Projekti / Programi
Razvoj novih kamnitih površin, odpornih na biokorozijo in nastanek madežev
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.06.01 |
Naravoslovje |
Geologija |
Mineralogija in petrologija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P420 |
Naravoslovno-matematične vede |
Petrologija, mineralogija, geokemija |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.05 |
Naravoslovne vede |
Zemlja in okolje |
naravni kamen, bioreceptivnost, biodeterioracija, nastanek madežev
Raziskovalci (13)
Organizacije (5)
Povzetek
Glavni cilj tega projekta je oceniti bioreceptivnost preučevanih kamnitih substratov z različnimi mineraloškimi, kemijskimi in fizikalnimi lastnostmi in njihovo občutljivost na nastanek madežev. Poleg tega bodo razviti in optimizirani ustrezni postopki za preprečevanje propadanja zaradi delovanja mikroorganizmov, kar bo vodilo k razvoju visoko biorezistentnih kamnitih površin, prav tako odpornih na nastanek madežev. Rezultati raziskav bodo aplicirani na področje modernih stavb, historičnih objektov in spomenikov ter v manjši meri tudi na področje naravne dediščine.
Raziskovalni projekt je v prvi vrsti namenjen ocenjevanju neposrednega vpliva intrinzičnih lastnosti kamnin na občutljivost kamna za rast organizmov. Predhodne raziskave so na primer pokazala, da je imel preučevani kalcitni marmor večjo bioreceptivnost od dolomitske marmorja. V projektu bomo bioreceptivnost določevali na različnih pogosto uporabljenih komercialnih tipih naravnega kamna, ki jih najdemo v Sloveniji. Enako velja tudi za razvoj madežev. Predlagamo izraz "intrinzična občutljivost na nastanek madežev", ki poudarja dovzetnost kamna na nastanek madežev zaradi preperevanja mineralov. V primeru zunanjih vzrokov nastanka madežev so intrinzične lastnosti kamna manj pomembne za sam nastanek madežev, vendar je njihova odstranitev odvisna od stanja površine in samih lastnosti kamna. Raziskali bomo mehanizme pritrjevanja mikroorganizmov na kamnite površine v povezavi s hrapavostjo površin in tako identificirali najbolj učinkovite mehanske obdelave površine med proizvodnjo kamnitih proizvodov.
Da bi lahko določevali bioreceptivnost in verjetnost nastanka madežev je nujno potrebna standardizirana in zanesljiva pospešena laboratorijska metoda, saj je rast mikroorganizmov v naravi, pa tudi nastanek madežev, razmeroma dolgotrajen proces. Metoda za določanje bioreceptivnosti bo temeljila na meritvi avtofluorescence pionirskih avtotrofnih organizmov. V prvem delu projekta bomo opredelili osnovne mehanizme biološke razgradnje kamna, kot tudi zaporedne stopnje biokolonizacije. Manj pozornost bo namenjeno dejanski identifikaciji mikroorganizmov, saj je ta relativno zapleteno in široko področje, in bi za to potrebovali ločen projekt. Kljub temu pa bomo analizirali najpogostejše metabolite in glavne skupine mikroorganizmov. Uporabili bomo metode multivariantne analize, s katero bomo določili korelacijo intrinzičnih lastnosti kamna z njihovo odpornostjo na propadanje zaradi delovanja organizmov in na nastanek madežev.
V drugem delu projekta bomo ocenili učinkovitost različnih komercialno razpoložljivih tehnik čiščenja in obstoječe zaščitne premaze. V zvezi s slednjimi se bomo osredotočili na tiste premaze, ki imajo biocidne učinke in / ali povečajo odpornost na nastanek madežev. V predhodnih raziskavah in v raziskavah, ki potekajo v aktualnem evropskem projektu HEROMAT razvijamo različne samočistilne fotokatalitske premaze za zaščito izbranih mineralnih površin pred delovanjem različnih organskih agresorjev. V tem projektu bomo lastnosti teh premazov ukrojili na ta način, da bodo uporabni za karbonatne in silikatne kamnite substrate, pri čemer želimo poudariti njihovo odpornost na nastanek madežev in njihov antimikrobni učinek. Poleg tega želimo tudi povečati odpornost in oprijem tovrstnih premazov. Takšne prevleke morajo biti trajne, ohraniti morajo prvotno barvo kamna in ne smejo škodljivo delovati na kamnito podlago. Dodana vrednost tega projekta je razvoj nestrupenih in neškodljivih čistilnih sredstev za odpravo lampenflore (algne prevleke v kraških jamah).
Industrijska partnerja v projektu bosta lahko neposredno uporabila rezultate projekta. Ti bodo razširjeni tudi med zainteresiranimi skupinami in deležniki, saj obstaja veliko povpraševanje po znanstveno utemeljenih podatkih v zvezi z izbiro ustreznih kamnitih površin, ki so odporne na nastanek madežev in so biorezistentne.
Pomen za razvoj znanosti
Biodeterioracija je relativna mlado znanstveno področja, ki povezuje področje znanosti o materialih in mikrobiologijo. Predlagano raziskovalno delo je v glavnem prispevalo k razumevanju vpliva intrinzičnih lastnosti kamnine kot tudi lastnosti kamna kot proizvoda na bioreceptivnosti. S sistematičnimi raziskavami, baziranimi na poznavanju potreb industrije smo prispevali k novim znanjem na področju geologije, kemije (razvoj in delovanje funkcionalnih premazov) in mikrobiologije. Naslednji dosežki projekta prispevajo k razvoju znanosti: (1) razvita hitra laboratorijska metoda za določanje bioreceptivnosti kamna, ki jo bomo predlagali CEN tehničnemu odboru za naravni kamen (TC 246), ki pripravlja predloge tehničnih specifikacij za naravni kamen. Razvoj metode je potekal v komunikaciji z nekaterimi člani odbora; (2) razvit protokol 3D bioreceptivnosti z zlepljanjem mikroskopskih slik, posnetih z optičnim fluorescenčnim mikroskopom v več fokalnih ravneh. Metodo smo razvili tudi na konfokalnem mikroskopu, vendar se je prva izkazala za bolj učinkovito, cenejšo in prenesljivo v industrijo in preskuševalne laboratorije, saj vsi laboratoriji nimajo konfokalnih mikroskopov; (3) uspešno aplikacija 3D mikrotomografske metode za vizualizacijo 3D biodeterioracije z ločljivostjo do 1 µm; (4) prispevek k razumevanju zaporedij kolonizacije kamnitih površin; (5) prispevek k razumevanju fotokatalitske aktivnosti na različnih karbonatnih in silikatnih kamnitih površinah. Raziskovalno delo se odraža v sistematičnem vrednotenju bioreceptivnosti in občutljivosti za nastanek madežev na širokem obsegu kamna. To smo nadgradili s korelacijo med intrinzičnimi lastnostmi kamna (kemijsko-mineraloška sestava, mikrostruktura, lastnosti površine) in biodeterioracijo ter odpornostjo na madeže. Sodelovanje s tujimi raziskovalnimi skupinami, mednarodnimi konzorciji (HEROMAT, EIP NATUREUROSTONE) in standardizacijskimi odbori (TC 246) in z objavo izvirnih znanstvenih člankov in ostalih prispevkov smo omogočili razširitev raziskovalnih izsledkov na širše raziskovalno območje. Projektna raziskovalna skupina je tako optimizirala in razvila nove metodološke pristope na področju, ki bodo prispevali k razvoju znanosti in znanja v svetu.
Pomen za razvoj Slovenije
Oba sofinancerja iz industrije sta prejela znanje in informacije za razvoj materialov in prevlek z visoko odpornostjo na biokolonizacijo in odpornostjo na nastanek madežev; Marmor Hotavlje d.o.o. za zaščito kamnitih površin, JUB d.o.o. pa predvsem na področju razvoja hidrofobnih premazov. Poleg navedenih sofinancerjev je razvoj fotokatalitikov potekal tudi skupaj s podjetjem HELIOS. Rezultati projekta in pridobljeno znanje tako omogočajo navedenim podjetjem nadgradnjo poslovanja kot običajno. Tretji sofinancer Postojnska jama je pridobil iz projekta informacije za bolj trajnostno upravljanje Postojnske jame, ki je ena izmed največjih svetovnih podzemnih turističnih atrakcij, saj jo na leto obišče več kot 600.000 obiskovalcev. Projekt je preko organiziranih delavnic pozitivno vplival tudi na ostale deležnike: kamnoseška podjetja, podjetja, ki vgrajujejo in negujejo kamen, razvijalce premazov kot tudi konzervatorje in restavratorje kamnitih objektov kulturne dediščine. Pomen za razvoj Slovenije, predvsem industrije kot tudi družbe lahko tako povzamemo v naslednjih točkah: (a) Prenos sistematičnih in znanstveno osnovanih informacij o bioreceptivnosti in občutljivosti na nastanek madežev ter o preprečevanju biokolonizacije in nastanka madežev. Po drugi strani je industrija konzorciju posredovala svoje izkušnje iz trga in izvajanja njihovih dejavnosti (izkušnje z različnimi vgrajenimi kamnitimi materiali, delovanje zaščitnih premazov in metod čiščenja). Izbira ustreznega kamna, čiščenja in zaščitnih premazov v poplavi komercialnih izdelkov je zdaj lahko znanstveno ali strokovno opredeljena. (b) Na osnovi hitrih in učinkovitih metod, razvitih v projektu in izvedenih analiz so partnerji lahko ocenili kakovost lastnih proizvodov, in proizvodov, ki jih uporabljajo. To se je izkazalo za pomembno tudi za vrednotenje učinkovitosti postopkov za ohranjanje kulturne in naravne dediščine. (c) Novi fotokatalitski premaz in informacije za razvoj novega hidrofobnega premaza, ki bo povečal konkurenčnost partnerjev, ne samo v Sloveniji ampak tudi na tujih trgih. (d) Odpiranje novih trgov, kar je zlasti pomembno za gradbeni sektor in z njim povezane sektorje, ki se počasi obnavlja po nedavni recesiji. Trg podjetja Marmor Hotavlje že danes več kot 80 % v tujini. V preteklem letu je podjetje npr. izdelovalo tudi visokofunkcionalne kamnite mize za podjetje Apple. Razvoj novih izdelkov z dodano vrednostjo bo tako oblikoval še dodatne priložnosti potiska (ponudbe) in vleka (povpraševanje). (e) Priložnosti za trajno medsektorsko sodelovanje med proizvajalci kamnitih proizvodov in proizvajalci premazov. Takšna izmenjava izkušenj in izmenjava znanja je bistvenega pomena za napredovanje obeh sektorjev. Po drugi strani sodelovanje med proizvajalci kamna, zaščitnih sredstev ter upravljavci naravne in kulturne dediščine predstavlja možnost tesnejšega sodelovanja in bolj trajnostne, učinkovite in cenejše zaščite naravne in kulturne dediščine, kar ima velik potencial v turizmu. (g) Razvoj novih kompetenc in znanj v industriji in med deležniki in s tem krepitev zmogljivosti med vsemi akterji zaščite in proizvodnje naravnega kamna. V projektu so sodelovali študentje (dva študenta sta na tematiki projekta uspešno zaključila svoj študij) in mlajši raziskovalci (dva mlajša raziskovalca projekta, vključno z vodjo projekta). Končno dolgotrajni učinek projekta vidimo tudi v ohranjanju moderne kamnite arhitekture, kulturne dediščine in v ohranjanju občutljivih jamskih abiotskih in biotskih sistemov, kar neposredno vpliva na ohranjanje vrednot, ne samo na nacionalni, ampak tudi svetovni ravni. Preko mednarodnih sodelovanj so nova odkritja na področju raziskav omogočila tudi promocijo slovenskega raziskovalnega prostora v tujini in povečala njegovo prepoznavnost.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
