Přišli jsme s unikátní technologií, která zbaví vodu chemikálií i biologických nečistot, říká brněnský vědec

Brněnští vědci našli způsob, jak z vody odstranit zbytky chemikálií a biologické polutanty jako sinice a bakterie. Unikátní technologie CaviPlasma, která dokáže vyčistit velké objemy vody za přijatelné náklady, již získala český patent. Nyní prochází patentovým řízením v zahraničí a připravuje se její komerční využití. Technologie je vhodná pro finální dočištění vod v čističkách odpadních vod nebo v nemocnicích, vědci však uvažují o mnohem širším využití.

Technologie propojuje dva fyzikální jevy, které jsou samy o sobě zcela běžné. Světová unikátnost spočívá v jejich propojení. Na vynálezu pracoval tým složený z vědců dvou brněnských univerzit – VUT a Masarykovy univerzity – spolu s experty z Botanického ústavu Akademie věd. Vědci za CaviPlasmu získali zlatou medaili na loňském Mezinárodním strojírenském veletrhu v Brně.

Unikátnost tkví v propojení oborů

„Hydrodynamická kavitace je proces, kdy se díky snížení tlaku začnou ve vodě objevovat bublinky páry, podobně jako při varu. Když se tyto bublinky mění zpět na kapalinu, probíhá tak dramatický kolaps, že vyzářená tlaková vlna roztrhá některé mikroorganismy. Navíc v tu chvíli vzniká ve velmi malém množství peroxid vodíku a tato dočasná změna chemického složení působí jako dezinfekce,“ říká Pavel Rudolf, vedoucí výzkumu z Fakulty strojního inženýrství VUT Brno.

Rudolf zkoumal tento jev se svými kolegy přes patnáct let, až donedávna však pouze v laboratorních podmínkách. Samotná kavitace totiž není příliš efektivní a účinnost pro dekontaminaci je omezená. Až nápad na doplnění efektu kavitace o nízkoteplotní plazma a spojení s týmem Pavla Sťahela z Masarykovy univerzity vedly k zásadnímu zvratu. Propojení obou jevů a experimentální potvrzení dekontaminační schopnosti týmem profesora Maršálka z Botanického ústavu AV ČR ukázaly na možnost čištění vody ve velkých objemech za velmi příznivých finančních podmínek.

Prochází‑li biologicky znečištěná voda CaviPlasmou, je pod vlivem silných mechanických napětí, elektrického pole a UV záření. Ty způsobují silnou oxidaci a porušení membrán buněk. Pokud jsou polutantem organické chemické látky, dochází k jejich odbourání na látky jednodušší.

„Budoucností v inovacích jsou multidisciplinární týmy. Novinky dnes vznikají na hraně jednotlivých oborů a jejich vzájemných překryvech. Zatímco kolegové zkoumali plazmu pořád jen ve vzduchu, já jsem se dlouhodobě zabýval kavitací ve vodě. Pouze spojením našich sil vzniklo něco unikátního,“ konstatuje Rudolf.

Finální dočištění vrátí vodu zpět do oběhu

CaviPlasma byla poprvé veřejnosti představena na přelomu let 2020 a 2021. V čele projektu stojí Pavel Rudolf z VUT Brno, který praktické využití technologie spatřuje v místech, kde lze vodu finálně dočistit a pustit ji do dalšího oběhu. Nejčastěji tedy v čistírnách odpadních vod.

„Voda z čistírny je obvykle čistější než voda v řece, do které se vypouští. Přesto v ní však zůstávají patogenní mikroorganismy a chemická rezidua jako zbytky léčiv, antikoncepce, pesticidy a podobně. Ty nelze mechanickým ani biologickým procesem odstranit. CaviPlasma produkuje peroxid vodíku, který má dezinfekční schopnosti a již relativně čistou vodu dokáže zbavit perzistentních sloučenin,“ vysvětluje Pavel Rudolf. Takto přečištěnou vodu by pak bylo možné vzít jako vstupní surovinu pro další využití v oběhovém hospodářství, například při zavlažování v zemědělství, ale také městské zeleně, sportovišť a podobně.

CaviPlasma odstraní z vody i patogenní mikroorganismy a chemická rezidua.

„U nás v tomto směru ještě značně schází legislativa, některé evropské země jsou však již hodně napřed a tuto problematiku bedlivě sledují. Jde hlavně o skandinávské země, které tradičně velmi dbají na ochranu životního prostředí, a také Německo. Ve Švýcarsku je to již právně podchyceno a na čistírnách se instalují takzvané kvartérní stupně dočištění odpadní vody od mikropolutantů,“ konstatuje Rudolf.

Voda pro úklid nemocnic

Vedle čistíren odpadních vod se otevírá velký potenciál pro využití technologie také v nemocnicích či jiných zařízeních, která jsou známá výskytem různých úporných nákaz jako například zlatý stafylokok.

„CaviPlasma má dvě základní funkce, kromě finálního dočištění vody v čistírně odpadních vod to je také schopnost vyrábět plazmatem aktivovanou vodu. Stačí do zařízení napustit běžnou kohoutkovou vodu. Jakmile projde procesem kavitace s nízkoteplotním plazmovým výbojem, obohatí se o peroxid vodíku a může sloužit jako oplachová dezinfekční voda na údržbu povrchů. To znamená například pro úklid v nemocnicích či jiných zdravotních zařízeních,“ říká Rudolf. První zkoušky již proběhly v Mikrobiologickém ústavu ve Fakultní nemocnici u svaté Anny v Brně, i když zatím pouze v laboratorních podmínkách.

Využití v zemědělství a lesnictví

Podle Pavla Rudolfa je velký potenciál pro zařízení také v dalších oborech jako například v zemědělství a lesnictví. „Semena před výsadbou obsahují řadu plísní a bakterií. Pokud před výsadbou projdou očistou a těchto nežádoucích prvků se zbaví, je mnohem vyšší předpoklad zdravého vývoje a budoucího růstu rostliny. Což následně znamená vyšší výnos z polí anebo zdravější růst stromů,“ dodává Rudolf.

CaviPlasma má široké spektrum využití. Velký potenciál se otevírá i pro její využití v nemocnicích.

Foto: Jan Prokopius

Další z možností využití se nabízí například v sádkách s chovnými rybami. Kvůli vysoké efektivitě se jich tam obvykle v omezeném prostoru tísní velké množství, což nahrává šíření chorob. Pokud by voda v sádkách procházela čištěním CaviPlasmou, parazité by byli z vody včas odstraněni, což by se pozitivně odrazilo na zdraví ryb, potažmo jejich konzumentů.

„Využití CaviPlasmy je velmi multidisciplinární. Zatím však tyto možnosti neřešíme na komerční úrovni, spíše zkoušíme a vymýšlíme,“ zmiňuje Rudolf.

Vědci sestavili zařízení ve dvou různých velikostech s odlišným výkonem. Menší zařízení pročistí zhruba tisíc litrů vody za hodinu, větší zařízení asi patnáct tisíc litrů. V úvahách je ještě třetí, největší zařízení, u kterého by chtěli dosáhnout až na 80 krychlových metrů za hodinu, zatím však nebylo realizováno.

Patentová ochrana je klíčová

Získání zlaté medaile na loňském Mezinárodním strojírenském veletrhu přesvědčilo řadu lidí o velkém potenciálu technologie a vyvolalo zájem o uvedení do komerčního využití. VUT, které stojí v čele multidisciplinárního týmu, se dohodlo se svými dvěma partnery Masarykovou univerzitou a Botanickým ústavem AV ČR a ve spolupráci se svými centry transferu technologií podalo žádost o patent pro území České republiky.

„Náklady na patentování byly vysoké, složily se na něj všechny tři instituce. Patent nám však při uvedení do komerční sféry dává jistotu, že technologie je intelektuálně chráněna. Univerzita najala odborného poradce, který nás zastupoval v roli byznys developera při jednání s potenciálními zájemci. Velmi si cením této investice ze strany VUT, protože jednání bylo díky tomu vysoce profesionální a zároveň umožnilo nám vědcům věnovat se své odborné práci,“ říká Pavel Rudolf.

Zájem firem byl značný, ať už v případě zakoupení licence či vstupu do partnerství formou investice. Protože zájem přichází i ze zahraničí, rozhodli se autoři vynálezu své duševní vlastnictví chránit také na mezinárodní úrovni: „V tuto chvíli máme schválenou mezinárodní přihlášku a máme podány patentové přihlášky pro trhy USA, Kanady, Izraele a Evropy. Lhůta pro schvalování patentů je dlouhá, ochrana již však běží,“ uvádí Rudolf.

Z laboratoře do praxe

Vynálezci se dohodli se čtyřmi českými firmami na poskytnutí testovací licence. Ta firmám dává po ukončení dvouletého testovacího období přednostní právo na její zakoupení. Tu pak mohou poskytovat dalším subjektům na komerční bázi. Trh budou mít rozdělen oborově i geograficky, takže každý z poskytovatelů licence bude mít ve svém segmentu exkluzivitu.

Budoucnost vody a vodárenství

Stáhněte si přílohu v PDF

„Je zřejmé, že se během této testovací fáze objeví dětské nemoci a prvky, které bude třeba ladit. Podmínkou testovacích licencí je, že firmy s námi budou sdílet zkušenosti z praxe tak, abychom mohli technologii dále rozvíjet. Je to oboustranně výhodné, neboť univerzita nemá sama šanci technologii v praxi odzkoušet a zároveň nám chybí kapacity pro shánění potřebných certifikací. Díky spolupráci byznysu s akademickou sférou je šance, že se náš vynález dostane dříve do praxe a z jeho přínosu bude moct těžit stále více lidí,“ konstatuje Rudolf. „Nicméně výzkum samozřejmě nekončí. Čeká nás průzkum dalších aplikačních oblastí, optimalizace eliminační a energetické účinnosti, zvyšování kapacity zařízení,“ dodává.

Využití u nás i v zahraničí

Po ukončení testovací fáze bude univerzita vyjednávat o komerční ceně za tyto čtyři licence. Po jejich uzavření bude možné technologii šířit také do zahraničí. „Máme radost, že máme podporu vedení našich mateřských institucí pro uvedení technologie do průmyslové praxe. Že naše úsilí nekončí jen patentem,“ uzavírá Rudolf. Podle jeho slov je administrativa jednou z největších překážek a důvodem, proč řada vynálezů zůstává pouze na akademické půdě.

Článek byl publikován ve speciální příloze HN Budoucnost vody a vodárenství.