Nejlehčí pevnou látkou známou člověku byl dlouho materiál přezdívaný "zmrzlý dým". Krychlový metr této étericky působící namodralé látky s vynikajícími izolačními vlastnostmi váží pouhý jeden kilogram. (Nyní ho sesadily materiály s ještě několikanásobně nižší hustotou.) Nudnějším, ale přesnějším jazykem řečeno je "zmrzlý dým" aerogel, konkrétně aerogel z oxidu křemičitého.
Aerogel z oxidu křemičitého
Název této skupiny látek většině z nás nic neříká, ale přitom nejsou nic nového. První aerogel byl připraven v laboratoři už v roce 1931. Příprava probíhá tak, že se gel, tedy směs kapaliny a pevné látky, za vysokého tlaku prudce ohřeje na teplotu, při které se veškerá kapalina okamžitě přemění na plyn. Jinak by se pevná část gelu během vypařování kapaliny zhroutila a aerogel by nevznikl.
Tyto látky jsou přes poměrně dlouhou historii stále "hračkou" výzkumníků a používají se jen především k velmi specializovaným účelům. Například sonda Stardust nesla desku ze "zmrzlého dýmu" ke sběru vzorků částic meziplanetárního prachu. Aerogel byl tak jemný, že částice prachu, které do něj v rychlosti několika kilometrů za sekundu narazily, přežily srážku v nezměněném stavu. Při dopadu na pevnější materiál by se zahřály a vypařily. Aerogely v kosmických sondách využívají tako jako velmi účinná izolace.
Ale mimo kosmicke sondy a laboratoře aerogely neprorazily. Často jsou málo robustní, navíc také často těžko snášejí vlhkost. Při kontaktu s vodou se vracejí ke své gelové podstatě a hroutí se. Problém lze do jisté míry obejít, ale není to jednoduché. Pro většinu praktických využití jsou tedy tyto materiály nevhodné.
Ale to by se mohlo nyní změnit: v laboratořích německé firmy BASF (ne, kazety už nevyrábí) prý vzniká aerogel z velmi všední látky, polyuretanu, který známe spíše jako molitan. Měl by být dostatečně odolný a trvanlivý, aby se dal běžně používat v praxi a přitom mít velmi zajímavé vlastnosti.
Molitan na míru
Chemici při vytváření materiálu vytvořili z polyuretanu síť vláken s uniformními rozestupy kolem 100 nanometrů. Neměly by se v něm vyskytovat "průduchy" výrazně větší, nebo menší. Proč 100 nanometrů? Při těchto rozměrech už dochází k tomu, že molekuly plynu jimi špatně prochází. Velmi zhruba řečeno spíše naráží do stěny průduchu, než aby jím prošly, což výrazně zpomaluje výměnu tepla mezi plyny na obou stranách materiálu.
Mikroskopický pohled na strukturu Slentitu. Z hlediska jeho struktury jde o velmi uniformní materiál.
Běžné izolační materiály mají rozestupy mezi vlákny podstatně větší i menší. To je jejich slabina, protože izolační schopnosti určují především právě větší "průduchy", kterými plyn proniká mnohem rychleji. Samozřejmě nejlepší by byly menší průduchy, ale materiál by zase byl výrazně těžší, říká Martin Fricke z laboratoří BASF, vedoucí výzkumu tohoto materiálu, který byl už u jeho zrodu a považuje ho za své duchovní dítko.
Ve výsledku má Slentite, jak BASF materiál nazývá, při stejné tloušťce zhruba dvakrát lepší izolační vlastnosti než dnes většina ve stavebnictví používaných izolantů. Jeho tzv. součinitel tepelné vodivosti činí 0,017 W.m-1.K-1 (wattů na metr a kelvin). U polystyrenu se hodnota pohybuje kolem 0,03 až 0,035 W.m-1.K-1.
Ale i když jsou izolační vlastnosti materiálu zajímavé, zásadní je prý něco jiného: "Vůbec ten nejdůležitější rys našeho materiálu je vysoká odolnost vůči vodě," řekl Technetu Fricke. Aerogel prý velmi účinně dýchá, může se například klást přímo na vlhké omítky, které i pod ním proschnou. (Bude ovšem schnout pomaleji, byť izolaci by to nemělo poškodit.)
Firma materiál vyvíjí od roku 2007. Zatím se s ním pracuje jen v malém, laboratorním měřítku, ale připravuje se první polosériový provoz pro výrobu větších množství na testy a doladění výrobního procesu. O termínu uvedení na trh a ceně firma odmítá spekulovat, ale i v případě zcela hladkého průběhu zkoušek to nebude dříve než za několik let.
Co zbývá
Měli jsme v ruce jen malý vzorek, destičku o rozměrech zhruba 20 × 20 centimetrů a síle tři centimetry, který na omak i strukturou připomíná pevnější polystyren, na kterém nejsou vidět jednotlivé kuličky. Není zdaleka tak lehký jako "zmrzlý dým", ale podle Frickeho má proti němu výhodu ve větší pevnosti a odolnosti. Potvrdit to nemůžeme, zlomit vzorek jsme dovoleno neměli.
Materiál prý svými vlastnostmi zaujal i vědce, kterým by mohl sloužit např. k separaci plynných látek, ale BASF hlavní využití směřuje pochopitelně do stavebnictví. Požadavky na spotřebu energie v budovách jsou stále přísnější a řada hlavně starších budov je s dnešními izolacemi může z různých důvodů (někdy třeba jen rozměrových) plnit těžko.
Aerogel nebude moci zřejmě plně konkurovat levnějším izolačním materiálům ve všech použitích, ale mohl by sloužit například k izolaci exponovanějších míst (kolem oken). Záležet bude především na ceně. Ta bude nepochybně vyšší než u dnes používaných izolačních hmot, důležité bude o kolik.
Protože není spuštěna ani poloprovozní výrobní linka, stále je velmi dobře možné, že vývoj skončí ve slepé uličce a aerogel se na trh nikdy nepodívá. Postup se nemusí podařit ve větším měřítku odladit nebo bude příliš drahý, a projekt tak může skončit v šuplíku. Musí se také zapracovat na tom, aby materiál nebyl příliš hořlavý. Laboratoře prý pracují na tom, aby se materiál mohl používat i bez přidávání zpomalovačů hoření, ale jak přesně má toto řešení vypadat, jsme se nedozvěděli.
Šance na úspěch jsou sice zřejmě poměrně velké, když se firma projektem začíná veřejně chlubit, ale jistotu nemají ani výrobce, ani možní zákazníci. Ale po 80 letech od vzniku aerogelů by bylo hezké, kdyby tyto andělsky lehké materiály sestoupily z laboratoří na zem.
Oprava: V článku byl chybně zapsán součinitel tepelného odporu. Za chybu se omlouváme.
