OD INNOWACJI DO ZYSKU Publikacja końcowa

Transkrypt

1 OD INNOWACJI DO ZYSKU Publikacja końcowa Część 2. Transfer wiedzy z nauki do dolnośląskich przedsiębiorstw. Teoria i praktyka Projekt pt. Od innowacji do zysku Poddziałanie: Wsparcie dla współpracy sfery nauki i przedsiębiorstw Program Operacyjny Kapitał Ludzki CZŁOWIEK NAJLEPSZA INWESTYCJA

2 Na okładce: Krzysztof SAFIN Koordynator naukowy, Edyta NIEBIAŃSKA-GRĄDEK Koordynator projektu, Martin PROCHÁZKA Partner projektu (Republika Czeska), Vendulka PROCHÁZKOVÁ Partner projektu (Republika Czeska) Autorskie opracowanie monografii: Krzysztof SAFIN Władysław BAKALARZ Daniel BOROWIAK Mateusz CUSKE Andrzej GROBELNY Krystyna LECH-BRZYK Witold MUSIAŁ Michał PELCZARSKI Łukasz SZAŁATA Jerzy WITKOWSKI recenzent: Prof. dr hab. inż. Jerzy ZWOŹDZIAK Instytut Meteorologii i Gospodarki Wodnej Państwowy Instytut Badawczy w Warszawie Projekt graficzny Halina GRZYWACZ Fotografie na okładce Archiwum Federacji Pracodawców Polski Zachodniej Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego FEDERACJA PRACODAWCÓW POLSKI ZACHODNIEJ Biuro w Legnicy, ul. Jaworzyńska 261 tel./fax , biuro@fppz.pl Więcej o Federacji na stronie internetowej: ISBN Wydawnictwo Edytor ul. M. Rataja 14, Legnica tel./fax edytor@hm.pl, Spis treści Wstęp... 5 Innowacyjna koncepcja modernizacji gospodarki energetycznej obiektu Aquaparku Polkowice Komputerowo sterowane mieszadło wielostanowiskowe do eksperymentowania z mikroalgami Wybrane zagadnienia receptury preparatu do stosowania na skórę jako problem badawczo-rozwojowy. Dermatologiczne produkty lecznicze i kosmetyki w praktyce farmaceutycznej Koncepcja ekstrakcji związków organicznych z kompostu w celu uzyskania produktu polepszającego właściwości gleby Model optymalizacji zarządzania energią na terenie Zakładu Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych w Trzebieniu System kontroli zapełnienia kontenerów z transmisją danych w technologii GSM/SMS. Część System kontroli zapełnienia kontenerów z transmisją danych w technologii GSM/SMS. Część Budowa systemu ochrony przeciwuderzeniowej. Indywidualne, wentylowane osłony balistyczne, nowego typu, wyposażone w pneumatyczne kamizelki przeciwugięciowe Legnica 2015 Nakład: 500 sztuk Publikacja dystrybuowana bezpłatnie

3 Wstęp Innowacyjność gospodarki traktowana jest dość powszechne jako jeden z filarów jej konkurencyjności i główne źródło rozwoju społecznego i gospodarczego. Rosnące nakłady finansowe ponoszone przez coraz więcej krajów na badania, rozwój i powstawanie nowoczesnych rozwiązań, technologii i produktów mają zapewnić jej wzrost. Jak wynika z badań nie ma jednak takiego bezpośredniego związku. Wielomiliardowe nakłady na badania i rozwój w Polsce ponoszone w latach ze środków publicznych nie poprawiły istotnie sytuacji Polski w tym względzie. W nowej perspektywie budżetowej nakłady te nie będą mniejsze, choć przyjęto inne zasady ich dystrybucji. Eksperci unijni uznają, że jedną z istotnych słabości polskiego systemu innowacyjnego są głównie takie elementy jak, ( ) współpraca między samymi przedsiębiorstwami w dziedzinie innowacji oraz związki między nimi a sektorem publicznym, mała liczba patentów oraz relatywnie mała liczba firm, które z sukcesem wprowadzają innowacje na rynek. 1 W ocenie poziomu innowacyjności stosuje się wiele miar. Do głównych należą nakłady na B+R, patenty zgłoszone, wdrożone innowacje, udział przedsiębiorstw wysokiej technologii w ogólnej liczbie. W żadnej z tych miar Polska i polskie przedsiębiorstwa nie należą do czołówki. Dla przykładu, w Innovation Union Scoreboard [unijnej tablicy wyników innowacyjności] z 2013 r. państwa członkowskie zostały podzielone na cztery grupy. Liderami innowacji są Szwecja, Niemcy, Dania i Finlandia to kraje osiągające wyniki znacznie powyżej średniej UE. Kraje doganiające liderów: Holandia, Luksemburg, Belgia, Wielka Brytania, Austria, Irlandia, Francja, Słowenia, Cypr i Estonia wszystkie osiągnęły wynik powyżej średniej UE. Umiarkowani innowatorzy to Włochy, Hiszpania, Portugalia, Czechy, Grecja, Słowacja, Węgry, Malta i Litwa wyniki poniżej średniej UE. Polska należy do grupy innowatorów o skromnych wynikach. Wyniki w Polsce, 1 A. Słojewska, Wciąż jesteśmy mało innowacyjni na tle Unii, ]. 5

4 na Łotwie, w Rumunii i Bułgarii są znacznie niższe od średniej UE. Udział nakładów B+R przedsiębiorstw w PKB Polski od 2005 r. praktycznie się nie zmienił i stanowił jedynie około 14% średniej dla krajów UE. 2 Z kolei raport (EU Industrial R&D Investment Scoreboard) przygotowany dla Komisji Europejskiej przez Instytut Perspektywicznych Studiów Technologicznych (IPTS) w Sewilli, który dotyczy inwestycji w badania i rozwój w przemyśle i obejmuje 1500 największych światowych inwestorów w tej dziedzinie, w edycji najnowszej nie zawiera ani jednego polskiego przedsiębiorstwa. Jeszcze w roku w 2011 roku w gronie 1000 innowatorów było 7 przedsiębiorstw z Polski, w firm, a w Złośliwi komentatorzy twierdzą, że im więcej pieniędzy (w tym unijnych) Polska przeznacza na badania i rozwój, tym niższy jest poziom jej innowacyjności. Ocena Dolnego Śląska z perspektywy poziomu innowacyjności dokonywana m.in. w dokumentach RPO wiąże się z akcentowaniem głównie słabości i zagrożeń. Podkreśla się relatywnie niski udział zasobów ludzkich związanych z nauką i technologią w strukturze zatrudnienia, niewielkie znaczenie sektora przedsiębiorstw w działalności B+R; wysoki stopień zużycia aparatury naukowo-badawczej; niewystarczająca współpraca przedsiębiorstw (zwłaszcza MŚP) a sferą badawczo-rozwojową, niewielka liczbę przedsięwzięć realizowanych w ramach regionalnych sieci współpracy. 3 Z drugiej strony akcentuje się ogromny potencjał naukowy i badawczy. Wrocław jest po Warszawie i Krakowie trzecim ośrodkiem naukowym, a jego uczelnie politechniczne, medyczne i rolnicze należą do czołowych w Polsce. Na Dolnym Śląsku działa 11 parków technologicznych i przemysłowych; 38 szkół wyższych, 3 instytuty naukowe PAN, 2 resortowe instytuty badawcze, studiuje około 151,8 tys. studentów; (84% we Wrocławiu), pracuje 9 tys. nauczycieli akademickich. Równocześnie jednak zajmuje 151. miejscu wśród 208 badanych regionów europejskich pod względem innowacyjności. Ten stan to wynik wieloletnich zaniedbań, ułomności systemu i nawyków kulturowych, których nie daje się zmieniać przy pomocy rutynowych zabiegów ze strony administracji publicznej. Jego zmiana nie może się odbywać jedynie poprzez zasilenie finansowe, ale głównie poprzez systemowe i długofalowe działania na różnych poziomach zarządzania gospodarką i przy udziale głównych uczestników tego procesu. Podstawowymi elementami systemu innowacyjnego są bowiem oprócz administracji przynajmniej dwa dalsze sfera nauki i gospodarka. 2 J. Hausner i inni. Kurs na innowacje; Kurs%20na%20innowacje.pdf 3 WD_30_04_2014.pdf, s. 49] W takim ujęciu zakłada się, że nauka dostarcza innowacje, przedsiębiorcy je wdrażają (istnieją też sytuacje, że własne ośrodki badawcze przedsiębiorstw generują wynalazki oraz że uczelnie je wdrażają), a państwo odpowiada za stworzenie warunków dla ich funkcjonowania i dla efektywnego przebiegu tego procesu. Uczestników tego systemu jest więcej, a sieć powiązań oczywiście gęstsza, lecz ze względu na konwencję opracowania poprzestanie przy nich będzie uproszczeniem dozwolonym. Każdy z elementów tej triady jest traktowany w wielu opracowaniach jako słabe ogniwo, którego zachowania wymagają gruntownej zmiany. Projekt 4, którego efektem jest m.in. prezentowana publikacja, skupiał się głównie na próbie zmian w relacjach nauka biznes w ramach określonego systemu prawnego i politycznego i w ramach określonych uwarunkowań regionalnych. Projekt nie miał na celu zmian struktur i zachowań uczelni czy przedsiębiorstw (chociaż i w tym zakresie sformułowano wnioski i rekomendacje przedstawione w pierwszej części publikacji), a głównie wypracowanie dobrych praktyk w zakresie współdziałania i współpracy obu sfer. Jak wynika z wielu diagnoz, obie sfery postrzegane są jako uczestnicy życia społecznego i gospodarczego znajdujący się na przeciwstawnych biegunach i stykający się ze sobą jedynie z konieczności i raczej niechętnie. Te wzajemne relacje nauki i biznesu dają się streścić w krótkich charakterystykach obu stron. Nauka działa na zasadzie tym bardziej naukowo im mniej praktycznie, z kolei przedsiębiorstwa znajdują się w orbicie strategii naśladowczych, w systemie opartym na aplikowaniu gotowych wzorów, nie zaś na ich wytwarzaniu. Ten sposób wzajemnego postrzegania w odniesieniu do Dolnego Śląska ma swoje konsekwencje w istnieniu wielu fundamentalnych i uzupełniających barier współpracy nauki i gospodarki 5. Do barier podstawowych (fundamentalnych) należą: brak efektywnego popytu (zainteresowania) ze strony przedsiębiorstw, co wynika ze słabości ekonomicznej polskich przedsiębiorstw (brak własnych środków na badania); brak wymiernych korzyści dla jednostek naukowych i naukowców wynikających ze współpracy (ci pierwsi nie potrafią zarabiać, ci drudzy nie mogą), brak czasu (np. z powodu obciążenia dydaktyką); brak podaży technologii brak rozwiązań, które mogłyby zainteresować przedsiębiorstwa. Pozostałe bariery obejmują bariery biurokratyczno-organizacyjne, wynikające z przewlekłości procedur w jednostkach naukowych, brak wypracowanych standardów w zakresie umów, form współpracy itp., skomplikowane i długo- 4 Projekt Od innowacji do zysku. POKL /12 realizowany przez Federację Pracodawców Polski Zachodniej w Legnicy wraz z partnerem OHK Liberec. 5 Ich obszerną charakterystykę zawiera raport IBnGR. Zob. S. Szultka (red.), Badanie przedsiębiorstw regionu w zakresie konkurencyjności i innowacyjności oraz zapotrzebowanie na usługi proinnowacyjne

5 trwałe procedury związane z ubieganiem się o środki publiczne na projekty badawcze mające służyć gospodarce, brak profesjonalnej obsługi procesów transferu technologii m.in. w zakresie odpowiedniej ochrony własności intelektualnej, właściwej wyceny technologii, zabezpieczenia interesów i praw poszczególnych stron oraz brak odpowiednio przygotowanej oferty i jej prezentacji m.in. rozpoznanie potrzeb i oczekiwań środowiska gospodarczego oraz odpowiednia promocja oferty 6. Taka diagnoza przekładała się na cele szczegółowe i zadania w projekcie. Dotyczyły one z jednej strony umiejętności skorzystania przez naukowca ze swojej wiedzy fachowej i przełożenia jej na język praktyki (rozwiązania konkretnego problemu przedsiębiorstwa) 7, z drugiej zaś, zmuszały do pewnego przedsiębiorczego zaangażowania się w proces nadawania swoim opracowaniom charakteru uniwersalnego, nadającego się do komercjalizacji niezależnie od konkretnego przedsiębiorstwa. Z kolei przedsiębiorstwa były zmuszone do wypracowania umiejętności sięgania po efekty prac naukowych i stworzenia umiejętności doskonalenia i wdrażania, a także do twórczego rozwijania prac koncepcyjnych, włączenia w proces zmian wszystkich pracowników i tworzenia zrębów struktur umożliwiających taką współpracę na różnych etapach procesów produkcyjnego. Pobyt naukowców w przedsiębiorstwie oznaczał więc nie tylko zrealizowanie zlecenia dostarczenie rozwiązań, lecz również był praktyczną ilustracją alternatywnej ścieżki rozwoju swojej kariery zawodowej tworzenia na bazie swoich pomysłów podmiotów gospodarczych. Ze względu na powszechną nieznajomość lub ignorowanie takiego podejścia, było to ważne zadanie projektowe. Stopień rozwoju przedsiębiorczości akademickiej rozumianej jako prowadzenie własnych firm typu spin-off, spin-out znikomy. Tylko 6% badanych prowadzi własną firmę (9% kadry naukowej i 2% studentów). Zaledwie 8% badanych zainteresowanych podjęciem działalności gospodarczej zamierza uczynić taki krok w ciągu najbliższego roku, chociaż chęć wykorzystania w przyszłości swojej profesjonalnej wiedzy dotyczy 40% badanych. 8 6 Zob. Regionalna Strategia Innowacji dla Województwa Dolnośląskiego na lata Wrocław 2011, s Wg raportu przeprowadzonego przez Instytut Badań nad Gospodarką Rynkową, jedynie 1 na 80 dolnośląskich przedsiębiorstw deklaruje, iż utrzymuje współpracę ze sferą badawczo- -rozwojową. Jest to jeden z najniższych wskaźników odnotowanych spośród wszystkich województw. Blisko połowa ankietowanych pracowników naukowych nigdy nie pracowała w firmie komercyjnej. Zaledwie co trzeci posiada ponad 3-letnie doświadczenie pracy w firmie, a tylko co siódmy ponad 5-letnie. 8 G. Banerski, i. in., Przedsiębiorczość akademicka (rozwój firm spin-off, spin-out) zapotrzebowanie na szkolenia służące jej rozwojowi. Raport z badania, Polska Agencja Rozwoju Przedsiębiorczości, Warszawa 2009 Zainteresowanie zagadnieniami przedsiębiorczości akademickiej będzie jednak wzrastać. Ten trend ma szereg źródeł 9 : w działaniach dotyczących komercjalizacji nowych pomysłów z nauki do gospodarki szczególnie efektywny okazuje się model wynalazca przedsiębiorca, umożliwiający bieżącą korektę nowych rozwiązań pod kątem oczekiwań rynku i konsumentów; narastająca presja innowacyjna prowadzi do skrócenia czasu od pomysłu do rynkowego zastosowania, co wymusza przestrzenne zbliżenie firmy i instytucji naukowej czy uniwersytetu, naukowca i przedsiębiorcy; poszukiwanie nowych form zwiększania dochodów szkół wyższych i instytucji naukowych poprzez udrożnienie kanałów komunikacji i współpracy z biznesem; coraz szersza sieć instytucji wspierania przedsiębiorczości (parki, inkubatory) dysponuje instrumentami pomocy w tworzeniu nowych przedsięwzięć biznesowych przez naukowców; coraz silniejsza potrzeba uatrakcyjniania oferty edukacyjnej o przygotowanie do praktycznego wykorzystania zdobywanej wiedzy we własnej firmie; Ważnym czynnikiem jest rynek pracy. Coraz bardziej wymagający rynek tworzy trudną do pokonania barierę dla ambitnych absolwentów szkół wyższych, a samozatrudnienie staje się relatywnie prostą drogą przełamania impasu w tym zakresie. 10. Według dziennika The Guardian wśród zawodów przyszłości można wyróżnić trzy kategorie te, które skazane są na wymarcie (działacz związkowy, żołnierz, pracownik budowlany), takie, które się nigdy nie zestarzeją (np. prawnik, polityk, pisarz) oraz zawody przyszłościowe inżynier mechatroniki, bioinformatyk i bardziej futurystyczne jak terapeuta eksperymentalny, internetowy pośrednik edukacyjny, itp. Wnioski płynące z tych analiz wskazują, że zawody przyszłości związane są z wiedzą, nowoczesną technologią oraz że sama wiedza nie wystarczy Jeśli twoja obecna praca opiera się wyłącznie na wiedzy i intelekcie, przygotuj się na to, że do końca tej dekady stracisz źródło dochodu ( ) Liczyć się będzie ludzki czynnik, dzięki któremu potrafimy zwiększyć wartość naszej pracy ; po trzecie więc, pracę trzeba sobie stworzyć 11. W takim ujęciu podstawową i pożądaną cechą zachowań ludzi, także tych związanych z sektorami wiedzy (nauki) jest przedsiębiorczość. Warunki otoczenia zmuszają wszystkich do aktywności niezależnie od roli i pozycji w uczelnianej hierarchii. Stąd oczekuje się, że przedsiębiorczy uniwersytet będzie skupiał 9 Por. G. Banerski i in. op. cit. 10 G. Banerski i inni,

6 przedsiębiorczych profesorów, którzy wykształcą przedsiębiorczych studentów. Przedsiębiorczy oznacza nie tylko umiejętność zakładania przedsiębiorstw, ale również komercjalizację wiedzy, a także pozyskiwania środków na badania, na publikacje, na kształcenie w niszowych dziedzinach, na uczestnictwo w ciekawych konferencjach, itp. Taka koncepcja nie stawia alternatyw studiować czy zarabiać, bądź badać czy komercjalizować. Wychodzi się raczej z założenia, że najlepszym sprawdzianem wiedzy zdobywanej i tworzonej jest rynek (klient, gospodarka). Sprostanie jego oczekiwaniom wymaga wysokiej wiedzy, ciekawych koncepcji, inteligentnego podejścia biznesowego. Nie zamyka się drogi rozwoju tym, którzy poświęcają się głównie refleksji i studiom, ale nakazuje wprowadzać element efektywności i przydatności. 12 Polskie uczelnie i ich pracownicy ukształtowani są głównie w optyce pierwszej i duchu tradycyjnego modelu uniwersytetu humboldtowskiego, co znajduje odbicie w postawach i przekonaniach ludzi nauki oraz programach i koncepcjach kształcenia. Historycznie ukształtowane modele zachowań przedsiębiorczych mają wymiar pejoratywny, a ( ) w połączeniu z patologiami początkowych okresów transformacji [ ] spowodowały utrwalenie negatywnych stereotypów przedsiębiorców. Ugruntowanie proprzedsiębiorczych wartości kulturowych jest konieczne do zmiany takiego stanu rzeczy, a więc z jednej strony innowacyjnych przedsięwzięć, z drugiej zaś do poprawienia działania small businessu. 13 W obu tych aspektach przedsiębiorczość akademicka powinna odgrywać znaczącą rolę promotora przedsiębiorczości twórcy przedsiębiorstw opartych na wiedzy oraz nosiciela nowych idei i innowacyjnych rozwiązań dla już funkcjonujących przedsiębiorstw. Wydaje się, że wszelkie działania dające szanse na wzrost poziomu przedsiębiorczości, w tym przedsiębiorczości ludzi nauki, powinny być szczególnie wspierane i promowane. Warto podkreślać konieczność stosowania różnorodnych metod i odchodzić od rozwiązań opartych jedynie na wsparciu finansowym lub ograniczonych do modeli i programów edukacyjnych. Efekty wpływu programów nauczania ujawniają się bowiem w długim okresie, a nie wspierane pozytywnymi przykładami, prestiżem przedsiębiorców i nie represyjnym systemem prawnym, najsprawniej nawet przeprowadzone lekcje nie będą w stanie zachęcać do ryzyka uruchamiania własnej firmy. Z kolei oferowanie jedynie środków finansowych bez pobudzania kreatywności, przełamywania oporów przed ryzykiem, to najczęściej zbyt słaba podstawa do tworzenia nowych idei. 12 Por. Przedsiębiorczość akademicka. Jak komercjalizować wiedzę powstającą we wrocławskim środowisku naukowym. Wrocław [B.Glinka, Kulturowe uwarunkowania przedsiębiorczości w Polsce, PWE Warszawa 2008, s Projekt Od innowacji do zysku, choć obejmował wąską grupę i wąski zakres, doskonale wpisał się w te tendencje różnicowania metod i instrumentów wspierania procesów innowacyjnych i przedsiębiorczych w gospodarce. Stworzył, jak się wydaje, doskonałą bazę dobrych praktyk i możliwości ich powielania i rozszerzania na kolejne przedsięwzięcia i grupy przedsiębiorstw. Można by, cytując autorów książki Od pomysłu do zysku, podkreślić efekt multiplikacyjny projektu. Jeśli innowacje przynoszą firmie pieniądze, może ona stworzyć kolejne nowe pomysły, produkty, usługi i procesy oraz zapewnić sobie rozwój organiczny. A to z kolei może pomóc w pobudzeniu wzrostu w globalnej gospodarce i podniesieniu jakości codziennego życia pracowników i klientów firmy, a także ludzi na całym świecie. Dzięki innowacjom mogą powstawać nowe rynki, a gospodarki mogą łatwiej adaptować się do zmiennych warunków innowacje owocują bowiem nowymi sposobami podejścia do tak palących problemów, jak energetyka, opieka zdrowotna, edukacja, ubóstwo. 14 W projekcie wzięli udział przedstawiciele dolnośląskiej nauki i przedsiębiorcy. Pracownicy naukowi reprezentowali różne dyscypliny wiedzy o dużym potencjale wdrożeniowym określonych w Regionalnej Strategii Innowacji na lata , przede wszystkim związanych tzw. sustainablelife style, takich jak biotechnologia, nauki o żywności, technologia na rzecz ochrony środowiska, itp. Byli oni związani zawodowo z uczelniami Wrocławia, głównie Politechniki Wrocławskiej i Uniwersytetu Przyrodniczego, ale również Uniwersytetu Medycznego, Ekonomicznego i Wyższej Szkoły Handlowej. Przedsiębiorstwa, w których odbywali staże, to głównie małe i średnie przedsiębiorstwa mające swoje siedziby na terenie Dolnego Śląska. Poziom zainteresowania uczestniczeniem w przedsięwzięciu stał w pewnej opozycji do zidentyfikowanego stanu współpracy obu środowisk. Wg raportu przeprowadzonego przez Instytut Badań nad Gospodarką Rynkową jedynie 1 na 80 dolnośląskich przedsiębiorstw deklaruje, iż utrzymuje współpracę ze sferą badawczo-rozwojową. Jest to jeden z najniższych wskaźników odnotowanych spośród wszystkich województw. Tymczasem sprawozdania z prowadzonych podobnych projektów świadczą o chęci inicjowania takich kontaktów przez coraz szersze kręgi. Dla przykładu, do realizowanego przez WCTT projektu Dolnośląski Bon na Innowacje zgłoszono blisko 500 wniosków. Przyznano 306 bonów na usługi na rzecz MSP, na kwotę ponad 5 mln złotych. W ramach projektu finansowano prace B+R ukierunkowane na uzyskanie innowacyjnych efektów wdrożeniowych, poprzez opracowanie nowej lub udoskonalenie istniejącej usługi bądź produktu przedsiębiorstwa bądź wykonanie analiz, testów, innych badań. 14 J.P. Andrew & H.L. Sirkin, Od pomysłu do zysku. Jak zebrać owoce innowacji. MT Biznes, Warszawa 2008, s

7 W miejskim programie wsparcia partnerstwa szkolnictwa wyższego i nauki oraz sektora aktywności gospodarczej Mozart miasto Wrocław finansuje 30 partnerstw. Program ten jest formą wsparcia finansowego partnerstw, których celem jest powstanie nowych produktów, usług oraz innych rozwiązań mających wpływ na rynek pracy we Wrocławiu. Od początku cieszy się zainteresowaniem naukowców przewyższającym możliwości finansowe miasta. Zaprezentowane w niniejszej publikacji artykuły nie są sprawozdaniami z wykonanych prac, a artykułami naukowymi opartymi na zrealizowanych badaniach i/lub pracach wdrożeniowych, jednak pozwalają ocenić poziom przedsiębiorczego zaangażowania naukowców. Odbyte staże pozwoliły wielu z nich na wypracowanie dojrzałych koncepcji biznesowych, choć zaczynając projekt nie mieli takiego zamiaru. Tom drugi publikacji ma charakter monograficzny zawiera 8 prezentacji problemu i innowacyjnych rozwiązań technologicznych, produktowych i organizacyjnych wdrażanych w dolnośląskich przedsiębiorstwach. W opracowaniu Innowacyjna koncepcja modernizacji gospodarki energetycznej obiektu Aquaparku Polkowice zaproponowano wielowariantową modernizację gospodarki energetycznej Aquaparku, polegającą na innowacyjnym, hybrydowym połączeniu ko/trigeneracji ze źródłami energii odnawialnej panelami fotowoltaicznymi bądź kolektorami słonecznymi. Każdy z wariantów został wzbogacony o szacowanie kosztów inwestycyjnych i eksploatacyjnych przedsięwzięcia. Wskazano 2 korzystne scenariusze wdrożenia nisko i wysokonakładowy. Artykuł Komputerowo sterowane mieszadło wielostanowiskowe do eksperymentowania z mikroalgami prezentuje przygotowany projekt mieszadła wielostanowiskowego wraz z oprogramowaniem, pozwalający firmie AlgaeLabs realizować eksperymenty związane z namnażaniem biomasy mikroalg Haematococcus pluvialis w celu pozyskiwania astaksantyny na potrzeby nutraceutyczne. Spółka AlgaeLabs powstała w celu komercjalizacji wyników badań i zajmuje się produkcją czystej astaksantyny dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego. System kontroli zapełnienia kontenerów z transmisją danych w technologii GSM/SMS prezentuje koncepcję oraz uwarunkowania techniczne i organizacyjne wraz z wynikami testów systemu do zdalnego zbierania informacji o zapełnieniu kontenerów na odpady segregowane i niesegregowane. Opracowane rozwiązanie jest odpowiedzią na problem zgłoszony przez Przedsiębiorstwo Produkcyjno-Usługowo-Handlowe Metarol sp. z o.o. w Lubinie. Kolejny artykuł to Koncepcja ekstrakcji związków organicznych z kompostu w celu uzyskania produktu polepszającego właściwości gleby. Celem przedsięwzięcia było opracowanie koncepcji ekstrakcji mieszaniny związków humusowych stanowiących produkt o potencjale wdrożeniowym w przemyśle. Artykuł związany jest z realizacją przedsięwzięcia badawczo-wdrożeniowego na rzecz Miejskiego Zakładu Gospodarki Komunalnej sp. z o.o. w Bolesławcu. W artykule Wybrane zagadnienia receptury preparatu do stosowania na skórę jako problem badawczo-rozwojowy, dokonano analizy uwarunkowań procesu B+R w specyficznej z punktu widzenia prawnego, etycznego i zdrowotnego dziedzinie nauki jaką jest farmacja. Artykuł zawiera analizę aspektów teoretycznych w konfrontacji z doświadczeniem nabytym m.in. w toku realizacji projektu. Badania prowadzone były w spółce Herbapol Wrocław SA., specjalizującej się w wytwarzaniu produktów leczniczych na bazie surowców zielarskich. Artykuł pt. Model optymalizacji zarządzania energią na terenie Zakładu Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych w Trzebieniu. W artykule zaprezentowano model optymalizacji zarządzania energią na terenie Zakładu z uwzględnieniem możliwości wdrożenia na powierzchni dachowej hal technologicznych systemu instalacji fotowoltaicznej do celów produkcji energii elektrycznej dla uzupełnienia potrzeb energetycznych funkcjonowania przedsiębiorstwa. Opracowanie przygotowane dzięki współpracy naukowca i kierownika przedsiębiorstwa zawiera wielowymiarowe analizy wraz z koncepcją finansowania przedsięwzięcia. Tom zamyka artykuł Budowa systemu ochrony przeciwuderzeniowej przedstawia wyniki prac prowadzonych na bazie realizacji projektu w przedsiębiorstwie Pexo Gwidon Biedrowski w Lubinie. Przedsięwzięcie polegało na opracowaniu nowej odmiany wentylowanej kamizelki przeciwuderzeniowej składającej się z zewnętrznej kamizelki balistycznej oraz wewnętrznej kamizelki przeciwugięciowej. Artykuł prezentuje zarówno koncepcję, jak i sposób realizacji przedsięwzięcia i możliwości zastosowania proponowanych rozwiązań. Zawarte w tomie opracowania zostały przygotowane zgodnie z logiką projektu, tzn. zawierają nie tylko naukowe podstawy proponowanych rozwiązań, lecz również aspekty wdrożeniowe. Większość opracowań, podobnie jak te opisane w publikacji uwzględniały uwarunkowania prawne, organizacyjne a często również finansowe możliwości przedsiębiorstwa. Stąd ich przydatność praktyczną należy ocenić wysoko. Odniesienie współpracy, badań i wdrożeń do MSP, a głównie do małych przedsiębiorstw, może stanowić podstawę do wypracowania specyficznego, dolnośląskiego modelu współpracy sfery nauki i sfery biznesu na rzecz wzrostu regionalnej innowacyjności. Jego specyfiką może być nie tylko zwracanie się w kierunku małych podmiotów, co jest zwłaszcza trudne, ze względu na wielość ich potrzeb przy ograniczonych zasobach, a głównie kompleksowy zakres współpracy oferowany podmiotom przez naukowców. Autorzy zamieszczonych tekstów, a także pozostali uczestnicy projektu, poprzez udział w stażu i przedsięwzięciach przygotowawczych naby

8 li kompetencje również w zakresie organizacyjno-finansowego przygotowania przedsięwzięcia badawczego 15. Przedsiębiorcy bądź menedżerowie małej firmy niechętnie podejmują współpracę cząstkową, wymagającą udziału wielu osób-ogniw pośrednich, wąskich specjalistów. Ze względu na czas, szczupłość kadrową rozpoczynając pracę liczą na dostrzeżenie efektu w krótkim czasie (co przy innowacjach często nie jest możliwe), lecz również wskazania kierunku i pomocy, także w przygotowaniu wniosków aplikacyjnych o ich finansowanie i zorganizowania zespołu realizacyjnego. Udział w projekcie powinien być dobrą rekomendacją dla jego uczestników do podejmowania kolejnych wspólnych przedsięwzięć z przedsiębiorcami. Innowacyjna koncepcja modernizacji gospodarki energetycznej obiektu Aquaparku Polkowice 1. Wprowadzenie Właściwe zarządzanie energią jest jednym z najistotniejszych problemów każdego właściciela obiektu. Utrzymywanie niskich kosztów zużycia energii oraz niskiej emisji dwutlenku węgla, a przy tym zdrowego, produktywnego środowiska znacząco podnosi wartość obiektu. Zarządzanie energią niczym nie różni się od innych działań biznesowych. Jeśli coś da się zmierzyć, to da się tym zarządzać, a zużycie energii można dziś mierzyć bardzo dokładnie. Norma ISO (w Polsce przyjęta jako PN-EN ISO 50001:2012 Systemy zarządzania energią Wymagania i zalecenia użytkowania) ustanawia nowy standard w zakresie Systemu Zarządzania Energią (ZSE) [PN-EN ISO 50001:2012]. Podstawowy cel normy to udzielenie firmom pomocy w zakresie tworzenia systemów i procesów niezbędnych do poprawy wyniku energetycznego, w tym: efektywności energetycznej, wykorzystania i zużycia energii. Spodziewane efekty to: zmniejszenie emisji gazów cieplarnianych, zmniejszenie kosztów energii, zmniejszenie innych oddziaływań na środowisko. 15 Szczegółowy opis przebiegu i efektów projektu Od innowacji do zysku znajduje się w tomie pierwszym publikacji końcowej. 14 Wdrażanie SZE opiera się o zadania cząstkowe cyklu Deminga: Plan-Do- -Check-Act (PDCA), co umożliwia łatwą integrację tego systemu z istniejącymi już w jednostce Systemami Zarządzania [Plis, 2011, s. 15] i idzie w parze z Ustawą o efektywności energetycznej z r [Dz. U. z 2011 r. Nr 94 poz. 551 wraz z późniejszymi zmianami]. 15

9 Ustawa o efektywności energetycznej ustala krajowy cel w zakresie oszczędnego gospodarowania energią, wyznaczający uzyskanie do 2016 r. oszczędności energii finalnej w ilości nie mniejszej niż 9% średniego krajowego zużycia tej energii w ciągu roku, przy czym uśrednienie obejmuje lata Tak więc wprowadzanie systemów wspierających proefektywnościowe działania jest jak najbardziej celowe i jest to pierwszy krok w kierunku poprawy wskaźników energochłonności w firmie. Niemal w każdym obiekcie, w którym występuje jednoczesne zapotrzebowanie na energię elektryczną, ciepło oraz zimno, możliwe jest wdrożenie skojarzonego sytemu kogeneracyjnego ze zintegrowanym urządzeniem chłodniczym (trigeneracja) [Chorowski, 2014, s. 46], [Pająk S, 2014, s. 43]. Takimi obiektami, korzystnymi do inwestowania w systemy ko/trigeneracyjne są aquaparki, bowiem występuje w nich zapotrzebowanie na ciepło również w okresie letnim, jest więc gdzie efektywnie zagospodarować w lecie ciepło odpadowe. Poza tym aquaparki to zwykle obiekty 1 lub 2 kondygnacyjne, o dużych powierzchniach, które posiadają rozbudowane, dobrze nasłonecznione powierzchnie dachowe. Istnieją więc korzystne warunki do wykorzystania energii słońca. Można na nich montować panele fotowoltaiczne, bądź kolektory słoneczne [Nowak, Stachel, 2011, s. 55]. Aquapark w Polkowicach jest obiektem szczególnie korzystnym, bowiem posiada rozbudowaną część rekreacyjną oraz leczniczą, stąd ma zapotrzebowania na różne formy energii. Zastosowanie systemu ko/trigeneracyjnego oraz paneli fotowoltaicznych, bądź kolektorów słonecznych może przynieść obiektowi znaczne korzyści ekonomiczne oraz środowiskowe. 2. Charakterystyka Aquaparku Polkowice Kompleks Aquapark w Polkowicach został oddany do użytku w 1998 roku. Podstawowymi obszarami działalności kompleksu była pływalnia, dział rehabilitacji i odnowy biologicznej oraz sekcja sportowa z klubem fitness. W ramach modernizacji (etap II) w 2005 r. dobudowano do istniejącego obiektu kriokomorę. W 2008 roku zostały oddane do użytku kolejne części polkowickiego Aquaparku (etap III budowy i funkcjonowania). Kompleks został bowiem rozbudowany o basen sportowy, kręgielnię oraz salę gimnastyczną. Nowe obiekty połączono integralnie z istniejącą już infrastrukturą, aby możliwy był do nich dostęp bez opuszczania budynku Aquaparku. Obecnie Aquapark jest regionalnym centrum rekreacyjno-rehabilitacyjnym, świadczącym usługi zarówno o charakterze rozrywkowym, jak i prozdrowotnym oraz zdrowotnym [Dokumentacje projektowe i techniczne Aquaparku, ] Charakterystyka energetyczna obiektu Energia wykorzystywana w Aquaparku pochodzi z 3 źródeł: energia cieplna z elektrociepłowni w Polkowicach dostarczana za pośrednictwem PGM w Polkowicach, energia cieplna z obiektowej kotłowni gazowej o mocy nominalnej 1,79 MW, energia elektryczna dostarczana przez Tauron Polska Energia poprzez krajowy system energetyczny. Obecnie zainstalowany jest w Aquaparku tylko 1 licznik ciepła na doprowadzeniu ciepła z PGM Polkowice do węzła cieplnego. Nieznane są ilości ciepła produkowane przez obiektową kotłownię gazową. Nieznane są również ilości ciepła wykorzystywane w sezonie grzewczym i letnim w poszczególnych obiegach ciepła: instalacji c.o., instalacji c.w.u., instalacji ciepła technologicznego, a także rzeczywiste ilości zużywanej ciepłej wody użytkowej w poszczególnych działach Aquaparku. Pełne opomiarowanie obiektu umożliwiłoby analizę zużycia energii cieplnej w poszczególnych obiegach i jego poprawne zbilansowanie, a w konsekwencji zmniejszenie zużycia ciepła i w zimie i w lecie poprzez odzysk ciepła z istniejących obiegów wody ciepłej, przede wszystkim z wody basenowej. Jest to podstawowa konieczność Aquaparku przed kolejnymi planami modernizacji. Przy obecnym opomiarowaniu Aquaparku możliwe było sporządzenie bilansu mediów na podstawie istniejącej dokumentacji projektowej, a dla wody zimnej, gazu i energii cieplnej dostarczanej z PGM rzeczywistych bilansów z lat 2012, 2013 i I VIII 2014 [Dokumentacje techniczne Aquaparku, ]. Przedstawiono go w tabeli 1. Tabela 1. Sumaryczny bilans mediów 16 17

10 3. Wariantowa koncepcja modernizacji gospodarki energetycznej obiektu Na podstawie sumarycznego bilansu mediów opracowano koncepcję modernizacji gospodarki energetycznej obiektu w IV podstawowych wariantach, dla których dobrano podstawowe urządzenia i oszacowano koszty inwestycyjne każdego w nich [Materiały ofertowe Viessmann, CES, 2014]. Proponowane rozwiązania związane są ze zmianą źródeł energii: 1) Wariant WI(KO) to zastosowanie systemu kogeneracyjnego o mocy elektrycznej 550 kwe, 2) Wariant WI(KO)+WII(ST) to zastosowanie systemu trigeneracyjnego o mocy elektrycznej 550 kwe, cieplnej 625 kw lub chłodniczej 437 kw, 3) Wariant WIA(KO)+WIIA(ST) to zastosowanie systemu trigeneracyjnego o mocy elektrycznej 400 kwe, cieplnej 455 kw lub chłodniczej 318 kw, 4) Wariant III(PV) to zastosowanie ogniw fotowoltaicznych o mocy elektrycznej 250 kwe, 5) Wariant IV(KS) to zastosowanie kolektorów słonecznych o mocy cieplnej 1650 kw. Opis wariantów: a) Wariant WI(KO): W miejsce istniejącej kotłowni gazowej (jej eksploatacja jest obecnie nieuzasadniona ekonomicznie) proponuje się zastosowanie systemu kogeneracyjnego CHP (z ang. Combined Heat and Power) o mocy elektrycznej 550 kwe, zbudowanego w oparciu o agregat prądotwórczy wyposażony w silnik spalinowy zasilany gazem ziemnym. W wariancie tym istnieje możliwość uzyskania świadectwa efektywności energetycznej tzw. Białego certyfikatu oraz tzw. Żółtych certyfikatów przyznawanych operatorom instalacji kogeneracyjnych, produkujących w skojarzeniu energię elektryczną i cieplną, co zmniejszy znacząco koszty inwestycyjne i koszty energii. b) Wariant WI(KO)+WII(ST): W miejsce istniejącej kotłowni gazowej oraz energochłonnego agregatu chłodniczego proponuje się zastosowanie systemu trigeneracyjnego o mocy elektrycznej 550 kwe, cieplnej 625 kw lub chłodniczej 437 kw. Systemy trigeneracyjne służą do jednoczesnej produkcji energii elektrycznej, cieplnej oraz chłodniczej. Również w tym wariancie istnieje możliwość uzyskania tzw. Białego certyfikatu oraz tzw. Żółtych certyfikatów. W wariancie tym zostanie wyeliminowany z układu chłodniczego szczególnie szkodliwy dla środowiska freon. Polska zobowiązana jest Protokołem Montrealskim oraz Konwencją Wiedeńską o ochronie warstwy ozonowej do zaprzestania importu i użytkowania produktów zawierających freony i halony. Zostanie uzyskany więc pozytywny efekt środowiskowy. c) Wariant WIA(KO)+WIIA(ST): Wariant ten jest wariantem wspomagającym wariant WIII(PV); zastosowano więc system trigeneracyjny o mocy elektrycznej 400 kwe cieplnej 455 kw lub chłodniczej 318 kw. d) Wariant WIII(PV): Proponuje się pozyskanie części energii elektrycznej przez ogniwa fotowoltaiczne PV o mocy elektrycznej 250 kwe, umieszczone na dachu obiektu. Aquapark zlokalizowany jest na terenie lekko wznoszącym się w kierunku miasta, jest doskonale nasłoneczniony. Jednak tylko nad częścią obiektu jest to dach płaski. Wpięcie instalacji ogniw PV nastąpi, po przetworzeniu energii na prąd zmienny w inwerterze, w system istniejącej rozdzielni elektrycznej obiektu. Wariant ten będzie skojarzony z wariantem WIA(KO) lub wariant WIA- (KO)+WIIA(ST). e) Wariant WIV(KS): Wariant WIV(KS) to wariant WIII(PV), w którym zamiast ogniw PV zainstalowano kolektory słoneczne o mocy cieplnej 1650 kw. Wpięcie instalacji kolektorów słonecznych w istniejący system cieplny obiektu nastąpi poprzez zasobniki ciepła w układ istniejącego sprzęgła hydraulicznego między kotłownią gazową a węzłem cieplnym. Wariant ten będzie skojarzony z wariantem WI(KO) lub WI(KO)+WII(ST). Podobnie jak w wariancie III istnieje możliwość uzyskania tzw. Białego certyfikatu oraz tzw. Żółtych certyfikatów, a także tzw. Zielonych certyfikatów, przyznawanych wytwórcom energii ze źródeł odnawialnych, a do takich należą kolektory słoneczne. Zmniejsza to znacząco koszty inwestycyjne inwestycji oraz koszty energii. Możliwe jest skojarzenie wariantu WIV(KS) o mocy cieplnej 1650 kw z wariantem WIII(PV) o mocy elektrycznej 250 kwe w przypadku wygospodarowania dodatkowego terenu na ustawienie 1000 kolektorów słonecznych, bądź paneli fotowoltaicznych

11 Tabela 2. Szacunkowe koszty inwestycyjne systemów kogeneracyjnych i trigeneracyjnych OZNACZENIA: KO system kogeneracyjny, ST system trigeneracyjny, KS kolektory słoneczne, PV panele fotowoltaiczne Możliwe jest też z zastosowanie kolektorów hybrydowych np. Ensol E-PVT 2,0 o mocy szczytowej termicznej 1037 Wth i mocy szczytowej elektrycznej 300 We dla kolektora o powierzchni 2,02 m 2 (przy 1000 W/m 2 ) Koszty inwestycyjne przedsięwzięcia W tabelach 2, 3 i 4 zamieszczono szacunkowe koszty inwestycyjne poszczególnych wariantów modernizacji gospodarki energetycznej obiektu. Składowe kosztów zaczerpnięto z ofert handlowych lub katalogów producentów, bądź są to wartości szacunkowe ustalone z producentami i projektantami instalacji. Zgodnie z tabelą 2 w przypadku systemu kogeneracyjnego i trigeneracyjnego rozważano możliwość wykorzystania: systemu WI(KO) o mocy elektrycznej 550 kw do produkcji energii elektrycznej i ciepła (625 kw), systemu WI(KO)+WII(ST) o mocy elektrycznej 550 kw do produkcji energii elektrycznej i ciepła (625 kw), bądź zamiennie chłodu (437 kw); w okresach mniejszego zapotrzebowania na chłód, wykorzystywane byłoby ciepło, systemu WIA(KO)+WIIA(ST) o mocy elektrycznej 400 kw (przy równoległym zastosowaniu systemu PV o mocy 250 kw) do produkcji energii elektrycznej i ciepła (455 kw), bądź zamiennie chłodu (318 kw); w okresach mniejszego zapotrzebowania na chłód, wykorzystywane byłoby ciepło. Tabela 3. Szacunkowe koszty inwestycyjne systemu fotowoltaicznego 20 21

12 Tabela 4. Szacunkowe koszty inwestycyjne systemu kolektorów słonecznych 1. Z kombinacji wariantów niskonakładowych (ok. 2 3 mln) wariant WI- (KO) i wariant WI(KO)+WII(ST) dają porównywalny dochód (ok. 1 mln w roku) i porównywalny PBP (2,3 i 3,2 lat odpowiednio). Przy czym wariant WI(KO)+WII(ST) daje bardziej wszechstronne możliwości, bo produkcję energii elektrycznej, cieplnej i chłodu, w pełni pokrywając zapotrzebowanie obiektu na energię elektryczną i na chłód oraz częściowo na energię cieplną. 2. Z kombinacji wariantów wysokonakładowych (ok. 4 5 mln) kombinacje WIA(KO)+WIII(PV) oraz WIA(KO)+WIIA(ST)+WIII(PV) dają porównywalny dochód (ok. 1 mln w roku) i porównywalny PBP (5,8 i 7 lat). Przy czym w kombinacji WIA(KO)+WIIA(ST)+WIII(PV) ilość produkowanego chłodu nie pokrywa zapotrzebowania obiektu. W obu przypadkach w pełni pokryte będzie zapotrzebowanie obiektu na energię elektryczną oraz częściowo na energię cieplną. OZNACZENIA: KO system kogeneracyjny, ST system trigeneracyjny, KS kolektory słoneczne, PV panele fotowoltaiczne 3.2. Koszty eksploatacyjne przedsięwzięcia W tabeli 5 zamieszczono obliczone szacunkowe zyski, jako koszty uniknięte, z wyprodukowanej energii elektrycznej, cieplnej i chłodu w poszczególnych wariantach i ich kombinacjach oraz z certyfikatów za energię wyprodukowaną w kogeneracji (KO) (certyfikaty żółte) i energię wyprodukowaną w odnawialnych źródłach energii OZE (PV i KS) certyfikaty zielone. Obliczenia dotyczą roku. W tabeli 5. obliczenia dotyczą 9 wyszczególnionych kombinacji wariantów podstawowych WI(KO)/WIA(KO), WII(ST)/WIIA(ST), WIII(PV) i WIV(KS). Ich opis znajduje się też w tabeli 6. W tabeli 6 oszacowano również okres zwrotu nakładów inwestycyjnych wszystkich kombinacji wariantów podstawowych. Analiza techniczno-ekonomiczna wskazała na możliwe 2 scenariusze wdrożenia: 3.3. Efekt ekologiczny przedsięwzięcia Analizie poddano 2013 r, dla którego znane były rzeczywiste zużycia energii elektrycznej, cieplnej i gazu w Aquaparku. Posługując się metodą wskaźnikową obliczono emisje zanieczyszczeń emitowanych podczas produkcji tych ilości energii w kotłowni gazowej Aquaparku (KG), w Elektrociepłowni w Polkowicach (EC) i w Tauronie Polska Energia (TPE). Następnie obliczono emisje zanieczyszczeń w przypadku zainstalowania systemu kogeneracyjnego i pozyskiwania z niego energii elektrycznej w ilości pokrywającej całkowite zapotrzebowanie obiektu oraz energii cieplnej w ilości pokrywającej częściowe zapotrzebowanie Aquaparku (20%) wariant WI(KO) (niskonakładowy). Rozpatrzono też kombinację wariantów wysokonakładowych WIA(KO)+WIII(PV), czyli zainstalowanie systemu kogeneracji i paneli fotowoltaicznych. Wartości obliczonych emisji przedstawiono w tabeli 7. W tabeli 7 zamieszczono wartości emisji tzw. unikniętych dla poszczególnych zanieczyszczeń dzięki zaproponowanym modernizacjom w przypadku realizacji wariantu WI(KO) i wariantu WIA(KO)+WIII(PV). Większy efekt ekologiczny uzyskano w wariancie wykorzystującym zeroemisyjne panele fotowoltaiczne łącznie z systemem kogeneracji (WIA (KO)+WIII(PV)). Redukcja emisji CO 2 wyniesie ponad 52%. Największe redukcje emisji uzyskuje się dla tlenków azotu (ponad 78%) oraz dla tlenków siarki (ok. 70%). Również emisja pyłu TSP zostanie znacznie zmniejszona o ponad 44%. W przypadku wariantu WI(KO) redukcje te wyniosą odpowiednio: ponad 44% dla CO 2, ponad 76% dla tlenków azotu, ponad 58% dla tlenków siarki oraz ponad 23% dla pyłu TSP

13 Tabela 5. Szacunkowe zyski za energię i certyfikaty w roku Tabela 6. Szacunkowy okres zwrotu nakładów inwestycyjnych 24 25

14 Tabela 7. Szacunkowa wartość emisji unikniętej w 2013 r. OZNACZENIA: TPE Tauron Polska Energia, EC Elektrociepłownia Polkowice, KG kotłownia gazowa Aquaparku 4. Podsumowanie Zaproponowana wielowariantowa modernizacja gospodarki energetycznej Aquaparku to innowacyjne, hybrydowe połączenie ko/trigeneracji ze źródłami energii odnawialnej panelami fotowoltaicznymi bądź kolektorami słonecznymi. Każdy z wariantów przyniesie zyski ekonomiczne i ekologiczne, wpisując się w politykę Polski i UE w zakresie zwiększania efektywności energetycznej, oszczędzania energii, wprowadzania Systemu Zarządzania Energią i zmniejszania obciążenia środowiska. Oszacowane koszty inwestycyjne i eksploatacyjne przedsięwzięcia w różnych wariantach uwzględniają zyski również z żółtych i zielonych certyfikatów. Wskazano 2 korzystne scenariusze wdrożenia nisko (WI(KO)+ WII(ST)) i wysokonakładowy (WIA(KO)+WIIA(ST)+WIII(PV)). Wykonana analiza ekonomiczna będzie bardziej korzystna, jeśli równolegle zostaną przeprowadzone w obiekcie działania ograniczające zużycie ciepła, poprzez odzysk ciepła, zwłaszcza z wody basenowej. Każda z wymienionych inwestycji doprowadzi do poprawy efektywności energetycznej obiektu; wykazanie tego pozwoli uzyskać również tzw. białe certyfikaty, które dodatkowo poprawią ekonomikę przedsięwzięć. Każdy z analizowanych wariantów poprawi parametry środowiskowe obiektu ograniczy emisje do środowiska: w przypadku zastosowania kogeneracji dzięki uzyskaniu całkowitej sprawności układu powyżej 80%, mniejszemu zużyciu gazu ziemnego w stosunku do jednostki uzyskiwanej energii, w przypadku zastosowania OZE dzięki zerowej emisji zanieczyszczeń, czyli tzw. emisji unikniętej. W analizowanych wariantach maksymalne redukcje emisji zanieczyszczeń zostaną osiągnięte dla hybrydowego połączenia kogeneracji z panelami fotowoltaicznymi (WIA(KO)+WIII(PV)). Jest to redukcja rzędu 50% dla CO 2, ponad 70% dla tlenków azotu, ok. 70% dla tlenków siarki i ponad 44% dla pyłu TSP. Spis literatury: [1] PN-EN ISO 50001:2012 Systemy zarządzania energią Wymagania i zalecenia użytkowania. [2] Ustawa o efektywności energetycznej z r (Dz. U. z 2011 r. Nr 94, poz. 551, z 2012 r. poz. 951, 1203, 1397). [3] Plis P., System dla oszczędności, Energetyka cieplna i zawodowa, Nr 5, [4] Chorowski M., Trigeneracja zalety i ograniczenia, Nowa Energia, Nr 4, 2014). [5] Nowak W., Stachel A, Kolektory słoneczne i panele fotowoltaiczne jako źródło energii w małych instalacjach cieplnych i elektroenergetycznych, Automatyka-Elektryka-Zakłócenia, Vol. 2, Nr 2 (4) [6] Materiały ofertowe Viessmann Wrocław, [7] Materiały ofertowe Centrum Elektroniki Stosowanej CES Kraków, [8] Dokumentacje projektowe i techniczne Aquaparku,

15 1. Wstęp Komputerowo sterowane mieszadło wielostanowiskowe do eksperymentowania z mikroalgami 1.1. Charakterystyka i potencjał alg Algi (łac. algae) są to jedno- lub wielokomórkowe organizmy prokariotyczne (sinice), jak również eukariotyczne (zielenice), o bardzo zróżnicowanej wielkości od kilku mikrometrów (mikroalgi) do kilku metrów (makroalgi, wodorosty). Żyją w środowisku wodnym lub w miejscach bardzo wilgotnych. Można je spotkać w wodach słodkich i słonych, zarówno chłodnych jak i ciepłych. [Frąc i in., 2009]. Są w większości organizmami fotoautotroficznymi, które wykorzystują światło (słoneczne lub sztuczne) jako główne źródło energii. W wyniku fotosyntezy algi przekształcają ditlenek węgla w związki organiczne potrzebne do budowy komórek [Bishop i Zubeck, 2012]. Algi cechują się najszybszym przyrostem biomasy w porównaniu z dowolnymi roślinami uprawianymi na Ziemi. Dzieje się tak między innymi dlatego, że posiadają nieograniczony dostęp do wody wraz z rozpuszczonymi w niej składnikami mineralnymi oraz bezproblemowy dostęp do ditlenku węgla znajdującego się w powietrzu. Mikroalgi powszechnie podwajają swoją biomasę w ciągu 24 godzin, a podczas fazy logarytmicznego wzrostu podwajanie masy może zachodzić nawet co 3,5 godziny [Chisti, 2007]. Wytworzona biomasa alg zawiera średnio 50% węgla w suchej masie, który pochodzi z ditlenku węgla niezbędnego do wzrostu alg [Sánchez Mirón i in., 2003]. Na wytworzenie 1 kg biomasy algi potrzebują około 1,83 kg CO 2 [Zhao i Su, 2014], zgodnie z uproszczonym zapisem reakcji fotosyntezy [Albarrán-Zavala i Angulo-Brown, 2007]: Naturalne stężenie CO 2 w powietrzu (0,036%) jest zbyt niskie do uzyskania optymalnej wydajności dla mikroalg [Dragone i in., 2010]. Z kolei dodawanie czystego ditlenku węgla byłoby zbyt kosztowne. Poszukując tańszej alternatywy znaleziono idealną okazję do zagospodarowania spalin z zakładów produkcyjnych np. elektrowni. Emitują one do atmosfery duże ilości CO 2, który może być absorbowany przez algi [Chisti, 2007]. Należy pamiętać, że ditlenek węgla, to jeden z najważniejszych gazów cieplarnianych. Emisja CO 2 w trakcie korzystania z paliw kopalnych (zwłaszcza ze spalania węgla) przyczynia się w znaczący sposób do globalnego ocieplenia [Zhao i Su, 2014]. W przeciwieństwie do roślin wyższych, ponad 90% biomasy alg może być wykorzystana na paszę, żywność, energię i wysokowartościowe substancje chemiczne [Leu i Boussiba, 2014]. Dodatkowo algi na ogół rosną szybciej i wytwarzają więcej biomasy w przeliczeniu na hektar niż rośliny wyższe [Bishop i Zubeck, 2012]. Algi oferują także możliwość zrównoważonego wytwarzania wartościowych surowców, żywności i paliwa na terenach do tej pory bezproduktywnych [Pérez-López i in., 2014], w szczególności ogromnych obszarach o dużym nasłonecznieniu i małej wilgotności, gdzie inne formy aktywności rolniczej są ograniczone ze względu na brak wody i słabą jakość gleby [Leu i Boussiba, 2014]. Ludzie korzystają z dobrodziejstwa alg już od ponad dwóch tysięcy lat, gdy mikroalgi Nostoc pomogły Chińczykom przetrwać w czasie głodu. Jednak większego znaczenia biotechnologicznego algi nabrały dopiero w połowie ubiegłego wieku, kiedy zaczęto się zastanawiać nad niekonwencjonalnymi źródłami pozyskiwania białka i alternatywnymi źródłami energii [Spolaore i in., 2006]. Do dzisiaj algi są popularnym źródłem pożywienia w krajach azjatyckich: Chinach, Japonii czy Korei, gdyż są bogatym źródłem węglowodanów, białka, lipidów, enzymów i błonnika oraz wielu witamin i minerałów, takich jak witaminy A, C, B 1, B 2, B 6, niacyny, jodu, potasu, żelaza, magnezu i wapnia [Priyadarshani i Rath, 2012]. Mikroalgi są sprzedawane w formie tabletek, kapsułek i płynów. Mogą być również składnikiem makaronów, przekąsek, batonów oraz gum i napojów [Spolaore i in., 2006]. Jeszcze większą rolę algi odgrywają w żywieniu zwierząt. Szacuje się, że 30% światowej produkcji alg wykorzystywane jest właśnie jako dodatek do pasz lub karma dla zwierząt, tj. organizmów wodnych (karmienie larw ryb i skorupiaków oraz mięczaków), zwierząt domowych (koty, psy, ryby akwariowe, ptaki ozdobne) i gospodarskich (konie, świnie, krowy, byki) [Chauton i in., 2014, Lum i in., 2013, Spolaore i in., 2006]. Algi mają pozytywny wpływ zarówno na fizjologię zwierząt (źródło witamin, soli mineralnych i kwasów tłuszczowych, poprawiają reakcję odpornościową i płodność oraz pozwalają na lepszą kontrolę masy ciała), jak również ich wygląd zewnętrzny (zdrowa skóra, błyszcząca sierść) [Spolaore i in., 2006]

16 Niektóre gatunki alg (zwłaszcza Arthrospira i Chlorella) stały się bardzo popularne w przemyśle kosmetycznym. Otrzymywane są z nich ekstrakty i mączki wykorzystywane do produkcji kremów, toników, szamponów i maseczek do pielęgnacji twarzy i skóry (np. kremów przeciw starzeniu, orzeźwiających lub regenerujących produktów do pielęgnacji, środków zmiękczających i zapobiegających podrażnieniom). Mikroalgi są stosowane również w preparatach przeciwsłonecznych oraz w produktach do pielęgnacji włosów [Spolaore i in., 2006]. Jednym z bardziej obiecujących kierunków komercyjnego zagospodarowania mikroalg jest wytwarzanie cennych składników bioaktywnych, które służą do produkcji nutra- i farmaceutyków [Leu i Boussiba, 2014]. Algi potrafią produkować wielonienasycone kwasy tłuszczowe omega3 (kwas dokozaheksaenowy (DHA), kwas eikozapentaenowy (EPA)) oraz omega6 (kwas arachidonowy (AA), kwas γ-linolenowy (GLA)), które są uznawane za korzystne dla zdrowia ludzkiego. Umiejętność ta nabiera znaczenia zwłaszcza w świetle doniesień o możliwości gromadzenia się toksyn w kwasach tłuszczowych pozyskiwanych z ryb [Yaakob i in., 2014]. Dużym powodzeniem cieszą się także naturalne barwniki pozyskiwane z alg, szczególnie karotenoidy (β-karoten, astaksantyna, luteina, zeaksantyny, likopen), które oprócz tego, że barwią żywność, posiadają doskonałe właściwości przeciwutleniające, a przez to mają korzystny wpływ na zdrowie ludzi [Baky i El-Baroty, 2013; Pérez-López i in., 2014]. Naturalna astaksantyna, najsilniejszy znany przeciwutleniacz, w przyrodzie spotykana jest głównie w środowisku morskim. To ona nadaje czerwonaworóżowy kolor ciała krewetkom, homarom, langustom i rybom łososiowatym [Nguyen, 2013]. W ostatnich latach największe nadzieje wiąże się z możliwością wykorzystania alg w energetyce i przemyśle. Wynika to z faktu, że niektóre gatunki alg zawierają znaczne ilości lipidów (oleju). Ich poziom może przekroczyć nawet 80% w suchej masie [Spolaore i in., 2006]. Dzięki temu biomasa alg może być potencjalnym źródłem wielu rodzajów biopaliw i energii (rys. 1). Lipidy poddaje się procesowi ekstrakcji i dalej na drodze transestryfikacji przekształca do postaci biodiesla [Banerjee i in., 2002, Gavrilescu i Chisti, 2005, Roessler i in., 1994, Harun i in., 2010]. Biomasa po procesie ekstrakcji lipidów może być dalej przekształcana na kolejne rodzaje biopaliw: biometan wytwarzany w procesach beztlenowego rozkładu biomasy [Dębowski i in., 2013, Spolaore i in., 2006], bioetanol otrzymywany w wyniku fermentacji węglowodanów zawartych w biomasie alg i biowodór produkowany na drodze fotobiologicznej [Fedorov i in., 2005, Ghirardi i in., 2000, Kapdan i Kargi, 2006, Melis, 2002, Harun i in., 2010]. Biomasa odpadowa może być także użyta do bezpośredniego spalania i wytwarzania energii cieplnej lub elektrycznej [Dębowski i in., 2013]. Rys. 1. Wytwarzanie biopaliw z biomasy alg [Dragone i in., 2010] Ogromną zaletą użycia alg do produkcji biopaliw jest to, że nie stanowią one konkurencji dla rynku produktów spożywczych [Chisti, 2007] i są traktowane jako biologiczne substraty do produkcji biopaliw trzeciej generacji [Maity i in., 2014]. Dodatkowo hodowla alg na cele energetyczne zmniejsza zagrożenie związane z globalnym ociepleniem, ponieważ wpływa na zmniejszenie zużycia paliw kopalnianych oraz wykorzystuje do produkcji znaczne ilości CO 2 [Bishop i Zubeck, 2012]. Coraz częściej prowadzone są także badania ukierunkowane na zastosowanie biomasy alg do oczyszczania ścieków przemysłowych z jonów metali ciężkich w procesach bioakumulacji i biosorpcji. Podstawowymi atutami alg jest tutaj niski koszt wytworzenia biomasy oraz prosty sposób zagospodarowania odpadów, na przykład poprzez ich spalanie. [Urbańska, 2013, Zabochnicka-Świątek i Krzywonos, 2014]. Największą nadzieję na zwiększenie popularności i wykorzystania alg na skalę przemysłową wiąże się z postępami w inżynierii genetycznej pozwalającymi na zwiększenie ich możliwości oraz postępem w inżynierii fotobioreaktorów, który pozwoli produkować tanio i na dużą skalę czystą biomasę alg [Chisti, 2006]

17 1.2. Charakterystyka firmy AlgaeLabs Jedną z polskich firm próbujących wykorzystać ogromne możliwości drzemiące w algach jest AlgaeLabs Sp. z o.o., która zajmuje laboratoria na terenie Wrocławskiego Parku Technologicznego i zajmuje się prowadzeniem i komercjalizacją wyników badań nad mikroalgami. Głównym produktem, który ma zamiar wytwarzać firma AlgaeLabs jest metabolit wtórny mikroalg Haematococcus pluvialis naturalna astaksantyna w formie oczyszczonej oleożywicy. Firma AlgaeLabs planuje dystrybucję astaksantyny oraz innych karotenoidów w modelu B2B (ang. Business to Business), to znaczy zamierza wytwarzać aktywne składniki farmaceutycznie (API active pharmaceutical ingredient) o wysokiej jakości potwierdzonej certyfikatem dobrych praktyk produkcyjnych GMP (ang. Good Manufacturing Practice), dobrych praktyk higienicznych GHP (ang. Good Hygienic Practice) i systemem zarządzania HACCP (ang. Hazard Analysis and Critical Control Point) [Raspor, 2008]. Rynek karotenoidów, a w szczególności rynek astaksantyny, należy rozpatrywać jako rynek światowy. Najaktywniejszym rynkiem zbytu pozostają Stany Zjednoczone. Rynek astaksantyny w 2010 roku osiągnął poziom 226 mln $ [BCC Research, 2011], a cena kilograma tego barwnika wahała się (w zależności od czystości) od $ do $ [Nguyen, 2013]. W roku 2012 cena kilograma produktu na cele nutraceutyczne wynosiła już $ [Leu i Boussiba, 2014], a szacowana wartość rynku w roku 2020 przewyższy mln $ [Nguyen, 2013]. W Polsce brak jest producentów astaksantyny. Firma AlgaeLabs przeprowadziła rozmowy z potencjalnymi odbiorcami produktu i nawiązała współpracę z kilkoma partnerami krajowymi oraz międzynarodowymi: Natto Pharma (norweska firma biotechnologiczna zajmująca się badaniami oraz produkcją nutraceutyków), Green Leaf Medical (szwedzka firma zajmująca się produkcją oraz sprzedażą nutraceutyków), Hasco-Lek S.A. (wiodąca polska firma farmaceutyczna), Technox Sp. z o.o. (zajmuje się opracowaniem technologii produktów żywnościowych, suplementów diety i preparatów biomedycznych oraz oceną jakości produktów finalnych). Ponadto firma AlgaeLabs jest członkiem klastra Nutribiomed, przez co posiada dostęp do bardzo nowoczesnej linii technologicznej do produkcji suplementów diety. Głównym celem firmy AlgaeLabs jest opracowanie chronionego własnością intelektualną rozwiązania pozwalającego na usprawnienie biosyntezy astaksantyny w innowacyjnych, modularnych, wysoce mobilnych i zautomatyzowanych fotobioreaktorach o pojemności około 19 m 3, powstałych na bazie systemu multiplikowanych, mniejszych fotobioreaktorów o pojemnościach 90 dm Cel stażu W laboratorium firmy AlgaeLabs w chwili rozpoczęcia stażu do namnażania biomasy i eksperymentowania z żywymi kulturami mikroalg wykorzystywano standardową wytrząsarkę laboratoryjną, przeznaczoną do mieszania materiału biologicznego, typu WL-2000 firmy JWElectronic (rys. 2). Rys. 2. Wytrząsarka laboratoryjna WL-2000 Urządzenie to pozwala na jednoczesne umieszczenie około czterdziestu kolb o pojemności 250 ml i równoczesne mieszanie ich zawartości z częstotliwością od 40 do 180 cykli/minutę, nastawianą manualnie. Wszystkie kolby umieszczone na wytrząsarce podlegają mieszaniu z tą samą częstotliwością. Wytrząsarka laboratoryjna WL-2000 nie zapewnia możliwości kontrolowania i korygowania temperatury, w której przetrzymywane są kolby. Wszystkie eksperymenty mogą być prowadzone wyłącznie w temperaturze panującej w pomieszczeniu, w którym urządzenie to pracuje. Wytrząsarka laboratoryjna nie posiada oryginalnie zainstalowanego systemu oświetlenia, które jest wymagane przy eksperymentach prowadzonych na mikroalgach. Obecnie stosowane rozwiązanie polega na wykorzystaniu dwóch świetlówek fluorescencyjnych, liniowych typu T8, pracujących pomiędzy rzędami kolb (rys. 2). Oświetleniem tym można sterować jedynie ręcznie, poprzez włączanie lub wyłączanie lamp. Rozwiązanie takie nie pozwala ani na zastosowanie proporcjonalnego sterowania natężeniem oświetlenia, ani dobieranie odpowiedniej długości fal świetlnych

18 Podsumowując, stanowisko laboratoryjne stosowane w firmie AlgaeLabs nie pozwalało na wykonywanie doświadczeń związanych z optymalizacją warunków prowadzenia procesu hodowli mikroalg. Celem pracy wykonanej w ramach programu stażowego Od innowacji do zysku dla firmy AlgaeLabs było zaprojektowanie i oprogramowanie wielostanowiskowego mieszadła laboratoryjnego z proporcjonalnym sterowaniem obrotami i oświetleniem oraz regulacją temperatury, przeznaczonego do prowadzenia eksperymentów związanych z namnażaniem biomasy mikroalg. 3. Projekt mieszadła wielostanowiskowego Rozpoczynając realizację projektu dokonano przeglądu literaturowego oraz szczegółowo ustalono listę oczekiwań i wymagań w stosunku do mieszadła wielostanowiskowego ze strony firmy AlgaeLabs. Projektowane w trakcie stażu urządzenie powinno: zapewnić możliwość równoczesnego umieszczania wielu naczyń laboratoryjnych o pojemności do 500 ml, zapewnić możliwość niezależnego mieszania zawartości kolb i oświetlenia każdego stanowiska, pozwalać na automatyczną regulację temperatury i niezależne sterowanie natężeniem oświetlenia i ilością obrotów mieszadła dla każdego stanowiska, posiadać możliwość sterowania za pomocą komputera, być konkurencyjne cenowo w stosunku do istniejących rozwiązań. Rys. 3. Kolba szklana i butelka laboratoryjna (Kavalierglass) Naczynia dobrano w taki sposób, aby ich średnica była zbliżona (85 mm i 86 mm). Dzięki temu oba typy naczyń zmieszczą się w pojedynczym stanowisku komory mieszadła i będą mogły być stosowane zamiennie Ilość stanowisk w mieszadle W trakcie omawiania z pracownikami firmy AlgaeLabs wymagań w stosunku do ilości stanowisk w projektowanym mieszadle wielostanowiskowym ustalono, że optymalnym rozwiązaniem z punktu widzenia gabarytów projektowanego urządzenia, jego wagi i mobilności, kosztów wykonania oraz uzyskania przyspieszenia realizacji serii eksperymentów, a także statystycznej obróbki otrzymanych wyników będzie urządzenie, w którym znajdzie się piętnaście naczyń laboratoryjnych, umieszczonych w pięciu strefach po trzy naczynia (rys. 4). 4. Konstrukcja mechaniczna 4.1. Dobór naczyń laboratoryjnych. Do prowadzenia eksperymentów z wykorzystaniem mieszadła wielostanowiskowego przewidziano dwa rodzaje szklanych naczyń laboratoryjnych (rys. 3) o różnych pojemnościach: Kolba szklana stożkowa SIMAX z szeroką szyją o pojemności 250 ml, wykonana ze szkła białego o wymiarach: d1=85 mm, d2=50 mm i wysokości h=140 mm. Butelka laboratoryjna zakręcana SIMAX z gwintem GL 45 wykonana z wysokogatunkowego szkła borokrzemowego o pojemności 500 ml i wymiarach: d=86 mm i wysokości h=176 mm. Rys. 4. Rozmieszczenie naczyń w mieszadle wielostanowiskowym Dla każdej strefy przewidziano możliwość oddzielnego sterowania ilością obrotów mieszadeł i natężeniem oświetlenia oraz regulacji temperatury

19 4.3. Obudowa mieszadła Do wykonania obudowy prototypu mieszadła wielostanowiskowego, ze względu na stosunkowo łatwą obróbkę i cenę materiału, przewidziano wykorzystanie szkła akrylowego (pleksiglasu) w kolorze białym, nieprzepuszczającego światła, o grubości 5 mm. Taka grubość ścianek zapewni możliwość równoczesnego ustawienia piętnastu naczyń laboratoryjnych o pojemności 500 ml i łącznej wadze około 8 kg. Elementy obudowy powinny być wycięte za pomocą plotera laserowego, co zapewni precyzję wymiarów oraz estetyczny wygląd powierzchni po obróbce. Poszczególne elementy obudowy należy ze sobą kleić za pomocą specjalnego kleju do materiałów przeźroczystych np.: Acralock CC Miejsce klejenia pozostanie bezbarwne i estetyczne. Wnętrze obudowy zostało podzielone na piętnaście oddzielnych stanowisk za pomocą charakterystycznej kratownicy wykonanej także z białego szkła akrylowego o grubości 5 mm (rys. 5). Takie rozwiązanie pozwoli na indywidualne sterowanie natężeniem oświetlenia dla każdego z piętnastu naczyń laboratoryjnych. Światło z jednego stanowiska nie będzie padało na stanowiska sąsiadujące. Długości boków pojedynczego stanowiska dopasowano do wymiarów wentylatorów (120 mm x 120 mm), które będą stanowiły elementy napędowe systemu mieszania i regulacji temperatury (Punkt 5.3) W płycie stanowiącej podstawę (dno) stanowisk, oprócz otworów montażowych zaprojektowano także specjalne otwory umożliwiające swobodny przepływ powietrza odpowiedzialnego za regulację temperatury w każdej strefie. 5. Układy pomiarowo-sterujące 5.1. Czujniki temperatury Do pomiaru temperatury w mieszadle wielostanowiskowym przewidziano użycie cyfrowych czujników temperatury typu DS18B20 (Maxim Integrated) (rys. 6). Rys. 6. Czujnik temperatury DS18B20 ( Czujnik DS18B20 jest bardzo popularnym układem wykorzystywanym do pomiaru temperatury w zakresie od -55 C do +125 C, z programowo konfigurowaną rozdzielczością od 9 do 12 bitów (od 0,5 C do 0,0625 C). Dokładność pomiarów tego czujnika jest najlepsza w przedziale od -10 C do 85 C i wynosi ±0,5 C [Nie i in., 2013]. Każdy czujnik DS18B20 posiada unikalny, 64-bitowy numer seryjny. Dzięki temu możliwe jest podłączanie dużej ilości czujników do jednej magistrali danych. W sensorach tych zastosowano interfejs komunikacji szeregowej 1-wire (Dallas Semiconductor), który pozwala na równoczesne połączenie dwóch lub większej liczby urządzeń w trybie masterslave (www. maximintegrated.com) (rys. 7). Rys. 5. Projekt obudowy mieszadła wraz z kratownicą wewnętrzną rzut z góry Rys. 7. Sposób łączenia wielu czujników temperatury DS18B

20 W mieszadle wielostanowiskowym zaprojektowano użycie piętnastu czujników temperatury po jednym na każdym stanowisku mieszadła. Dzięki magistrali 1wire wszystkie czujniki temperatury będą podłączone do jednej, wspólnej magistrali, co obniży stopień komplikacji układu. Pomiar temperatury będzie realizowany w odstępach piętnastosekundowych, a zmierzona wartość temperatury będzie wyświetlana na ekranie komputera sterującego, oddzielnie dla każdego stanowiska. Na potrzeby regulacji temperatury będzie obliczana średnia wartość temperatury z trzech czujników zainstalowanych w tej samej strefie (strefa obejmuje trzy stanowiska). Do sterowania pracą ogniw Peltiera zaproponowano układ stosowany bardzo często do sterowania pracą i kierunkiem obrotów silników prądu stałego (rys. 9) [Singh i in., 2014] Moduły Peltiera Zgodnie z oczekiwaniami firmy AlgaeLabs przyjęto, że w urządzeniu będzie możliwe automatyczne utrzymywanie zadanej temperatury w zakresie od 10 C do 50 C. Elementami wykonawczymi, pozwalającym na wymuszanie zmian temperatury będą termoelektryczne ogniwa Peltiera (rys. 8). Są to elementy półprzewodnikowe, zbudowane z dwóch równolegle umieszczonych płytek ceramicznych, pomiędzy którymi znajdują się naprzemiennie ułożone półprzewodniki typu n oraz p [Dziurdzia, 2010, Riffat i Ma, 2003]. Rys. 9. Budowa ogniwa Peltiera Rys. 8. Budowa ogniwa Peltiera Ogniwa Peltiera działają jak pompy ciepła. Po podłączeniu do źródła napięcia stałego jedna powierzchnia ogniwa ochładza się, a druga staje się gorąca [Riffat i Ma, 2003]. Po zmianie polaryzacji zasilania ciepło jest transportowane w odwrotnym kierunku. Dzięki tej właściwości moduły Peltiera mogą pracować zarówno jako układy podgrzewające jak i chłodzące [Alaoui, 2011]. Wydajność grzania lub chłodzenia jest zależna od podawanego napięcia. Im będzie ono bardziej zbliżone do maksymalnego, tym można uzyskać intensywniejszy efekt cieplny. Maksymalna różnica temperatur pomiędzy ciepłą i zimną stroną ogniwa może wynosić prawie 70 C [Riffat i Ma, 2003]. W projektowanym urządzeniu przewidziano zastosowanie pięciu ogniw Peltiera o symbolu TEC (Hebei I.T. Co., Ltd.). Są to moduły o wymiarach 40 mm na 40 mm i grubości 3,9 mm, które mogą być zasilane napięciem stałym do 14.4 V i pobierać do 6,4 A prądu, odprowadzając maksymalnie 53 W ciepła ( W układzie tym do dwóch wyjść cyfrowych (GPIO) mikrokomputera Raspberry Pi (oznaczonych PWR CTRL i REV CTRL) podłączone będą dwa przekaźniki elektromagnetyczne. Pierwszy przekaźnik, z pojedynczą parą styków przełącznych (SPDT), posłuży do włączania i wyłączania zasilania. Drugi, z podwójną parą styków przełącznych (DPDT), będzie odpowiadał za zmianę polaryzacji zasilania modułu Peltiera [Abdulkareem i in, 2014] Mieszadło System mieszania został zaprojektowany na wzór mieszadeł magnetycznych, powszechnie wykorzystywanych w pracach laboratoryjnych do mieszania bezkontaktowego. Elementem wywołującym ruch cieczy w naczyniu jest mieszadełko, które jest najczęściej krótkim prętem wykonanym z żelaza, pokrytym warstwą polietylenu lub teflonu (rys. 10). Mieszadełko umieszcza się w zasięgu działania pola magnetycznego, które zmienia swoją orientację w sposób rotacyjny. Metalowy element mieszający podążając za zmianami pola magnetycznego zaczyna się obracać, powodując równocześnie mieszanie cieczy w naczyniu [Lee, 2014]