Nanomateriály podle expertů změní svět a Česko patří mezi jejich největší průkopníky. Vzniká zde řada objevů na akademické půdě a řada firem se pouští do hledání nových možností jejich komerčního využití. "Česko je nano," řekl nedávno na vizionářském festivalu Future Port Prague přední český vývojář nanotechnologií Jiří Kůs. Právě jeho tým získal na průmyslovou výrobu nanovláken patent.
Je řada důvodů, proč se o nanosvět zajímat. "Jsou schopny řešit příčiny zdravotních problémů, nikoli jejich následky," prohlásila na akci Liliana Berezkinová z české společnosti Nanopharma, která se vývojem a produkcí těchto materiálů zabývá. Podnik nyní zkoumá využití nanotechnologií při regeneraci brzlíku, orgánu, který je zodpovědný za tvorbu bílých krvinek.
Velkou budoucnost mají nanovlákna v průmyslové výrobě, může jít i o počítačové procesory nebo výrobu elektřiny. Ovlivnit by mohla také potravinářství: "Představte si sýr zabalený v obalu z těchto vláken. Nemusíte vůbec sledovat datum trvanlivosti, protože jakmile se v sýru začnou množit toxické plísně, obal vám o tom dá vědět," uvedl Jiří Kůs.
4 mld. Kč
bude během pár let činit hodnota globálního trhu s grafenem. Studie se ale neshodují v tom, zda to bude za čtyři, nebo sedm let. Růst má pak ještě rychlým tempem pokračovat s novými způsoby komerčního využití.
Filtrace vína nebo superlehká kola
Roudnická firma Pardam ve spolupráci se svitavským výrobcem potravinářských filtrů Filtrex vyvinula membránu pro filtraci vína, oleje nebo farmaceutických produktů. S unikátní technologií se snaží prorazit ve světě. "Dnes se při výrobě vína, destilátů, potravinářských olejů či ovocných šťáv a limonád používá filtrace přes celulózové desky. Ty jsou však poměrně tlusté a ve finálním produktu zanechávají pachuť," popsal Ondřej Dlask, který se v Pardamu zabývá vývojem. Nanovlákenná membrána prý ve finálním produktu pachuť nezanechává, navíc se do ní tolik zpracovávané látky nevsakuje, a nedochází tak k výrazným ztrátám. S pomocí nanovláken je možné filtrovat až čtyřikrát rychleji a membránu používat opakovaně.
Dalším příkladem využití nanotechnologií u nás, konkrétně grafenu, jsou kola Festka. Materiál firma využívá k výrobě superpevných a přitom superlehkých silničních kol. Ve spolupráci se sušickým CompoTechem vyrábí cyklistické rámy, které váží pouhých 700 gramů a používá je například 13násobná světová šampionka silniční cyklistiky Jeannie Longová. Vývoj jednoho modelu přitom stojí miliony korun, cena jednoho kola se pohybuje mezi 150 a 400 tisíci korunami.
"Patříme mezi nejdražší výrobce na světě. V Česku si naše kola kupují třeba přední podnikatelé," podotknul spoluzakladatel Festky Michael Moureček. V roce 2016 jeho firma utržila 15 milionů korun a vyrobila 200 jízdních kol. I další firmy grafen využívají k výrobě sportovních potřeb. "Firma Head použila grafen v konstrukci tenisové rakety a lyží, španělská firma Catlike jej používá v helmách nebo v obuvi pro cyklisty," doplnil Jiří Kůs.
Grafen ve světě najdeme i v jiných odvětvích − kalifornská firma Nanomedigal Diagnostics z něj vyrábí senzory pro lékařskou diagnostiku, čínská firma Dongxu Optoelectronics loni představila grafenovou baterii pro smartphony, která se nabije za 15 minut.
Grafen − 200krát pevnější než ocel
Experti se shodují, že grafen patří mezi nejnadějnější materiály. Jedná se o jeden z nejpevnějších dosud objevených materiálů, zároveň je flexibilní, transparentní a vysoce vodivý. "Tyto vlastnosti se dají využít například k výrobě průhledných a ohebných fotovoltaických panelů, displejů a k tisku displejů na běžný kancelářský papír. Můžeme se dočkat papírových plakátů s pohyblivými a mluvícími obrázky jako z Harryho Pottera," vysvětlil Kůs.
Grafen se řadí mezi takzvané 2D materiály, neboť je tenký pouze jeden atom. Existence něčeho takového byla považována za nemožnou. "Lidstvo zažilo dobu kamennou, dobu bronzovou a dobu železnou. Teď přichází doba grafenová," prohlásil Kůs.
Grafen je formou uhlíku a může mít podle pozice svých atomů naprosto odlišné vlastnosti. Objevil ho v roce 2004 Andre Geim, vědec ruského původu, ačkoli předpověděn byl o dekády dříve. Spolu s kolegou Konstantinem Novoselovovem získal Geim v roce 2010 Nobelovu cenu.
V přírodě se grafen běžně nevyskytuje, získává se z grafitu. Jeho výrobců stále přibývá s tím, jak se celý proces stává snazším a efektivnějším. Zároveň je intenzivně zkoumán a vědci přicházejí s novými možnostmi jeho budoucího využití.
Z materiálů současnosti snese grafen podle Jiřího Kůse svým významem srovnání s germaniem a křemíkem, které stály u zrodu tranzistoru a nástupu elektroniky a počítačů. Jeho význam však může být ještě daleko větší. Po jeho objevu navíc přišly další 2D materiály s podobnými vlastnostmi.
Nejčastěji se grafen vyrábí za vysokých teplot, kdy dochází k usazování tenké uhlíkové vrstvy na měděné podložce. Ta se následně rozpustí. Hledají se nové způsoby, které by umožnily levnou průmyslovou výrobu.
Jeden takový si nechali patentovat vědci z univerzity v Kansasu. Je jednodušší, rychlejší a také výrazně levnější. Má minimální požadavky na dodatečnou energii a také použití nebezpečných látek. Grafenu by tak mělo být možné za použití stejného množství energie vyrobit tisíckrát více než dosud. Je potřeba pouze kyslík, uhlovodíkový plyn (například propan) a zapalovací svíčka.
V srpnu vědec Doug Adams z University of Connecticut dokázal vyrobit grafen v jeho čisté formě, nikoli jako oxid, jak bylo do té doby běžné. Takto by měly výrazněji vyniknout jeho unikátní mechanické, tepelné a elektrické vlastnosti. Nadějně zní perspektiva uplatnění v počítačích.
"Pokud chceme posouvat technologie dopředu, potřebujeme výkonnější počítače, které budou schopny utáhnout větší a lepší simulace klimatické změny, vesmírného výzkumu nebo pohybů na burze," prohlásil Ryan Gelfand, výzkumník v oblasti nanotechnologií z University of Central Florida. Zatímco současné procesory obsahující křemíkové tranzistory jsou od roku 2005 na své maximální operační rychlosti tři až čtyři gigahertzy, ty na bázi grafenu by mohly pracovat s až terahertzovými kmitočty, tedy třistakrát rychleji.
Změnit se může i využití sluneční energie. Zatímco křemíkové fotovoltaické články jsou schopny elektrickou energii vytvářet pouze za omezeného rozpětí frekvence elektromagnetického záření, u grafenových by mělo být toto spektrum širší, včetně infračerveného.
"Grafen je slibný pro levnou výrobu elektřiny z obnovitelných zdrojů a levné uskladnění do baterií. V blízké budoucnosti si bude moci každý dům vyrábět elektřinu sám a uchovávat si ji pro vlastní spotřebu. Dojde k decentralizaci výroby energie a její prodej ztratí smysl," představuje si Kůs.
Unikátní výzkum s trochu jiným zaměřením má za sebou tým vědců kolem inženýra Nicoly Pugna z univerzity v Trentu. Ten v laboratoři obohatil vodu, kterou pili pavouci, o grafen. Výsledné pavoučí vlákno, samo o sobě velice pevný materiál, bylo pětkrát pevnější. Vědci vidí uplatnění v superpevných lanech. Potenciální aplikace tohoto pavoučího postupu může mířit i na další živočišné nebo rostlinné materiály.
Revoluci by mohl grafen přinést také coby materiál do 3D tiskáren. "Bude z něj možné tisknout konstrukční díly mnohem pevnější než ocel. To může znamenat zánik výroby založené na zpracování železa, konec oceláren i nástrojáren. Výroba se přesune do menších digitálních manufaktur," vysvětlil Kůs.
To ale může být jen začátek. Rozbité věci z grafenu se mohou dokázat samy opravit, jako to ve známých sci-fi filmech umí Terminátor.
Grafen jako perspektivní komodita?
Jelikož je výroba grafenu stále snazší, pouští se do ní více firem, primárně těch, které se zabývají těžbou a zpracováním grafitu. Patří sem například kanadský podnik Graphene Corporation nebo RS Mines ze Srí Lanky. Další společnosti se podílejí na výzkumu. Jednou z těch významných je firma Graphene NanoChem, s jejímiž akciemi se obchoduje na londýnské burze. Jejich cena dlouhodobě klesá s tím, jak na poli nanotechnologií přibývají noví hráči a výroba grafenu je snazší. O vývoj grafenu se zajímají i velké technologické koncerny jako IBM, Intel, Sony nebo Samsung.
Existuje i řada nedostatků, se kterými se zatím nedotažené technologie potýkají. U solárních panelů je to třeba nízká efektivita technologie. Také není zmapován vliv grafenu na lidské zdraví. Podle Jiřího Kůse by ale nic negativního přijít nemělo, výzkum probíhá už 13 let.
Přidejte si Hospodářské noviny
mezi své oblíbené tituly
na Google zprávách.
Tento článek máteje zdarma. Když si předplatíte HN, budete moci číst všechny naše články nejen na vašem aktuálním připojení. Vaše předplatné brzy skončí. Předplaťte si HN a můžete i nadále číst všechny naše články. Nyní první 2 měsíce jen za 40 Kč.
- Veškerý obsah HN.cz
- Možnost kdykoliv zrušit
- Odemykejte obsah pro přátele
- Ukládejte si články na později
- Všechny články v audioverzi + playlist
