik przedsięwzięcia „Technologie domowej retencji”.

Wspomniane przedsięwzięcie powstało właśnie po to, by chronić zasoby wód głębinowych. Projektowane przez wykonawców technologie pozwolą na to, by niemal cała wykorzystywana w budynku woda (nawet 95%) była wodą deszczową. Będzie służyć do wszystkich celów, a zatem i do kąpieli, i do prania, i do zmywania, i do spłukiwania toalety. Pojawiają się nawet rozwiązania, które pozwalałyby uzdatnić tę wodę do picia. Żeby móc skorzystać z deszczówki na tyle sposobów, opracowany system będzie uwzględniał przydomową oczyszczalnię ścieków. Zostanie ona wyposażona w lampy UV do zabijania mikroorganizmów i bakterii znajdujących się w zbiorniku wody oraz w system filtracji i uzdatniania wody.

Ekspert NCBR zauważa też, że zbierana przy budynku oczyszczona woda ze ścieków może służyć do podlania zielonej ściany, zielonego dachu i wszelkiej zieleni dookoła nas, nie tylko trawników. A jej obecność to coś, co również wspiera nasze zdrowie. – Badania pokazują, że wertykalne ogrody czy zielone tarasy obniżają poziom hałasu i zjawisko miejskiej wyspy ciepła. Jako że roślinność taka bardzo sprawnie wyłapuje pyły, pozwala też zadbać o lepszą jakość powietrza – podkreśla Michał Oleszko, który przypomina, że aż 92% warszawiaków chciałoby mieszkać w bardziej zielonej atmosferze.

Oczyszczalnia przyszłości, czyli...

Skoro o oczyszczaniu wody mowa, nie można zapomnieć o kolejnym niezwykle ważnym dla zdrowia i środowiska przedsięwzięciu NCBR – „Oczyszczalni przyszłości”.

– Niewykorzystane, nieprzerobione osady pościekowe są dużym obciążeniem dla środowiska – wskazuje dr Tomasz Rożek z „Nauka. To lubię”. Zawierają bowiem wiele mikrozanieczyszczeń, jak chociażby farmaceutyki (antybiotyki, hormony itp.) i pestycydy. Niektóre chemikalia po przedostaniu się do rzek trafiają do Bałtyku i przyczyniają się do zakwitów sinic. Powodują też inne zmiany w środowisku, jak np. rodzenie się samych samców. Opracowana w ramach przedsięwzięcia oczyszczalnia usunie kilkanaście różnego rodzaju problematycznych mikrozanieczyszczeń. Wytypowano je przy współpracy z naukowcami z Politechniki Gdańskiej, kierując się przede wszystkim tym, by były to mikrozanieczyszczenia, które faktycznie najczęściej występują w ściekach.

– W klasycznej oczyszczalni osad czynny jest w stanie zatrzymać 30% zanieczyszczeń, pozostałe 70% przepływa dalej i z oczyszczonym ściekiem trafia do rzek. Badania pokazują, że trwała ekspozycja na farmaceutyki doprowadza do bezpłodności ryb. Zdarzały się przypadki, że z powodu trwałej ekspozycji na duże ilości hormonów pojawiały się osobniki obupłciowe. Jeśli taka woda trafia do rzek, to i my, ludzie, jesteśmy na nią narażeni. W efekcie coraz częściej obserwuje się zjawisko lekooporności: bakterie i wirusy mają duży kontakt z lekami w środowisku naturalnym, przez co stają się na nie odporne – wyjaśnia Marek Świdowicz z NCBR, kierownik projektu „Oczyszczalnia przyszłości”.

Tymczasem oczyszczalnia przyszłości zredukuje zanieczyszczenia o ponad 90%, a ilość farmaceutyków o przynajmniej połowę (choć najlepsi wykonawcy deklarują poziom ok. 90%). Dzięki bardzo dużemu odzyskowi substancji biogennych ścieki staną się też źródłem cennych surowców. I tak odzyskane z nich fosfor i azot będą mogły być wykorzystywane w rolnictwie do wytwarzania nawozów i ulepszania gleby, a niektóre surowce – w budownictwie, np. przy budowie dróg i placów.

Sama woda może zaś służyć do celów przemysłowych bądź gospodarczych. Projekt zakłada, że przynajmniej połowa wody trafiającej do oczyszczalni nie spłynie po oczyszczeniu do cieków wodnych, lecz będzie wykorzystana ponownie. – To ogromne ilości. Mając na uwadze coraz dłuższe i coraz częstsze okresy suszy, musimy oszczędzać wodę pitną na wszystkie możliwe sposoby. Zwłaszcza że za kilkadziesiąt lat nasze wnuki mogą nie mieć do niej takiego dostępu, jak my teraz. Jeśli więc do podlania zieleni miejskiej czy umycia drogi można wykorzystać oczyszczoną wodę z oczyszczalni, warto to robić – podkreśla Marek Świdowicz.

Na potrzeby przedsięwzięcia NCBR zostanie zmodernizowana już istniejąca oczyszczalnia. Prototypowa, bezodorowa instalacja będzie przystosowana do przyjmowania ścieków od 20 tys. mieszkańców. Taki rozmiar wybrano nieprzypadkowo: oczyszczalnie tego typu są najmniej zaawansowane technologicznie, a zatem wykazują największy potencjał do poprawy. Opracowana technologia, podobnie jak inne przygotowywane przy wsparciu Funduszy Europejskich w ramach Programu Inteligentny Rozwój, będzie jednak skalowalna. Oznacza to, że przystosowanie jej na potrzeby większej oczyszczalni nie będzie żadnym problemem.

Nowatorska biogazownia

Wśród projektów, które powinny pozytywnie wpłynąć na stan środowiska naturalnego, znajduje się też „Innowacyjna biogazownia”. – W obecnej gospodarce biomasa jest często spalana, co cenne substancje biogenne zamienia w pył. Dodatkowo efektem spalania są smog i zanieczyszczenie powietrza, a także niszczenie bioróżnorodności. Tymczasem biogazownie nie powodują zanieczyszczeń oraz, co bardzo ważne, produkują naturalne nawozy. Obieg biogenów zostaje dzięki temu zamknięty, co jest głównym założeniem gospodarki obiegu zamkniętego – zwraca uwagę Tomasz Rożek, fizyk, autor kanału „Nauka. To lubię” w mediach społecznościowych.

Naturalne nawozy powstaną z masy pofermentacyjnej, a więc materiału pozbawionego pasożytów, patogenów, aktywnych nasion chwastów itp. – Masa pofermentacyjna jest bezpieczna do nawożenia pól, nie zawiera mikrozanieczyszczeń typu antybiotyki. Dodatkowo przefermentowana masa wzbogaca organicznie ziemię. Obecnie w Polsce ziemie stepowieją, a takie zabiegi poprawiają strukturę gleby. Dzięki temu powraca próchnica, a rośliny lepiej rosną – mówi o plusach przedsięwzięcia „Innowacyjna biogazownia” Miłosz Krzymiński z NCBR, kierownik projektu.

Dużą zaletą projektowanej instalacji będzie bezodorowość, czyli znacząca redukcja emisji uciążliwych dla człowieka zapachów. Jak sama nazwa wskazuje, kluczowym elementem będzie produkcja biometanu, który może być np. używany do maszyn rolniczych i eliminować zanieczyszczenia powietrza z maszyn. Możliwych zastosowań jest zresztą więcej. – Wprowadzając biometan do sieci, nie będzie trzeba wykorzystywać węgla czy drewna do ogrzewania domów. Pozwoli to ograniczyć smog i korzystnie wpłynie na nasze zdrowie – dodaje Miłosz Krzymiński.

Szczegółowe informacje na temat 9 przedsięwzięć badawczych NCBR wpisujących się w strategię Europejskiego Zielonego Ładu.

Chcesz wiedzieć więcej? Obejrzyj 8 krótkich filmów o przedsięwzięciach NCBR wpisujących się w strategię Green Deal: Zielone technologie? To lubię! - Narodowe Centrum Badań i Rozwoju - Portal Gov.pl (www.gov.pl).

---

Przedsięwzięcia: „Budownictwo efektywne energetycznie i procesowo”, „Innowacyjna biogazownia”, „Oczyszczalnia przyszłości”, „Magazynowanie energii elektrycznej”, „Magazynowanie Ciepła i Chłodu”, „Technologie domowej retencji”, „Wentylacja dla szkół i domów”, współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego, są realizowane w ramach projektu pozakonkursowego „Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez realizację przedsięwzięć badawczych w trybie innowacyjnych zamówień publicznych w celu wsparcia realizacji strategii Europejskiego Zielonego Ładu” w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Inteligentny Rozwój.

Przedsięwzięcia: „Ciepłownia przyszłości, czyli system ciepłowniczy z OZE” oraz „Elektrociepłownia w lokalnym systemie energetycznym” są współfinansowane ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach poddziałania 4.1.3 Innowacyjne metody zarządzania badaniami Programu Inteligentny Rozwój 2014–2020, w ramach projektu pozakonkursowego „Podniesienie poziomu innowacyjności gospodarki poprzez wdrożenie nowego modelu finansowania przełomowych projektów badawczych”.