1.      Wstęp

Foresight  to „spojrzenie w przyszłość” usystematyzowanym sposobem pozyskiwania informacji, mające na celu stworzenie średnio lub długookresowej wizji rozwoju danej dziedziny techniki czy technologii. Stanowi skuteczne narzędzie wspomagania procesu decyzyjnego dotyczącego rozwoju danej branży czy regionu. W czerwcu 2006 roku w ramach Sektorowego Programu Operacyjnego - Wzrost Konkurencyjności Przedsiębiorstw na lata 2004-2006, którego głównym zadaniem było określenie priorytetów polityki Państwa w zakresie rozwijania przedsiębiorczości i innowacyjności, ze szczególnym uwzględnieniem sektora małych i średnich przedsiębiorstw, rozpoczęto prace nad „Foresightem technologicznym w zakresie materiałów polimerowych”. Opracowanie zostało wykonane na zamówienie Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Projekt o budżecie 5,2 mln PLN, został sfinansowany w 70% ze środków Unii Europejskiej, a w 30% ze środków własnych uczestniczących w nim jednostek. W skład konsorcjum badawczego  realizującego projekt weszli przedstawiciele Głównego Instytutu Górnictwa w Katowicach (koordynator projektu), Instytutu Chemii Przemysłowej w Warszawie, Centrum Badań Molekularnych i Makromolekularnych PAN w Łodzi, Centrum Chemii Polimerów PAN w Zabrzu, Instytutu Włókien Naturalnych w Poznaniu, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie oraz Politechnik: Krakowskiej, Łódzkiej, Szczecińskiej, Wrocławskiej i Śląskiej.

Sformułowano priorytety obszarów badań naukowych w zakresie wytwarzania i przetwarzania materiałów polimerowych na podstawie trendów występujących w krajach Unii Europejskiej oraz na świecie. Określono możliwości badawcze polskich ośrodków naukowych. Prace analityczne realizowane były w trzech dużych grupach tematycznych:

technologie wytwarzania materiałów polimerowych (M),

procesy przetwórstwa materiałów polimerowych (P),

obszary wykorzystania materiałów polimerowych (W).

2.      Metodologia prac foresight’owych – opis zastosowanych metod badawczych

Projekt miał na celu wskazanie możliwych kierunków prac w sferze rozwojowej oraz produkcyjnej przemysłu w dziedzinie inżynierii materiałowej w zakresie polimerów.Prace w ramach projektu były prowadzone w grupach ekspertów, tzw. Panelach Roboczych.

Punkt wyjścia stanowił dokonany przez grupy ekspertów przegląd technologii oraz ich klasyfikacja na schyłkowe, dojrzałe, prototypowe i przyszłościowe, będące dopiero w fazie badań. Metodycznej analizie poddano wyłącznie technologie dojrzałe, nie będące powszechnie stosowane na terenie kraju, technologie prototypowe oraz przyszłościowe. Pozostałe zostały odrzucone ze względu na brak perspektyw ich rozwoju w krajowych ośrodkach badawczych. Kryteria oceny brały pod uwagę ważność ekonomiczną, społeczną, znaczenie dla środowiska, kreatywność oraz wykonalność. Technologie, które w opinii ekspertów w najwyższym stopniu spełniały przyjęte kryteria, utworzyły listę technologii krytycznych. Stało się to podstawą opracowania wizji rozwoju technologicznego, czyli grup technologii krytycznych w ich wzajemnym powiązaniu merytorycznym i przyczynowo-skutkowym. Wizje rozwoju, które w ocenie ekspertów wydawały się możliwe i najbardziej prawdopodobne do zastosowania w Polsce, posłużyły do utworzenia scenariuszy rozwoju technologicznego.

Dzięki analizom STEEP i SWOT wskazane zostały najistotniejsze siły i słabości oraz szanse i zagrożenia mające wpływ na funkcjonowanie i rozwój obszarów badawczych gospodarki polimerami. W celu oceny znaczenia wziętych pod uwagę czynników przeprowadzona została analiza strukturalna wpływów. Rezultaty badania poddano analizie statystycznej z wykorzystaniem programu MicMac, w wyniku której ukazane zostały zarówno bezpośrednie, jak i pośrednie powiązania między czynnikami. Wynikiem tych prac było wskazanie czynników kluczowych, łączących siłę oddziaływania z dużym stopniem zależności, uznanych za priorytetowe w procesie opracowywania scenariuszy rozwoju. Na podstawie listy czynników kluczowych opracowano warianty zachowania się otoczenia, różniące się między sobą przewidywaną ewolucją czynników w przyszłości.

Warianty, których prawdopodobieństwo wystąpienia do roku 2030 okazało się największe, zostały szczegółowo opisane i wykorzystane w dalszych pracach nad tworzeniem scenariuszy rozwoju w Panelach Roboczych. Ostatnim instrumentem wspomagającym budowę scenariuszy rozwoju technologicznego była ankietyzacja tez delfickich opracowanych przez Panele Robocze. Jej podstawowym celem było określenie prawdopodobieństwa (i ewentualnego czasu) wystąpienia zdarzeń wytypowanych przez ekspertów. W badaniu wzięło udział łącznie około 600 respondentów reprezentujących szeroko rozumiany przemysł. Przygotowana ankieta delficka zawierała zestaw tez ogólnych odnoszących się do całościowego spojrzenia na rozwój materiałów polimerowych i ich przetwórstwa oraz zestaw tez szczegółowych dotyczących poszczególnych obszarów tematycznych. Tezy ogólne obejmowały zagadnienia związane z uwarunkowaniami politycznymi, ekologicznymi, ekonomicznymi i społecznymi w Polsce do roku 2030 oraz ogólnymi tendencjami rozwoju potencjału naukowo-badawczego i przemysłowego oraz wymaganiami i potrzebami rynkowymi. Analiza statystyczna uzyskanych odpowiedzi była przeprowadzona pod kątem przewidywanego terminu, w którym nastąpi realizacja zdarzenia opisanego w tezie. Do budowy prognoz czasu realizacji tez wykorzystano zasadę największego prawdopodobieństwa, zgodnie z którą za prognozę punktową przyjęto dominantę (dominanta informuje, który rok realizacji tezy był najczęściej wskazywany przez ekspertów). W celu budowy prognozy przedziałowej wykorzystano teoretyczne rozkłady statystyczne oraz przyjęto poziom wiarygodności 0,7 (prawdopodobieństwo, że teza będzie zrealizowana w zadanym przedziale czasowym).

Wyniki badania stanowiły narzędzie pomocnicze przy opracowywaniu scenariuszy rozwoju technologicznego. Podstaw dostarczyła ocena prawdopodobieństwa realizacji opracowanych wizji rozwoju technologicznego przy założonych wariantach zachowania się otoczenia w  przyjętym  okresie (do 2030 r.).  Scenariusze,  jako  najbardziej rozpowszechniona forma badań foresightowych, stosowane są w roli narzędzia decyzyjnego, ukazując możliwe wybory i ich potencjalne konsekwencje. Nie mają na celu przewidywania przyszłości lecz umożliwiają badania symulacyjne i mogą być stosowane przez kręgi decyzyjne do analizy efektów podjęcia różnych decyzji.

Ostatnim zadaniem stawianym przed Panelami Roboczymi było przygotowanie graficznej formy scenariuszy – tzw. mapy drogowej. Wybór scenariuszy rozwoju technologicznego dał podstawę opracowania w panelach roboczych technologicznych map drogowych zbudowanych w oparciu o technologie krytyczne (kluczowe) oraz program badawczo-rozwojowy dla analizowanego obszaru tematycznego.

Elementy mapy drogowej – zestaw technologii uwzględnionych w danym scenariuszu - poddano analizie pod kątem określenia wzajemnych powiązań oraz odniesień do programu badawczo-rozwojowego w analizowanym obszarze tematycznym. Następnie określono kiedy poszczególne technologie, w ramach danego scenariusza, osiągną dojrzałość, tzn. będą mogły być wdrożone. W trakcie tych prac wykorzystano wyniki ankietyzacji tez delfickich. Ostatecznie opracowany został graficzny obraz powiązań między technologiami przy uwzględnieniu skali czasowej. Ostatecznym wynikiem pracy było połączenie elementów cząstkowych w spójny scenariusz rozwoju technologii kluczowych całej gospodarki materiałami polimerowymi, która obejmuje zarówno ich wytwarzanie, przetwarzanie jak i różnorodne wykorzystanie.

 Wybrane scalone scenariusze rozwoju gałęzi wytwarzania, przetwórstwa
i wykorzystania tworzyw polimerowych w Polsce.

Najważniejszym z opracowanych scalonych scenariuszy rozwoju jest scenariusz optymistyczny, zakładający stały i stabilny wzrost znaczenia grupy materiałów polimerowych w różnych dziedzinach życia.  Jest to wynikiem założonych, sprzyjających uwarunkowań ekonomicznych oraz społeczno-politycznych. Zakłada się, że gospodarka krajowa będzie się rozwijać, a w skutek wzrostu PKB i dochodów ludności rosło będzie zapotrzebowanie na różnego rodzaju dobra materialne. Wejście do strefy euro ułatwi eksport produktów krajowych. Wzrośnie finansowanie prac badawczych z budżetu oraz programów Unii Europejskiej, dzięki czemu wzrośnie potencjał badawczy zarówno w aspekcie wyposażenia w sprzęt jak i w aspekcie poziomu kadry naukowej, ściśle współpracującej z  zagranicą. Rozszerzy  się  i  pogłębi  współpraca  nauki  z  przemysłem.

Przepisy prawne wspierać będą wdrażanie nowych  energooszczędnych  i  przyjaznych  dla  środowiska technologii wytwarzania i przetwarzania materiałów. Przedsiębiorstwa, zwłaszcza małe i średnie, dzięki konkurencji podnosić będą jakość produktów w oparciu o wiedzę zatrudnionych specjalistów. Ceny surowców na rynku będą stabilne, co umożliwi realizację strategii rozwoju planowanych na długie okresy.

W zakresie tworzyw termoplastycznych rozwijane będą w pierwszej kolejności technologie zapewniające obniżenie kosztów wytwarzania zarówno półproduktów jak i gotowych wyrobów. Wszystkie technologie powinny być energooszczędne i wodooszczędne, wysokowydajne oraz realizowane przy maksymalnym eliminowaniu jednostajnej, ciężkiej pracy ludzkiej wykonywanej w warunkach eliminujących zagrożenie zdrowia. Istotnym elementem jest poszukiwanie tanich surowców. Oczekuje się, że źródłem taniego surowca do przetwórstwa staną produkty recyklingu. Energooszczędne i tanie technologie w pierwszym okresie (przed 2010 r.) zostaną zastosowane do wytwarzania tworzyw typu PVC, PE, PP, POM, nieco później do tworzyw ABS, PS, PPU, PPE. W przetwórstwie rozwijane będą technologie oparte zarówno o wtryskiwanie jak i wytłaczanie. Zakłada się, że wraz z rozwojem produkcji tworzyw termoutwardzalnych i chemoutwardzalnych nastąpi automatyczny rozwój parku maszynowego i jego unowocześnienie zmierzające do wzrostu wydajności, a przez to znacznej obniżki kosztów  wytwarzania; utrzymanie jakości wytwarzanych tworzyw na najwyższym oczekiwanym przez wymagających odbiorców poziomie. Rozwój parku maszynowego i jego unowocześnienie przyczyni się do produkcji tworzyw termo- i chemoutwardzalnych gwarantującej ochronę środowiska zarówno na etapie wytwarzania tych tworzyw jak i ich eksploatacji, a następnie utylizacji. Zakłada się, że nowoczesnymi będą przede wszystkim technologie bezrozpuszczalnikowe, a do wytwarzania nowych tworzyw zostaną zastosowane surowce odnawialne. W początkowym okresie do roku 2015 zakładane efekty uzyska się w przypadku m.in. tworzyw z grupy nienasyconych żywic poliestrowych, fenoplastów, żywic silikonowych i poliuretanów. Po 2015 roku proces ten obejmie poliamidy, aminoplasty, polimery allilowe, żywice akrylowe. Stały rozwój krajowego rynku rozwinie popyt na nowe materiały i technologie budowlane. Należy się spodziewać, że dzięki swym korzystnym właściwościom utwardzalne materiały polimerowe poszerzą udział w rynku chemii budowlanej. Jednocześnie w obszarze krajowego zaplecza badawczego podejmowane będą prace nad modyfikacją istniejących i opracowaniem tworzyw reaktywnych,  w szczególności przeznaczonych do produkcji powłok ozdobnych i antykorozyjnych, wyższej jakości spoiw do polimerobetonów, samopoziomujących mas podłogowych, impregnatów oraz  powłok i membran hydroizolacyjnych, materiałów ogniochronnych, klejów i szpachlówek, osnów do prefabrykowanych konstrukcyjnych profili pultrudowanych, materiałów i elementów konstrukcyjnych (pokrycia dachów, zbiorniki, mosty, rury, okładziny, mała architektura). Szczególną rolę w wytwarzaniu konstrukcji inżynierskich będą miały technologie pultruzji i wtryskiwania, których wdrożenie przewiduje się w latach 2010-2015.

W dziedzinie wytwarzania i przetwórstwa elastomerów rozwijane będą technologie związane z rozwojem motoryzacji. Pojazdy mechaniczne mają wiele komponentów z elastomerów począwszy od opon pneumatycznych a skończywszy na wycieraczkach i materiałach wykładzinowych. Wymagania stawiane wielu z tych wyrobów są wysokie i zróżnicowane. Aby je spełnić, do wykonania niektórych z nich konieczne jest stosowanie wysokosprawnych materiałów dla zaawansowanych technik wytwarzania. W wielu przypadkach do ich wytworzenia używane są wieloskładnikowe mieszanki gumowe, zawierające nawet do 20 wzajemnie na siebie oddziaływujących lub ze sobą reagujących składników. Celem jest opracowanie ekologicznej technologii wytwarzania wysokosprawnych materiałów elastomerowych. Rozwój motoryzacji wymusza szybki rozwój przemysłu wytwarzania i modyfikacji elastomerów, a technologie opracowane dla tego celu mogą być wykorzystywane do wytwarzania także innych wyrobów spełniających wymagania wielu działów gospodarki. Technologie modyfikacji chemicznej i fizycznej elastomerów oraz produkcji modyfikatorów opracowane w ramach tego scenariusza będą mogły być wdrożone w średnich przedsiębiorstwach, co poprawi ich konkurencyjność na rynku. Po roku 2015 przewiduje się m.in. wdrożenie w skali komercyjnej produkcji elastomerów estro-olefinowych napełnianych nanoczasteczkami in-situ i funkcjonalizowanych oleinowych elastomerów termoplastycznych. W tym samym okresie zastosowane zostaną technologie łączenia elastomerów na gorąco, mikronatryskowanie elastomerów termoplastycznych z nanocząsteczkami, mieszanie elastomerów z nanonapełniaczami.

W obszarze kompozytów polimerowych szczególnie rozwijane będą technologie przydatne do wytwarzania produktów stosowanych w motoryzacji. Zwiększa się dostęp do rynku europejskiego, a co za tym idzie zwiększa się dostęp do zaawansowanych technologii i materiałów. Skutkuje to opracowaniem nowych krajowych maszyn i urządzeń, oraz wprowadzeniem nowych technologii wytwarzania i przetwarzania materiałów kompozytowych. Rozwija się również rynek związany z produkcją żywic i wzmocnień. Skutkiem tego jest wzrost konkurencyjności krajowego rynku kompozytów w stosunku do rynku zagranicznego i sprzedaż produkowanych wyrobów nie tylko w kraju, ale przede wszystkim za granicę. Ponadto, korzystne uwarunkowania ekonomiczne i społeczne doprowadzą, w krótkim czasie, do szczególnie intensywnego rozwoju produkcji pojazdów samochodowych w kraju. Sytuacja ta stanie się bodźcem do uruchomienia produkcji kooperacyjnej w zakresie materiałów, części i podzespołów. Jednocześnie zachowany zostanie główny czynnik sterujący rozwoju branży motoryzacyjnej: minimalizacja kosztów wytwarzania. Rozwój nowoczesnych konstrukcji samochodowych, wprowadzenie nowych systemów napędu opartego o układy hybrydowe i paliwo gazowe, jak również konieczność obniżenia zużycia paliwa sprzyjać będzie wprowadzaniu nowych technologii i materiałów opartych przede wszystkim na kompozytach. Wizja rozwoju motoryzacji zrealizowana może być w oparciu o technologię kompozytów termoplastycznych przede wszystkim wzmacnianych matami, włóknem węglowym i włóknem pochodzenia naturalnego. Ponadto opierać się będzie na rozwoju infuzyjnych technik formowania kompozytów z osnową duroplastyczną, wytwarzania i stosowania prefabrykatów pultrudowanych, usprawnienia i wdrożenia nowoczesnych technik przetwarzania preimpregnatów SMC oraz maszyn i narzędzi technologicznych, początkowo importowanych, a następnie produkowanych w kraju. Wizja ta przewiduje stosowanie i rozwój praktycznie większości technologii opartych na preimpregnatach. Znaczący udział w elementach konstrukcji będą odgrywały kompozyty wzmocnione włóknami naturalnymi i węglowymi typu SMC i BMC formowane technologiami wtrysku i prasowania. Ten kierunek rozwoju wymusi zmiany zarówno w doborze materiałów na elementy karoserii i wyposażenia pojazdów, technologii ich wytwarzania oraz utylizacji. Nastąpi wzrost zastosowania termoplastów wzmacnianych włóknami długimi szklanymi oraz matami z takich włókien, intensyfikacja wykorzystania wzmocnień z włókien naturalnych, oraz bazaltowych, a także preform włóknistych (także 3D) wytwarzanych w różnorodny sposób. W zależności od aktualnego stanu prac pierwsze wdrożenia winny nastąpić w okresie lat 2011-2015, natomiast zastosowanie w skali masowej nie później niż w roku 2020.

Recykling stanowi w scenariuszu optymistycznym ważne ogniwo gospodarki materiałami polimerowymi. Recykling materiałów polimerowych obejmuje technologie identyfikacji i sortowania oraz zagospodarowania. Identyfikacja i sortowanie z wykorzystaniem metod analizy spektralnej będzie najpowszechniej stosowaną techniką w technologiach sortowania. Metody spektroskopowe w podczerwieni (FT Raman, X-Ray oraz fotoakustyka) należą do najszerzej stosowanych metod analitycznych służących do identyfikacji różnego typu tworzyw sztucznych, a w niektórych przypadkach również do określenia ich jakości i/lub rodzajów dodatków w nich obecnych. Technika ta pozwala w znacznym stopniu zautomatyzować proces separacji i wyeliminować błędy w identyfikacji. Przewiduje się powszechne zastosowanie tych metod od ok. 2011 roku. Spalanie odpadów z odzyskiem energii jest wysoce wydajną i ekologiczną metodą redukcji odpadów z równoczesną korzyścią ekonomiczną. Opłacalność tej metody, znanej i stosowanej już obecnie można uzyskać przy przetwarzaniu minimum 150 000 Mg odpadów/rok. Wytworzone i przetworzone materiały polimerowe znajdą zastosowanie w różnych dziedzinach gospodarki.

W scenariuszu realistycznym założono niższy wzrost wskaźników ekonomicznych państwa oraz słabsze oddziaływanie czynników determinujących rozwój gospodarki materiałami polimerowymi. Takie założenie w pierwszej kolejności przekłada się na przesunięcie w czasie realizacji wizji w poszczególnych obszarach w kierunku późniejszych terminów wdrożeń i rozpoczęcia produkcji lub wykorzystania w skali komercyjnej. W mniejszym stopniu założenia wpłynęły na przewidywanie zaistnienia odmiennej wizji rozwoju. Nie wchodząc w szczegółowy opis tego wariantu zaistniałe różnice można zauważyć na graficznych prezentacjach obu scenariuszy rozwoju gospodarki materiałami polimerowymi.

W opracowaniu zawarto zestawienie najistotniejszych priorytetów badawczych oraz rekomendacje dla wdrożeń wytypowanych technologii w poszczególnych obszarach przetwórstwa materiałów polimerowych uwzględniające metody monitoringu procesu.

Szczegółowe informacje dotyczące założeń, sposobu prowadzenia prac, metod oceny i analizy wyników foresightu zaprezentowane zostały w opracowaniach monograficznych: „Wprowadzenie do foresightu technologicznego materiałów polimerowych w Polsce” oraz „Foresight technologiczny w zakresie materiałów polimerowych. Analiza stanu zagadnienia” (w opracowaniu). Po zakończeniu wszystkich prac w ramach foresightu całość opracowania będzie dostępna na stronie internetowej www.foresightpolimerowy.pl.

• Legal notice:
  

  Copyright (c) Pielaszek Research, all rights reserved.
  The above materials, including auxiliary resources, are subject to Publisher's copyright and the Author(s) intellectual rights. Without limiting Author(s) rights under respective Copyright Transfer Agreement, no part of the above documents may be reproduced without the express written permission of Pielaszek Research, the Publisher. Express permission from the Author(s) is required to use the above materials for academic purposes, such as lectures or scientific presentations.
  In every case, proper references including Author(s) name(s) and URL of this webpage: https://science24.com/paper/14851 must be provided.