GEOKOMPOZYTY SORBUJĄCE WODĘ – INNOWACYJNE TECHNOLOGIE WSPOMAGAJĄCE WEGETACJĘ ROŚLIN

Idea
Pomysł opracowania geokompozytu sorbującego wodę zrodził się na Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu w Instytucie Inżynierii Środowiska, którego pracownicy naukowi od wielu lat interesują się zagadnieniami regulowania stosunków wodnych warunkujących wegetację roślin.

Projekt
projekt prowadzony w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.Projekt prowadzony jest w konsorcjum pomiędzy Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu – liderem i inicjatorem Projektu, a Politechniką Wrocławską i Instytutem Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach.

Projekt dotyczy sposobu regulacji stosunków wodnych w glebie przy zastosowaniu innowacyjnych form geokompozytów, zawierających superabsorbenty, zatrzymujących wodę, co wspomaga wegetację i prawidłowy rozwój roślin. Rezultatem prowadzonych podczas projektu badań ma być opracowanie innowacyjnego produktu w postaci geokompozytów sorbujących wodę wraz z instrukcją technologiczną aplikacji i użytkowania w zależności od ich docelowego przeznaczenia.

Opis projektu

Cel projektu
Stworzenie technicznych możliwości trwałego zatrzymywania wody opadowej w glebie, dostępnej roślinom przez dłuższy, dający się określić czas.

Opis projektu
Projekt GEOSAP – ,,Geokompozyty sorbujące wodę – innowacyjne technologie wspomagające wegetację roślin” dotyczy jednego z aspektów racjonalnego i oszczędnego gospodarowania wodą – zapewnienia roślinom dostatecznej ilości wody niezależnie od warunków środowiska i warunków klimatycznych. Woda, która pochodzi z opadów lub z systemów nawadniających, jest częściowo zatrzymywana w glebie, jednak z uwagi na małą zdolność jej retencji, większość wsiąka głęboko w podłoże lub wyparowuje i przestaje być dostępna dla roślin. Istotne zwiększenie tej retencji mogą zapewnić geokompozyty sorbujące wodę. Przechwytują one wody opadowe i zatrzymują je w postaci żelu. Superabsorbenty, absorbujące wodę, to polimery o doskonałych właściwościach sorbujących – 1 g może zatrzymać nawet do 300 g wody. Korzenie roślin, dzięki hydrotropizmowi, szybko orientują się, gdzie jest większe nasycenie wodą. Przerastają przez włókninę do wnętrza geokompozytu i wykorzystując siłę ssącą potrafią pobrać do 95 % zgromadzonej wody. Wewnętrzny szkielet zapewnia przestrzeń niezbędną do prawidłowej pracy superabsorbentu. Bez dodatkowej przestrzeni, superabsorbent wymieszany z glebą nie jest w stanie efektywnie zatrzymywać wody. Gdy spadnie deszcz, włączymy system nawadniający lub podlejemy nasze rośliny, magazyn wody w geokompozycie zostanie uzupełniony, a rośliny będą mogły korzystać z niego ponownie. Zgromadzona woda jest stale dostępna dla roślin, dzięki czemu mogą ją pobierać, kiedy potrzebują i w takich ilościach, jakie są konieczne do rozwoju. Dzięki temu prawidłowo pielęgnowane rośliny rozwijają się szybciej i są w lepszej kondycji. System korzeniowy roślin wspomaganych geokompozytem, rosnących w optymalnych warunkach wodnych, jest lepiej rozwinięty, co wzmacnia grunt. Ma to kapitalne znaczenie przy zabezpieczeniu skarp przed erozją. Części naziemne rosną większe, są bardziej odporne na niedobory wody w glebie, lepiej się przyjmują po przesadzeniu.
W przypadku roślin ozdobnych dają większe przyrosty, a w przypadku roślin jagodowych również większe zbiory. Zastosowanie geokompozytów sorbujących wodę pozwala też ograniczyć straty i zużycie wody w uprawach.

Realizacja
W trakcie zaplanowanych na ponad pięć lat badań opracowano nowy rodzaj geokompozytów. Sprawdzono ich skuteczność w warunkach laboratoryjnych, półtechnicznych i polowych. Opracowano różne formy geokompozytów w zależności od warunków stosowania i instalacji. Ich zastosowanie pozwala na optymalizację warunków wegetacji roślin, z pozytywnym wpływem na plonowanie roślin użytkowych i równoczesnym zmniejszeniem zużycia wody. Zaangażowanych w badania w ramach projektu było 90 naukowców, doktorantów i studentów.
Projekt prowadzony był w konsorcjum zawartym pomiędzy Uniwersytetem Przyrodniczym we Wrocławiu – liderem i inicjatorem Projektu a Politechniką Wrocławską i Instytutem Ekologii Terenów Uprzemysłowionych w Katowicach.

Geokompozyty sorbujące wodę znajdą zastosowanie:

• na skarpach i nasypach drogowych, gdzie mają pozytywny wpływ na stan roślinności, stanowiąc element ubezpieczenia biotechnicznego skarp i nasypów drogowych oraz kolejowych,
• w transporcie i przy przechowywaniu roślin ozdobnych, sadzonek drzew, krzewów, kwiatów,
• w aglomeracjach miejskich, gdzie wpłyną na rozwiązanie problemów związanych z utrzymaniem terenów zieleni miejskiej,
• w prowadzeniu zalesień i zakrzewień, szczególnie na terenach trudnych siedliskowo,
• na zdegradowanych terenach poprzemysłowych,
• w wybranych obszarach gospodarki rolnej, np. w uprawie roślin jagodowych czy ozdobnych.

Finansowanie
Projekt prowadzony jest w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013, Priorytet 1 „Badania i rozwój nowoczesnych technologii”, Działanie 1.3 „Wsparcie projektów B+R na rzecz przedsiębiorców realizowanych przez jednostki naukowe”, Poddziałanie 1.3.1. „Projekty rozwojowe”, współfinansowany przez Unię Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego.

Komercjalizacja wyników badań
W 2012 r. spółka Geotabo sp. z o.o. kupiła od Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu wyłączną licencję na korzystanie z wynalazku „Element geokompozytowy, zwłaszcza do wspomagania wegetacji roślin” chronionego patentem krajowym nr PL 211198.
HYDROBox to rynkowa nazwa produktu wytwarzanego na podstawie zakupionej licencji.
W sierpniu 2015 otrzymaliśmy patent europejski EP 2560472.

Zadania badawcze
Zadanie 1. 
Opracowanie i optymalizacja geokompozytów sorbujących wodę w zależności od przeznaczenia i sposobu aplikacji
Zadanie 2. 
Określenie wpływu wybranych jonów i roztworów glebowych na właściwości superabsorbentów
Zadanie 3.
Przygotowanie układów superabsorbentów z innymi sorbentami i określenie ich właściwości
Zadanie 4.
Fizyka poboru roztworów glebowych z geokompozytów
Zadanie 5.
Ocena ryzyka stosowania geokompozytów
Zadanie 6.
Opracowanie technologii aplikacji geokompozytów na skarpach w skali półtechnicznej
Zadanie 7.
Opracowanie technologii aplikacji geokompozytów w konstrukcjach oporowych w skali półtechnicznej
Zadanie 8.
Ocena zastosowania geokompozytów sorbujących wodę w sadownictwie
Zadanie 9.
Walidacja efektów wzrostu i zdrowotności bylin i krzewów stosowanych na terenach założeń urbanistycznych
Zadanie 10.
Opracowanie technologii stabilizacji biologicznej plaż zbiorników poflotacyjnych przy wykorzystaniu geokompozytów sorbujących wodę
Zadanie 11.
Określenie stanu i struktury superabsorbentów w geokompozytach w trakcie stosowania
Zadanie 12.
Ocena wpływu zastosowania geokompozytów sorbujących wodę na rozwój i plonowanie Miskanta Olbrzymiego
Zadanie 13.
Opracowanie technologii uprawy roślin fitostabilizacyjnych na podłożach rekultywacyjnych przy wykorzystaniu geokompozytów sorbujących wodę
Zadanie 14.
Aplikacje terenowe

Termin realizacji projektu
01.10.2009r. – 30.06.2015 r.

Geokompozyt sorbujący wodę (GSW) to przestrzenna konstrukcja służąca retencjonowaniu (zatrzymywaniu) wody w glebie tak, aby była ona następnie dostępna dla roślin. W ten sposób geokompozyty sorbujące wodę pomagają roślinom rozwijać się szybciej a w przypadku niedoborów wody lub suszy pomóc im przetrwać ten okres. Opracowane w ramach projektu geokompozyty składają się z trzech zasadniczych części:

• włókniny, która przechwytuje wodę z gleby,
• wewnętrznego szkieletu, który zapewnia miejsce do swobodnego retencjonowania wody (pęcznienia superabsorbentu),
• superabsorbentu czyli polimeru, który posiada zdolność do absorbcji (zatrzymywania) dużych ilości wody.

Woda infiltrująca w głąb profilu glebowego zostaje przechwycona przez włókninę i zatrzymana w postaci żelu wewnątrz geokompoztytu. Korzenie roślin potrafią swobodnie przerosnąć do jego wnętrza i pobrać zgromadzoną tam wodę. Proces ten może być powtarzany wielokrotnie. Wewnętrzy magazyn wody, jakim jest geokompozyt zostaje uzupełniony podczas obfitych opadów deszczu, nawadniania czy po podlaniu przez nas roślin.

Budowa i przykłady GSW przedstawiono poniżej.

Nagroda Grand Prix w konkursie INFRAEKO 2014
Geokompozyty sorbujące wodę zdobyły nagrodę Grand Prix w konkursie INFRAEKO 2014 na najlepsze rozwiązanie produktowe, technologię, wdrożenie i zrealizowaną inwestycję podczas IV Międzynarodowej Konferencji Naukowo-Technicznej nt. „Nowoczesne miasta. Infrastruktura i środowisko” która odbyła się w Krakowie w dniach 29-30 maja 2014r.

25th International Invention, Innovation & Technology Exhibition
Podczas XXV Międzynarodowe wystawy inwencji, innowacji i technologii ITEX 2014 odbywającej się w Kuala Lumpur w dniach 8-10.05.2014 r. dr Krzysztof Lejcuś odebrał złoty medal za wynalazek jakim są geokompozyty oraz nagrodę za najlepszy wynalazek z zagranicy.

Dyplom od Minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego dla geokompozytów
Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu otrzymał dyplom od prof. Leny Kolarskiej-Bobińskiej Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego za „Element geokompozytowy, zwłaszcza do wspomagania wegetacji roślin” który jest rezultatem prowadzonego projektu.

Dwa złote medale dla geokompozytów na wystawie Brussels Innova 2013
Element geokompozytowy do wspomagania wegetacji roślin otrzymał na Światowych Targach Wynalazczości, Badań Naukowych i Nowych Technologii (BRUSSEL INNOVA 2013) złoty medal.
Drugi złoty medal dla geokompozytów został przyznany przez Chorwackie Stowarzyszenie Wynalazców. Targi odbywały się w dniach 14-16 listopada 2013 r. w Brukseli.

Nagroda na międzynarodowej konferencji „The Topical Issues of Mineral Resources Management” w Sankt Petersburgu
Michał Śpitalniak podczas międzynarodowej konferencji „The Topical Issues of Mineral Resources Management” został nagrodzony za pracę „Water absorbing geocomposite as an innovative solution for supporting development of biotechnical protection of slopes”, uzyskując drugie miejsce w sekcji poświęconej inżynierii i ochronie środowiska.

K. Lejcuś, J. Dąbrowska, D. Garlikowski, and M. Śpitalniak

The application of water-absorbing geocomposites to support plant growth on slopes

Geosynthetics International 2015 22:6, 452-456 DOI: http://dx.doi.org/10.1680/jgein.15.00025

Published Online: December 07, 2015

Przemysław Bąbelewski, Magdalena Pancerz, Regina Dębicz
THE INFLUENCE OF GEOCOMPOSITES ON THE BIOMASS PRODUCTION, THE NUTRITIONAL STATUS OF PLANTS AND THE SUBSTRATE CHARACTERISTICS IN THE CONTAINER NURSERY PRODUCTION OF ROSA CV. WHITE MEIDILAND AND BERBERIS THUNBERGII CV. GREEN CARPET

Cabała A., Wróblewska K., Chohura P., Dębicz R.: Effect of fertilization through geocomposite on nutritional status of Hosta ‘Halcyon’ plants grown in containers, Acta Scientiarum Polonorum – Hortorum Cultus: 2016, vol. 15, (3), 83-93.
 
 
ŚPITALNIAK M.: Wykorzystanie geokompozytów sorbujących wodę do ochrony skarp budowli ziemnych przed erozją. Inżynieria Morska i Geotechnika 3/2016.
 
 
P.M Oksińska, E.G. Magnucka, K. Lejcus, S.J. Pietr.
Biodegradation of the cross-linked copolymer of acrylamide and potassium acrylate by soil bacteria.
Environmental Science and Pollution Research (2016) 23:5969-5977
DOI 10.1007/s11356-016-6130-6
 

K. Lejcuś, J. Dąbrowska, J. Grzybowska-Pietras, D. Garlikowski, I. Lejcuś, A. Pawłowski, M. Śpitalniak, „Analysis of the properties of nonwoven sheaths used in water absorbing geocomposites in unsaturated soil conditions” Fibres & Textiles in Eastern Europe. 2016 Vol. 24 3(117) DOI: 10.5604/12303666.1196620

K. Lejcuś, J. Dąbrowska, D. Garlikowski, L. Kordas

Water loss from soil and water absorbing geocomposite

2015 6th International Conference on Environmental Science and Technology Volume 84 of IPCBEE

(2015) DOI: 10.7763/IPCBEE. 2015. V84. 21

J. Dąbrowska, D. Garlikowski, K. Lejcuś

Geokompozyty sorbujące wodę jako element wspomagający pokrycia biotechniczne

V konferencja naukowa pod patronetem rektora Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu profesora

Romana Kołacza: współczesne problemy inżynierii śodowiska. Wrocław-Polanica Zdrój 16-

18.05.2012r.  (skróty referatów:www.dbc.wroc.pl/Content/18967)

J. Dąbrowska, K. Lejcuś

Charakterystyka wybranych właściwości superabsorbentów:

Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich Nr 3/IV/2012. s. 59-68

K. Lejcuś, H. Orzeszyna, A. Pawłowski, D. Garlikowski.

Wykorzystanie superabsorbentów w zabezpieczeniach przeciwerozyjnych

Infrastruktura i ekologia ternów wiejskich Nr 9/2008. s.189-194.

Lejcus K, Garlikowski D, Orzeszyna H, Pawlowski A, editors. Geocomposite with superabsorbent in

landfill recultivation and slope protection. International Workshop on Management of Pollutant

Emission from Landfills and Sludge; 2006 Sep 16-19; Kazimierz Dolny, POLAND. LONDON: Taylor &

Francis Ltd; 2008.

H. Orzeszyna, D. Garlikowski, A. Pawłowski.

Using of geocomposite with superabsorbent synthetic polymers as water retention element in

vegetative layers. International Agrophysics 2006, 20, 201-206.

Wyjazdy na konferencje i referaty:

EC 2015 – International Erosion Control Association Conference – Environmental Connection. Referat pt.: “Innovative Water Absorbing Geocomposite for Anti-Erosion Protection”, Portland USA 16-18 luty 2015.

EC 2015 – International Erosion Control Association Conference – Environmental Connection. Referat pt.: “The Application of Water Absorbing Geocomposites to Support Plant Growth on Slopes”, Portland USA 16-18 luty 2015.

Konferencja ogólnopolska naukowo-techniczna pt.: „Geosyntetyki w budownictwie i ochronie środowiska”, Referat pt.: „Geokompozyt sorbujący wodę – innowacyjna technologia wspomagająca wegetację roślin na skarpach”, Ustroń 22-24 październik 2014.

Ogólnopolska konferencja” OSUWISKO”. Referat pt.: ”Geokompozyty sorbujące wodę jako nowy sposób zapobiegania płytkim osuwiskom” Wieliczka, 19-22 maja 2015.

2014 TICEAS – Tokyo International Conference on Environmental and Applied Science. Referat pt.:” Erosion protection of slopes constructed from sandy tailings with use of water absorbing geocomposites”, Tokio, Japonia. 17-19 grudnia 2014.

Międzynarodowa konferencja pt.: „International Forum-Competition of Young Researches, Topical Issues of Rational Use of Natural Resources”. Referat pt.: „Water absorbing geocomposites as an innovative solution for supporting development of biotechnical protection of slopes”, The first higher technical educational institution of Russia, National Mineral Resources University, St. Petersburg, Rosja 22-26 kwietnia 2013.

Opracowane materiały;

Postępuj według trzech prostych kroków:

1. Namocz w wodzie swój geokompozyt aż wypełni się wodą
2. Umieść geokompozyt na dnie doniczki lub dołka, w którym sadzisz swoją roślinę
3. Dalej postępuj tak jak zwykle, posadź swoją roślinę, zasyp ziemią, obficie podlej i gotowe

Geokompozyty dobieraj tak, aby wielkość bryły korzeniowej twojej rośliny była zbliżona do wielkości geokompozytu.

Skarpy budowli ziemnych

Kwiaty balkonowe

Pnącza

Kwiaty i byliny w donicach i misach

Truskawki

Róże

Krzewy

Krzewy w donicach

Drzewa

Ilość geokompozytów należy dobrać tak, aby ich długość stanowiła około połowy obwodu bryły korzeniowej sadzonego drzewa. W przypadku drzew geokompozyty należy instalować na głębokości 15-30 cm.

Zielone dachy

Krzewy i pnącza wzdłuż ekranów dźwiękochłonnych

• 10 lat w UE: pieniądze na badania naukowe, tvp.pl, 2014.04.10
• Element geokompozytowy w galerii wynalazków 2014, tvp.pl, 2014.03.27
• Kompozyt, który zwiększa plony. Wrocławski wynalazek zainteresował Arabów, tvn24, 2013.12.08
• Geokompozyty z Wrocławia ze złotem, wiadomości rolnicze, 2013.11.29
• Nowe technologie wzmocnią polskie wały, TVN Meteo, 2013.11.29,
• Kawa czy herbata?, tvp.pl, 2013.06.07
• Polacy wymyślili: Jak przedłużyć życie rośliny, onet.pl
• Hydroboxy – sekrety patentu z Wrocławia, owocewarzywakwiaty.pl, 2012.03.22
• Wrocławski Hydrobox receptą na niedobór wody, Portal Innowacji, 2012.03.19
• Hydrobox – cudowna galareta, Nowa Trybuna Opolska, 2012.03.17
• Geokompozyty sorbujące wodę. Technologia opatentowana w Polsce, money.pl, 2012.03.08
• Pudełko z wodą, telegraf.biz, 2012.03.06
• Wynalazek wrocławskich naukowców. „Pojenie na żądanie”, Gazeta Wyborcza, 2012.03.05
• Naukowy wynalazek na nasze rabatki, Gazeta Wrocławska, 2012.03.05
• Odkrycie wrocławskich naukowców, RadioRAM, 2012.03.03
• Wynalazek chłonny jak pieluchy, TVP Wrocław, 2012.03.02
• Pierwsza w Polsce komercjalizacja wyników badań finansowanych z POIG, eurofundsnews.pl, 2012.02.29
• Geokompozyty sorbujące wodę na posiedzeniu Dolnośląskiej Rady Przedsiębiorczości i Nauki, geotekstylia.eu
• Geokompozyty w „Laboratorium XXI wieku”, Uniwersytet Przyrodniczy we Wrocławiu, 13.10.2010 r.
• W rękach młodych naukowców, „Głos Uczelni”, czerwiec 2010
• W czasie suszy – geokompozyty, ekomiko.pl, 12.05.2010 r.
• Sukcesy uczonych, Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, 10.05.2010 r.
• W czasie suszy – geokompozyty, ekologia.pl, 09.05.2010 r.
• Geokompozyty zatrzymujące w ziemi wodę ułatwią roślinom wegetację w niekorzystnych warunkach ChrońmyKlimat.pl, 06.05.2010 r.
• Potrzeba jest matką wynalazków – Antidotum na susze, cafemirenium.kylos.pl, 01.05.2010 r.
• W czasie suszy – geokompozyty, proekologia.pl, 30.04.2010 r.
• Antidotum na susze, studentnews.pl, 30.04.2010 r.

RAPORTY DO POBRANIA:

OD POMYSŁU DO PRODUKTU

APLIKACJE TERENOWE

KONSTRUKCJE INŻYNIERSKIE

BEZPIECZEŃSTWO STOSOWANIA

PODŁOŻA REKULTYWACYJNE + MISKANT

ZASTOSOWANIA NA SKARPACH

WŁAŚCIWOŚCI SUPERABSORBENTÓW POLIMEROWYCH