Rozhovor: Učíme se od přírody lépe vyrábět energii ze Slunce

aktualizováno 
Suchý zip je vynález inspirovaný zahnutými bodlinami na semenech lopuchu. Čeští fyzici se chtějí přírodou inspirovat při vytvoření účinnějších systémů na výrobu energie ze slunečního záření. Triky bakterií chtějí napodobit s pomocí uhlíku a fluoru.

Ilustrační snímek. | foto: Adolf Horsinka, MAFRA

Zdaleka nejdůležitější soukromý fond na podporu české vědy, Neuron, na konci minulého týdne předával ceny pro odborníky v několika oborech. Ocenění od fondu, který založil Karel Janeček, se dočkaly uznávané vědecké kapacity i mladí vědci. Největší objem finanční prostředků směřoval na podporu nových vědeckých projektů v rámci tzv. Neuron Impulzů.

Tomáš Mančal

(*1974) Magisterský titul obhájil v oboru fyzika na Univerzitě Karlově v roce 1997, titul Ph.D. získal na Humboldt-Universität v Berlíně v roce 2002. Zde také v letech 1998 až 2002 pracoval, poté působil do roku 2006 na University of California v Berkeley. Od roku 2007 je vědeckým pracovníkem Teoretického oddělení Fyzikálního ústavu MFF UK. V roce 2014 pracoval šest měsíců jako hostující profesor na Fakultě přírodních věd a astronomie na Vrije Universiteit Amsterdam.

Jejich cílem je podpořit projekty převážně základního vědeckého výzkumu v oborech fyzika, matematika, medicína, chemie a společenské vědy. Každý z oceněných obdržel necelý milion korun na jeden vědecký projekt.

Přinášíme krátké rozhovory se všemi pěti nositeli Neuron Impulzů za rok 2014 a nahlédneme do toho, jaké problémy jejich obory v současné době řeší. Dalším je fyzik Tomáš Mančal, který mimo jiné pracuje i na vytváření nových systémů na přeměnu záření v elektřinu.

Chcete napodobit schopnosti rostlin a bakterií při využití sluneční energie. Jak jste na takový nápad přišel?
Dlouhodobě teoreticky zkoumám rostlinné a bakteriální anténní systémy pro sběr a přenos světelné energie. Běžně je součástí našeho oboru také zkoumání možností, jak tyto systémy napodobit.

Jak toho chcete dosáhnout?
Znalosti, které máme o bakteriích, přeneseme do vhodného umělého systému.

Proč se nesnažíte rovnou napodobit postup používaný bakteriemi? Ten je přece přírodou ověřený.
Přírodní systémy podléhají na slunci rychlé degeneraci. Rostliny vystavené plnému slunečnímu svitu záměrně omezují fotosyntézu, protože kdyby to neudělaly, tak se příliš vybudí a chlorofyl by například začal interagovat s agresivním kyslíkem. Fotosyntéza dosahuje nejvyšší účinnosti, když je pod mrakem. Ale pokud má systém vyrábět například elektřinu, musí fungovat co nejúčinněji právě za plného slunečního světla, kdy jsou podmínky k produkci energie nejvhodnější.

Na jakém principu bude umělý systém pracovat?
Vyjdeme z materiálu, kterému se říká fluorografen. V něm je na každý atom uhlíku navěšen atom fluoru a tento materiál je průhledný pro téměř celé sluneční spektrum. Když v tomto materiálu odebereme některým uhlíkům fluory, vzniknou miniaturní ostrůvky grafenu, které se díky kvantové mechanice chovají jako molekuly o podobné velikosti. To znamená, že ostrůvky například absorbují světlo ve spektru, které fluorografen nedokáže zachytit. Změnou velikostí ostrůvků lze určit, jaké světlo se bude absorbovat.

To už je první krok k anténě. Organizací ostrůvků do skupin lze modelovat strukturu přírodních antén. Funguje to zhruba tak, že dopadající světlo rozkmitá elektrony v grafenových ostrůvcích, jejich kmity poznají i sousední ostrůvky, a jelikož jsou spolu svázané, vzniknou nové frekvence. V takto upraveném fluorografenu lze ladit interakce mezi ostrůvky i vlnové délky, na kterých se absorbuje světlo. Navíc ostrůvky můžete uspořádat tak, aby vznikl tzv. energetický trychtýř. Ten posbírá všechno světlo v okolí  a odvede fotony do jediného místa. Tam pak přidáte molekulu, která ochotně odevzdává svůj elektron, např. fuleren, a jejich tokem vzniká elektrický proud.

Fond Neuron

Nadační fond Neuron je nezisková organizace založená za účelem rozvíjení mecenášství v oblasti vědy a výzkumu v České republice. Z prostředků mecenášů fond uděluje Neuron Impulsy ve výši milion korun na výzkumné projekty v oborech fyzika, chemie, matematika, medicína a společenské vědy. Ve stejných oborech pak špičkovým vědcům uděluje Cenu Neuron za přínos světové vědě a nadějným vědcům Cenu Neuron pro mladé vědce, která je spojena s odměnou 250 tisíc korun. Novým projektem, který naváže na slavnou éru výprav českých vědců, je Expedice Neuron. Ta povede k Hranické propasti, která je možná vůbec nejhlubší zatopenou propastí na světě. 

To, co jste popsal, probíhá na úrovni výpočtů a numerických modelů. Jak víte, že jsou správné?
S kolegy ze Svobodné univerzity v Amsterodamu připravujeme experimenty, které ověří, zda všechno proběhne podle našich propočtů.

Najdou výsledky vašeho základního výzkumu uplatnění v praxi?
Obecně řečeno doufáme, že naše poznatky budou využitelné k vývoji nových, levných a hlavně čistých zdrojů energie. Pokud se naše předpoklady potvrdí, mohly by informace ze základního výzkumu přispět k vývoji fotovoltaických článků, které využijí sluneční záření mnohem účinněji než dosavadní typy na bázi křemíku. Ale nemusíme směřovat nutně k fotovoltaice. Procesy, které zkoumáme, mohou najít uplatnění také při vývoji výhodnější výroby paliv. Například při syntéze alkoholu, který lze na rozdíl od elektrické energie velmi dobře skladovat. Musím však zdůraznit, že zatím je směr našeho výzkumu daný jen v hrubém nástinu, protože sami nevíme, kam nás bádání zavede. Základní myšlenka projektu je jasná: teoreticky a poté  i prakticky vyzkoušet převedení principů přírodní fotosyntézy do umělého systému s využitím fluorografenu.

Text vznikl pro nadační fond Neuron, byl redakčně upraven.

Nejčtenější

Na Měsíci je život. Pochází ze Země, zanesla jej tam izraelská havárie

Na Měsíci je nyní tisíce želvušek (Milnesium tardigradum), které přežijí...

Člověk na Měsíc nevkročil od roku 1972. Přesto lze říci, že na něm je pozemský život. Izraelská sonda Berešit totiž na...

Co zabilo turisty v Tatrách? Výboj, který urazí miliony metrů za sekundu

Ilustrační snímek

Pět lidí zemřelo a tři desítky jsou zraněny. To vše dokázal způsobit „jen obyčejný“ blesk. Změny, které jsou potřeba...

„Opravdu všichni přežili?“ Pilot bez motorů zázračně přistál v kukuřici

Let SV R178 společnosti Ural Airlines po úspěšném nouzovém přistání v...

„Zázrak nad Ramenskoje“, tak ruský tisk překřtil leteckou nehodu z 15 srpna 2019, která se odehrála nedaleko Moskvy....

Na prahu objevu. Hledali středověký příkop, narazili na neznámé podzemí

Nejen na svatého Jiří vylézají hadi a štíři. Na snímku odhalený průhled do...

Mohla to být jen zavezená díra nebo bezcenné zbytky pobořeného zdiva. Na místě georadarem nalezené anomálie se však...

První test v ČR: Sennheiser Ambeo je soundbar z kategorie zázraků

Sennheiser Ambeo

Třináct reproduktorů, třináct zesilovačů, roky vývoje algoritmů a obvodů pro zpracování prostorového zvuku, reprodukce...

Další z rubriky

Extáze, tedy MDMA, je bezpečnější než alkohol, řekla psycholožka v Rozstřelu

Psycholožka Rita Kočárová v diskusním pořadu Rozstřel (22. 8. 2019)

Čeští psychologové chtějí pacientům podávat účinnou látku drogy známé jako extáze. Mělo by se tak dít pod přímým...

Geneticky upravení kozlové planetu neovládnou, řekl vědec v Rozstřelu

Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky AV ČR v diskusním pořadu Rozstřel....

Petr Svoboda z Ústavu molekulární genetiky AV ČR byl hostem pondělního Rozstřelu na téma výzkum kmenových buněk, při...

Co zabilo turisty v Tatrách? Výboj, který urazí miliony metrů za sekundu

Ilustrační snímek

Pět lidí zemřelo a tři desítky jsou zraněny. To vše dokázal způsobit „jen obyčejný“ blesk. Změny, které jsou potřeba...

JAKO Z INSTAGRAMU: Stáhněte si zdarma milníkové kartičky
JAKO Z INSTAGRAMU: Stáhněte si zdarma milníkové kartičky

Znáte milníkové kartičky? Jsou to obrázky s textem, který označuje nějaký milník vašeho děťátka. eMimino si jich pro vás připravilo celou sadu k vytištění. Pojďte se na ně podívat.

Najdete na iDNES.cz