Vodík je stále častěji označovaný za zdroj energie budoucnosti. Patří k těm obnovitelným, lze jej získávat z obyčejné vody - to zní ve srovnání s dobýváním ropy, zemního plynu i uhlí vážně převratně. Může to být právě vodík, co jednou zcela či významně nahradí fosilní paliva?
Technologie přímého solárního štěpení vody využívá v rámci elektrochemického děje skutečně dva základní přírodní zdroje - slunce a vodu. Jejich dlouhodobá dostupnost je bezesporu nesrovnatelně vyšší ve srovnání s fosilními palivy. Navíc se jedná o čistě „zelenou“ technologii šetrnou k životnímu prostředí. Pokud se podaří ještě zvýšit účinnost přeměny sluneční energie na chemickou ve formě vodíku, navíc s použitím levných elektrodových materiálů, je šance na masivní implementaci technologie velká. Právě vývoj takových materiálů je naším hlavním cílem. Nicméně jsem realista a domnívám se, že k nahrazení fosilních paliv bude potřeba využití dalších zdrojů energie, včetně jaderné.
„Vodíkové revoluci“ zatím brání hlavně vysoké náklady při jeho získávání, resp. nutnost používat při elektrolýze drahé platinové kovy. Což je problém, který se v této chvíli na celém světě snaží vyřešit mnoho vědců. A stejně jako váš výzkum se hojně upínají k nanomateriálům. Budete v Olomouci navazovat na výsledky již probíhajících výzkumů, nebo se chystáte jít zcela novou cestou?
Určitě nechceme přicházet s převratně novou technologií. Jak jste správně řekl, čistě elektrolytická technologie je velmi nákladná a rozhodně nemůže vést k masové produkci energie ve formě vodíku. Právě proto se chceme zaměřit na využití sluneční energie a produkovat vodík v rámci takzvaného fotoelektrochemického děje, který výrazně snižuje náklady. Budeme optimalizovat především anodické polovodičové fotokatalyzátory. Sázíme na osvědčené a levné materiály, jako jsou oxid železitý či oxid titaničitý, s jejichž výzkumem máme letitou zkušenost.
Vědci v Olomouci hledají cestu k čisté energii ze slunce a vodyVědecký tým v čele s předním světovým expertem, špičkové přístroje a vybavení a navrch štědrý rozpočet 130 milionů korun. To vše mají vědci v Olomouci k dispozici pro práci na prestižním projektu (více čtěte zde). |
Jejich výhodou je tedy i cena nesrovnatelná s platinou, palladiem či iridiem, které jsou zatím nezbytné při zmiňované elektrolytické technologii?
Ano, spatřujeme v nich nejvyšší komerční potenciál právě díky snadné dostupnosti a nízké ceně. Hlavním cílem je odstranit nedostatky, které brání dosažení vyšší účinnosti přeměny sluneční energie.
Ty jsou jaké?
Jedná se například o rozšíření spektra absorbovaného slunečního záření nebo zvýšení vodivosti a transportu elektrického náboje. Pro tyto účely plánujeme využít některé unikátní materiály, které jsme v Olomouci v posledních letech vyvinuli, jako jsou uhlíkové kvantové tečky nebo nové dvoudimenzionální deriváty grafenu. Tímto směrem se systematicky neubírá, pokud vím, žádná konkurenční světová skupina. V RCPTM navíc disponujeme zařízením, které umožňuje připravovat ultratenké elektrodové vrstvy pomocí plazmové depozice s možností rekordně citlivého ovlivnění chemických a strukturních vlastností polovodičových materiálů. Těchto zařízení je jen několik málo na světě.
Vím, že vědci následující otázku v lásce nemají, ale přesto ji položím. Troufnete si odhadnout, kdy by váš výzkum mohl přinést průlomový výsledek?
S ohledem na výše zmíněné jsem docela optimistou. U technologie přímého solárního štěpení vody vědecká komunita přesně ví, kde jsou slabá místa, která je třeba léčit. Myslím, že relativně brzy, v horizontu dvou až tří let, můžeme přijít s novými hybridními materiály, které budou vykazovat rekordní účinnost přeměny sluneční energie na chemickou. Finální etapy tohoto ambiciózního projektu proto předpokládají dokonce vývoj poloprovozního komerčního zařízení. Jen pro ilustraci: letos podepisujeme hned tři licenční smlouvy na prodej a implementaci našich technologií velkým národním i mezinárodním společnostem. Vývoj těchto technologií trval od dvou až do devíti let - tohle je běžný časový rámec potřebný na úspěšný transfer technologie.
Dovolím si ještě jednu „kacířskou“ otázku. Jako laik a současně obyvatel planety Země mám dojem, že podobný výzkum patří k těm, které mají potenciál dost ovlivnit budoucnost lidstva. A že ten, kdo problém s dostupným získáváním vodíku vyřeší, bude mít jednu ruku na Nobelově ceně za chemii. Souhlasil byste?
Tohle je těžká otázka, řeknu tedy spíše svůj osobní názor. Nobelova cena, alespoň tedy v oborech chemie a fyziky, je většinou udělována za „otevření dveří“ k něčemu velkému, co může, ale také nemusí mít zásadní dopad na lidskou společnost a její budoucnost. Jsou to tedy většinou principiální objevy z oblasti základního výzkumu. Kolega Patrik Schmuki, který u nás v olomouckém centru pracuje, je jedním z pionýrů ve vývoji unikátních materiálů pro přímé solární štěpení vody, podobně třeba jako Michael Grätzel z Lausanne, s kterým máme také krásné společné projekty a publikace. Jejich jména jsou proto často v souvislosti s Nobelovou cenou skloňována.
Tím pádem to ale nezní jako úplně utopická myšlenka...
Musím ale zdůraznit, že cesta k alternativním zdrojům energie vede nejen skrze přímé solární štěpení vody, ale také prostřednictvím zcela nových typů solárních cel. Ty totiž využívají také sluneční energii, ale bez nutnosti použití elektrolytu. Právě profesor Grätzel před pár lety vyvinul speciální materiály na bázi anorganicko-organických materiálů, perovskitů, které vykazují jedny z nejvyšších stupňů konverze sluneční energie - přes 20 procent. Na druhé straně jsou tyto materiály zatím velmi nestabilní, což jejich prosazení na energetický trh výrazně omezuje. Jinými slovy, cesta od zásadních objevů, za kterými bývá třeba právě Nobelova cena, k reálné globální technologii je většinou velmi dlouhá a trnitá. Naše hlavní ambice je nalézt a použít nanomateriály, které tuto cestu zkrátí a přivedou vodíkovou energii až do našich aut a domácností. Je to přesně v duchu filozofie propojení základního a aplikovaného výzkumu, kterou u nás v Olomouci uplatňuji.
