AUTOREFERAT 1. IMIĘ I NAZWISKO: Gabriel Borowski 2. POSIADANE DYPLOMY I STOPNIE NAUKOWE: Dyplom doktora nauk technicznych, uzyskany w 2005 r. w dyscyplinie budowa i eksploatacja maszyn, Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny. Tytuł rozprawy doktorskiej: Badania odpadów poszlifierskich przemysłu łożyskowego w aspekcie ich użytkowego wykorzystania. Promotor: prof. dr hab. inż. Józef Kuczmaszewski. Dyplom ukończenia studiów podyplomowych MBA (Master of Business Administration), uzyskany w 2001 r., wydany przez University of Central Lancashire (Wielka Brytania). Dyplom ukończenia Studium Doskonalenia Pedagogicznego Nauczycieli Akademickich, uzyskany w 1990 r., Uniwersytet Marii Curie-Skłodowskiej, Lublin. Dyplom ukończenia studiów magisterskich dziennych, uzyskany w 1986 r. w specjalności technologia maszyn, Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny. 3. INFORMACJA O DOTYCHCZASOWYM ZATRUDNIENIU W JEDNOSTKACH NAUKOWYCH: 1989-1991 Akademia Rolnicza w Lublinie, Katedra Technologii Rolno-Spożywczej, na stanowisku asystenta. 1991-1997 Politechnika Lubelska, Wydział Zarządzania i Podstaw Techniki, Katedra Podstaw Techniki, na stanowisku asystenta. 1997 2005 Własna działalność gospodarcza. 2005- nadal Politechnika Lubelska, Wydział Podstaw Techniki, Katedra Podstaw Techniki, na stanowisku adiunkta. 1
4. WSKAZANIE OSIĄGNIĘCIA WYNIKAJĄCEGO Z ART. 16 UST. 2 USTAWY z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595 ze zm.) 4.1. Tytuł osiągnięcia naukowego (dzieło opublikowane w całości) Metody przetwarzania odpadów drobnoziarnistych na produkty użyteczne 4.2. Autor: Gabriel Borowski, rok wydania 2013, seria monografie, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej. ISBN 978-83-63569-43-3. 4.3. Omówienie celu naukowego ww. pracy i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania. 4.3a. Omówienie celu naukowego pracy i osiągniętych wyników Celem naukowym jest opracowanie metod przetwarzania wybranych rodzajów odpadów na produkty użyteczne, w tym odpadów zawierających substancje niebezpieczne dla środowiska. Badania dotyczyły przetwarzania odpadów drobnoziarnistych na jednorodne bryły (brykiety), w wyniku czego odpady te nabyły odpowiednich właściwości fizycznych, chemicznych i mechanicznych. Wytypowano następujące rodzaje odpadów: muły i miały węgla kamiennego, popioły ze spalania brykietów węglowych, popioły lotne ze spalania osadów ściekowych. Odpady te występują w dużych ilościach stanowią ponad 50% odpadów przemysłowych ogółem. Odzysk surowców, wynoszący średnio 70% jest nadal niewystarczający. Nie opracowano dotąd wystarczająco skutecznych metod przetwarzania odpadów drobnoziarnistych na produkty użyteczne, w szczególności odpadów zawierających substancje niebezpieczne, np. metale ciężkie i ich związki. Prace obejmowały następujące badania własne: 1. Określenie cech fizykochemicznych odpadów przeznaczonych do brykietowania. 2. Wyznaczenie optymalnej wilgotności mieszanki. 3. Ocena podatności na scalanie w zależności od rodzaju i zawartości lepiszcza. 4. Ocena wpływu parametrów mieszania na jednorodność mieszanki. 5. Badania symulacyjne brykietowania. 2
6. Eksperymentalne brykietowanie w celu określenia wpływu parametrów tych procesów na jakość brykietów. 7. Badania pilotowo-wdrożeniowe. 8. Ocena mechanicznych właściwości brykietów. 9. Ocena wpływu sezonowania brykietów. 10. Ocena wpływu czynników środowiska. 11. Określenie odporności brykietów z uwzględnieniem warunków atmosferycznych. 12. Ocena struktury wewnętrznej brykietów. 13. Określenie wartości użytkowych brykietów. 14. Ocena oddziaływania substancji niebezpiecznych. W badaniach symulacyjnych z zastosowaniem metody elementów skończonych wykazano przydatność przyjętego modelu matematycznego Drucker-Prager Cap do procesu scalania drobnoziarnistych węgli w matrycy zamkniętej. Dopasowanie zastosowanego modelu potwierdzono eksperymentalnie. W procesie zagęszczania miału węglowego stwierdzono zależność nacisku jednostkowego prasy od oporów tarcia zewnętrznego. Wykazano, że brykiety formowane przy niższych oporach tarcia charakteryzuje bardziej jednorodna struktura wewnętrzna oraz, że przy stosunkowo małych naciskach prasy uzyskuje się duży stopień zagęszczenia brykietów. Stwierdzono ponadto występowanie anizotropowości naprężeń wewnętrznych, która wpływa na nierównomierny rozkład gęstości brykietu. Wyniki symulacji komputerowej wykorzystano do doboru parametrów wytwarzania brykietów paliwowych w prasie stemplowej oraz walcowej. Zauważono, że rodzaj stosowanej prasy do wytwarzania brykietów nie ma większego znaczenia, jej wybór podyktowany jest względami ekonomicznymi i możliwościami przedsiębiorstwa. W przemysłowych liniach technologicznych korzystne jest stosowanie pras walcowych. W przeprowadzonych badaniach laboratoryjnych wykazano, że na jakość brykietów wpływa zawartość wody mieszanki, nacisk jednostkowy i dodatek substancji wiążących. W trakcie przygotowania odpadów do formowania istotne jest dokładne ich mieszanie. Badając brykiety z węgla i biomasy stwierdzono ponadto wpływ następujących czynników: stopnia zagęszczenia, udziału lepiszcza, zawartości wody, czasu sezonowania, jednorodności struktury wewnętrznej, wartości energetycznej oraz emisji pyłów do atmosfery podczas spalania. W przypadku drobnoziarnistego węgla kamiennego scalanego w prasie stemplowej uzyskanie odpowiednich brykietów wymagało dodania lepiszcza w postaci melasy, skrobi, lub wapna hydratyzowanego w ilości wagowo ok. 8% masy mieszanki oraz dosuszenia do 3
wilgotności 7 9%. Stosowanie lepiszcza zwiększało wytrzymałość mechaniczną wyrobów formowanych w prasach. Korzystne było również sezonowanie brykietów. W badaniach pilotowo-wdrożeniowych brykietowania węgla w prasie walcowej stosowanym dodatkiem do mieszanki była skrobia ziemniaczana lub biomasa. Zawartość wody w masie odpadowej powinna wynosić do 24 25%. Brykiety wymagały dosuszania termicznego, a następnie sezonowania w pojemnikach lub workach. Po 4 5 dniach sezonowania nabywały wysokiej odporności mechanicznej. Przetwarzając mieszankę odpadów węgla z dodatkiem ok. 20% wagowo biomasy drzewnej uzyskano wytrzymałe brykiety paliwowe o wartości opałowej w zakresie 18 19 MJ kg -1. Dodatek masy drzewnej do miału węgla kamiennego korzystnie wpływał na właściwości mechaniczne brykietów, wytwarzanych zarówno w prasie stemplowej, jak i walcowej. Zauważono, że pełniła ona rolę spoiwa. Niektóre lepiszcza, np. melasa, są nieodpowiednimi dodatkami do brykietowania węgla w typowych warunkach. Stwierdzono, że wyprodukowane w skali przemysłowej brykiety paliwowe mogą być zastosowane jako alternatywne paliwo do spalania w kotłach grzewczych o małej mocy stosowanych w gospodarstwach indywidualnych. Powstałe w wyniku spalania tych brykietów popioły były przedmiotem dalszych badań dotyczących przetwarzania. Wykazano, że brykiety popiołowe mogą być powszechnie wykorzystane jako substytut kruszywa mineralnego na podbudowy drogowe. Stwierdzono brak negatywnego wpływu tych produktów na środowisko wodne i gruntowe, przy zapewnieniu szczelności podłoża pod warstwą kruszywa z brykietami popiołowymi. Do zagospodarowania popiołów lotnych ze spalania osadów ściekowych, zawierających metale ciężkie i ich związki, zaproponowano dwuetapowy proces przetwórczy. W pierwszym etapie brykietowano mieszankę popiołów i proszku szkła z domieszką cementu, a w następnym nagrzewano w piecu oraz intensywnie schładzano uzyskując zeszklenie brykietu. Badania struktury wykazały, że uzyskana warstwa powierzchniowa szkła była równomierna i szczelna, zaś kompozycja wewnętrzna składała się z licznych porów obudowanych krzemianami. Szkodliwe nierozpuszczalne związki zostały zamknięte wewnątrz porów, natomiast substancje rozpuszczalne tworzyły szkielet krzemianowej struktury krystalicznej. Wyniki badań zeszklonych brykietów popiołowych pokazały możliwość uzyskania dużej trwałości i odporności zarówno na czynniki atmosferyczne, jak i środowiskowe. Zeszkliwienie zapewniło bardzo małą wymywalność substancji niebezpiecznych do środowiska. Stworzono możliwość bezpiecznego składowania lub zagospodarowania tych wyrobów. 4
4.3b. Omówieniem ewentualnego wykorzystania wyników pracy Efektem utylitarnym pracy jest przekształcenie wybranych rodzajów odpadów w produkty użyteczne oraz bezpieczne dla środowiska. W szczególności: 1. Opracowano metody przetwarzania odpadów energetycznych do produkcji brykietów paliwowych. 2. Opracowano metody brykietowania popiołów ze spalania paliw (brykietów węglowych) do wykorzystania jako surowce budowlane. 3. Opracowano metody przetwarzania odpadów niebezpiecznych (ze spalania osadów ściekowych) na produkty przydatne w budownictwie i geotechnice. Brykietowanie odpadów węgla w prasach stemplowych wymaga dodania ok. 8% lepiszcza skrobiowego, mieszania w czasie ok. 3 minut, uwodnienia 7 9%, następnie brykietowania z naciskiem jednostkowym 4,25 MPa. Brykiety należy sezonować przez co najmniej 4 5 dni. W prasach walcowych brykietowanie odpadów węgla prowadzono z dodatkiem 20% biomasy, mieszano dodając wodę do zawartości 24 25%, oraz stosowano nacisk jednostkowy 110 MPa. Uzyskano brykiety paliwowe o dobrych właściwościach mechanicznych i energetycznych. Spalanie tych brykietów wydziela mniejsze ilości szkodliwych substancji oraz popiołu niż spalanie samego węgla. Wraz ze wzrostem udziału biomasy zmniejsza się jednak wartość energetyczna. Metoda brykietowania umożliwiła uzyskanie wytrzymałych kształtek z popiołów lotnych. Dobre brykiety uzyskano ze spoiwem dwuskładnikowym (wapno hydratyzowane z cementem) w łącznym udziale od 8 do 10% oraz stosując nawadnianie mieszanki do 6% wilgotności. Określono również optymalny nacisk jednostkowy prasy stemplowej wynoszący 4,25 MPa. Brykiety nabywały wysokiej odporności mechanicznej już po pięciu dniach sezonowania, natomiast maksymalną wytrzymałość osiągały po 28 dniach sezonowania. Brykiety z popiołów charakteryzowała dobra odporność na czynniki atmosferyczne, określona przez mrozoodporność i nasiąkliwość. Parametry te spełniały wymogi określone dla budowlanych kruszyw mineralnych i sztucznych. Brykietowanie popiołów przyniosło także znaczne zmniejszenie wymywalności substancji rozpuszczalnych w wodzie porównując z wymywalnością składników z popiołów sypkich. Brykietowanie popiołów nie zapewnia jednak unieszkodliwienia metali niebezpiecznych. Zaproponowano zastosowanie zeszkliwienia brykietów. Metoda przetwarzania polega na wytworzeniu brykietów z mieszanki zawierającej od 40 do 50% popiołów lotnych z dodatkiem pyłu szkła lub pyłu krzemionkowego, a także z domieszką cementu. Brykiety na- 5
grzewano w temperaturze 1100 C oraz w czasie 60 min, a następnie schładzano w wodzie uzyskując jednorodną amorficzną warstwę powierzchniową. Zastosowany w procesie przetwórczym pył szklany (rozdrobniona stłuczka szklana) w procesie syntezy termicznej tworzy strukturę krzemianową, w którą wbudowują się związki metali ciężkich znajdujące się w popiołach. Związki te tworząc krzemiany są uwięzione w brykiecie w sposób trwały. Nie istnieje zatem niebezpieczeństwo ich wymywania i migracji do otoczenia nawet podczas rozkruszenia brykietu. Produkty te charakteryzowała ponadto duża mrozoodporność i mała nasiąkliwość oraz bardzo małe stężenie jonów metali ciężkich w wyciągach wodnych. Stwierdzono, że zeszkliwienie jest najbardziej skutecznym sposobem unieszkodliwiania odpadów niebezpiecznych. Zeszklone masy odpadów mogą być wykorzystane jako dodatek do produkcji materiałów budowlanych, a także do stabilizacji gruntów i drenaży wodnych w geotechnice. 5. OMÓWIENIE POZOSTAŁYCH OSIĄGNIĘĆ NAUKOWO-BADAWCZYCH Mój całkowity dorobek naukowy obejmuje łącznie 66 oryginalnych prac naukowych, w tym 24 prace opublikowałem przed doktoratem (w latach 1991 1997 oraz 2002 2004), a 42 prace po doktoracie (od roku 2005). Pięcioletnia przerwa w pracy naukowej poświęcona była własnej działalności gospodarczej. Głównym tematem moich zainteresowań naukowych są techniki i technologie proekologiczne. Zajmuję się zagadnieniami przetwarzania i wykorzystania odpadów powstających w różnych sferach gospodarki. Podejmuję także zagadnienia komputerowego modelowania i symulacji w obszarze inżynierii środowiska. 5a. Najważniejsze osiągnięcia naukowo-badawcze przed doktoratem W pierwszym etapie mojej pracy naukowo-badawczej zajmowałem się zagadnieniami oceny wpływu parametrów fizycznych i mechanicznych w procesie wytłaczania na zimno. Opublikowałem dziewięć krajowych i zagranicznych oryginalnych prac [patrz załącznik Wykaz opublikowanych prac... : I.10, I.(15 17), I.(19 23)] oraz uzyskałem patent RP nr PL 170088 w 1996 r. [C.2]. Ważnym wydarzeniem było wygłoszenie referatu pt. The study of frictional resistance in forming podczas 9 th Cold Forging Congress, Solihull, England w 1995 roku. 6
W kolejnym etapie mojej pracy podjąłem szeroką współpracę naukowo-badawczą z instytucjami i przedsiębiorstwami Lubelszczyzny (m.in. Browary Lubelskie, EDA w Poniatowej, SIPMA w Lublinie, Lubelskie Przedsiębiorstwo Energetyki Cieplnej), której efektem było siedem publikacji naukowych w zakresie technologii stosowanych w inżynierii środowiska [I.(8-9), I.(11-14), I.18]. Byłem członkiem założycielem Lubelskiego Oddziału Polskiego Towarzystwa Inżynierii Ekologicznej w 1995 roku oraz organizatorem pierwszego Forum Inżynierii Ekologicznej nt. Technika i technologia w ochronie środowiska, które odbyło się w Nałęczowie w 1996 r. W roku 2000 zostałem przyjęty na studia doktoranckie na Wydziale Mechanicznym Politechniki Lubelskiej. Nawiązałem współpracę z naukowcami Katedry Urządzeń Technologicznych i Ochrony Środowiska (obecnie Katedra Systemów Wytwarzania) w AGH w Krakowie, co umożliwiło podjęcie badań mających na celu zagospodarowanie odpadów poszlifierskich powstających podczas obróbki łożysk tocznych. Efektem prac badawczych było opublikowanie siedmiu artykułów krajowych i zagranicznych [I.(1-7)], m.in. w czasopiśmie znajdującym się na liście Journal Citation Reports [I.4]. Uczestniczyłem w osiemnastu konferencjach krajowych i zagranicznych, gdzie wygłosiłem trzynaście referatów, m.in. referat pt. Management of ferrous metal wastes podczas Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology REWAS. Madryt, Hiszpania w 2004 r. W latach 2002 2005 byłem głównym wykonawcą grantu badawczego KBN nr 5 T07C 01522 nt. Badania możliwości zagęszczania i scalania drobnoziarnistych, zanieczyszczonych odpadów poszlifierskich przemysłu łożyskowego dla potrzeb utylizacji. Jednym z efektów było opracowanie rozprawy doktorskiej nt. Badania odpadów poszlifierskich przemysłu łożyskowego w aspekcie ich użytkowego wykorzystania, którą obroniłem na Radzie Wydziału Mechanicznego Politechniki Lubelskiej w dniu 2 marca 2005 r. 4b. Najważniejsze osiągnięcia naukowo-badawcze po doktoracie We wrześniu 2005 r. wygrałem konkurs na stanowisko adiunkta w Katedrze Podstaw Techniki na Wydziale Zarządzania i Podstaw Techniki (obecnie Wydział Podstaw Techniki), gdzie pracuję do dnia dzisiejszego. W tym samym roku opublikowałem monografię pt. Utylizacja drobnoziarnistych odpadów metalowych, wydana przez Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej. W czasopiśmie Waste Management and Research [A.5] zamieściłem artykuł prezentujący wyniki badań brykietowania odpadów stalowych przeznaczonych do utylizacji w 7
piecach hutniczych. Ukazał się także mój patent nr PL 201554 pt. Sposób wytwarzania brykietów z drobnoziarnistych materiałów metalowych [C.1]. W kolejnych latach kontynuowałem prace badawcze dotyczące metod wykorzystania drobnoziarnistych odpadów produkcyjnych, w tym niebezpiecznych dla środowiska. Opracowałem metody przygotowania odpadów do przetwarzania na brykiety oraz sprawdzałem możliwości wykorzystania tych brykietów w praktyce. Zajmowałem się badaniami brykietów węgla z różnymi dodatkami, m.in. biomasy. Brykiety te wykorzystano do celów energetycznych jako paliwo w kotłach grzewczych. Wyniki tych prac opublikowałem w dwóch czasopismach znajdujących się na liście Journal Citation Reports [A.1, A.4] oraz w dziewięciu oryginalnych artykułach naukowych [E.9, E.11, E.24, E.(27 31), E.34]. Prowadziłem także prace badawcze w kierunku wykorzystania technik komputerowych do modelowania procesów scalania drobnoziarnistych odpadów węgla. Opracowałem symulacje rozkładu stopnia zagęszczenia w procesie scalania z użyciem metody elementów skończonych. Podjętą tematykę przedstawiłem w trzech publikacjach [E.15, E.17, E.32]. Badałem przydatność brykietów z popiołów paleniskowych i lotnych do wykorzystania jako zamiennika kruszywa budowlanego stosowanego na podbudowy drogowe. Wyniki tych prac zamieściłem w trzech publikacjach [E.16, E.19, E.20]. Nawiązałem współpracę naukową z Instytutem Badawczo-Rozwojowym Inżynierii Lądowej i Wodnej Euroexbud w Kaliszu podejmując zagadnienia eksploatacji urządzeń wentylacyjnych w wybranych obiektach inżynierskich. Efektem współpracy są dwie oryginalne publikacje [E.14, E.18]. Podjąłem badania mające na celu opracowanie sposobów przetwarzania komunalnych osadów ściekowych oraz popiołów ze spalania tych osadów. Opracowałem oryginalną metodę ich zagospodarowania polegającą na brykietowaniu oraz zeszkliwieniu brykietów. Wyniki badań zostały przedstawione w dwóch czasopismach znajdujących się na liście Journal Citation Reports [A.2, A.3] oraz dwóch innych publikacjach [E.12, E.26]. Opracowałem monografię pt. Wykorzystanie brykietowania do zagospodarowania odpadów wydaną w 2011 roku przez Lubelskie Towarzystwo Naukowe [E.1] przedstawiającą część wyników moich prac naukowo-badawczych. Przedstawione w książce zagadnienia były przedmiotem wykładu wygłoszonego na posiedzeniu członków Lubelskiego Towarzystwa Naukowego. Zaproponowano mi przynależność do organizacji, w grudniu 2011 r. zostałem formalnie przyjęty w poczet członków Lubelskiego Towarzystwa Naukowego. 8
W roku 2013 opublikowałem monografię habilitacyjną pt. Metody przetwarzania odpadów drobnoziarnistych na produkty użyteczne w Wydawnictwie Politechniki Lubelskiej. Po uzyskaniu doktoratu uczestniczyłem w 20 konferencjach naukowo-technicznych krajowych i zagranicznych, w 16 prezentowałem referat lub poster. Dwukrotnie uzyskałem stypendium w ramach programu Erasmus Individual Teaching Programme for Teaching Staff Mobility. W kwietniu 2011 r. odbywałem staż w University Fernando Pessoa, Science and Technology Faculty, natomiast w maju 2012 r. byłem w Technical University of Lisbon, School of Engineering. W ramach tych pobytów prowadziłem m.in. wykłady ze studentami na temat Powder processing and metallurgy oraz Briquetting of powders for utilization. 6. PODSUMOWANIE DOROBKU NAUKOWEGO 6a. Tabelaryczne zestawienie L.p. Wyszczególnienie Przed doktoratem Po doktoracie Ogółem 1 Autor monografii - 3 3 2 Publikacje w czasopismach z listy JCR 1 5 6 3 Patenty 1 1 2 4 Publikacje oryginalne w innych czasopismach recenzowanych 9 17 26 5 Publikacje w materiałach konferencyjnych 11 2 13 6 Redaktor monografii - 6 6 7 Autorstwo rozdziału w monografii 2 8 10 8 Kierownictwo w projekcie badawczym - 1 1 9 Udział w projekcie badawczym 2 2 4 10 Uczestnictwo w konferencjach 18 20 38 9
10