Ondřej Cejpek vymyslel způsob, jak zachytávat ve velkých provozech, jako jsou cementárny či ocelárny, oxid uhličitý a transformovat ho třeba na hnojiva či zelená paliva. Za svůj výzkum získal ocenění Francouzského velvyslanectví v Praze.
Ondřej Cejpek a jeho školitel Jan Jedelský
Co je předmětem vaší disertace, za kterou jste také obdržel cenu Francouzského velvyslanectví v Praze?
Chceme pochopit vliv okolního proudění na atomizér (více o tom, co je atomizér, naleznete v infoboxu níže, pozn. red.) a pomoci jej optimalizovat, aby vychytával CO2 z průmyslových zařízení. Evropský Green Deal si totiž klade za cíl snížit emise CO2, nicméně některé provozy, jako například cementárny nebo ocelárny, není možné zrušit nebo nahradit. Je tedy nutné zaměřit se na snížení emisí, které tyto provozy produkují.
Zařízení pro záchyt CO2 funguje tak, že máte nějaký odpadní plyn s CO2, který přivedete do sprejové kolony, kde jsou umístěny naše atomizéry, které rozstřikují chemikálii dobře vázající CO2. Atomizérem se vytvoří velké mezifázové rozhraní ve formě spreje a CO2 se postupně absorbuje do chemikálie. Z procesu tak vychází plyn očištěný od CO2 a chemikálie, která jej navázala. Technologie sprejových kolon je známá, ale nikdo se nezaměřil na optimalizaci atomizérů, které v ní hrají klíčovou roli.
Atomizér je zařízení, které vytváří z kapaliny v nádobě sprej. Cílem je objem kapaliny atomizovat (rozbít) na kapičky vhodné velikosti. Vytvořením kapiček zvětšíme mezifázovou plochu, a kapičky pak dopravíme na určený cíl. V závislosti na aplikaci se v češtině pro tato zařízení používají různé pojmy jako tryska, injektor nebo nebulizér. Atomizéry najdete v naprosto běžných výrobcích, jako jsou laky na vlasy, parfémy, zahradní zavlažovače nebo spreje do nosu. Využívají se i v průmyslu či při výrobě sušeného mléka nebo instantní kávy.
Co se dále děje s chemikálií, která navázala CO2?
CO2 se z ní zase chemicky vyváže a buďto se uskladní pod zem nebo se použije na výrobu zeleného paliva – reakcí s CO2 se vytvoří například e-methanol, který je kapalný a uskladňuje se lépe než dnes diskutovaný vodík. Takové palivo se potom dá využít například v leteckém průmyslu. Případně můžeme nechat CO2 zreagovat s některými chemickými látkami a vytvořit hnojivo. To je docela novinka, se kterou zatím není mnoho zkušeností.
CO2 se tedy zachytí v chemických vazbách a stane se z něj nějaký uhličitan, třeba něco jako prášek do pečiva?
Prášek do pečiva zrovna ne, ale nějaký jiný uhličitan ano. CO2 v těchto případech už funguje jen jako transportní prvek, nevzniká žádný další oxid uhličitý, jako při spalování fosilních paliv. Navíc můžeme odpadní CO2 dále jímat a využívat pořád dokola. Jedná se tedy o princip cirkulace a celková bilance CO2 je nulová.
Už se někde tento systém záchytu CO2 praktikuje?
Zatím ne, vývoj je stále ve fázi pilotních projektů. Nicméně výše zmiňované provozy, které si nyní musí platit drahé emisní povolenky, budou mít s vypouštěním emisí čím dál větší problémy. Proto je ta správná doba se tím zabývat.
Dala by se vaše technologie využít také u aut se spalovacími motory?
Bohužel, u spalovacích motorů je produkce CO2 jedním autem příliš malá na to, aby bylo možné jej takto zachytávat. Navíc by technologie automobil značně prodražila. Nicméně v automobilech by se dala následně využít zmiňovaná zelená paliva.
A co u uhelných elektráren?
EU s uhelnými elektrárnami, jakožto největšími producenty CO2, už moc nepočítá. Možnost využít naši technologii by byla u plynových elektráren, ale vzhledem k současné situaci je otázka, zda se plán používat plynové elektrárny ještě nezmění. Nicméně v nich by se naše technologie určitě využít dala, případně také u spaloven odpadů. To se ale bavíme o Evropě, technologii je samozřejmě možné využít v uhelných elektrárnách mimo EU. Na toto téma jsme nedávno komunikovali s indickými kolegy, jelikož v Indii se uhelné elektrárny stále staví ve velkém.
Dalo by se pomocí vaší technologie vychytávat CO2 přímo z atmosféry?
Dokázali bychom to, ale s velice malou účinností, jelikož v atmosféře je malá koncentrace CO2 v porovnání s továrnami, což snižuje hnací sílu chemické reakce. Pro přímý záchyt CO2 z atmosféry existují slibnější technologie, než je ta naše.
Spolupracujete s nějakou firmou, která vám pomůže s transferem vašich atomizérů do praxe?
Obecně se věnujeme spíše základnímu výzkumu. Snažíme se vysvětlit, jak to funguje, aby někdo jiný mohl použít naše vědomosti a vyvinout lepší atomizér. Ale můžeme základní výzkum posunout do aplikovaného tím, že budeme atomizér dále vyvíjet a optimalizovaný ho nabídneme případnému zájemci.
Součástí ceny Francouzského velvyslanectví je i možnost vyjet na stáž do Francie. Už víte, kam pojedete?
Zatím jsem ve fázi výběru vhodné univerzity. Chceme navázat nějakou zajímavou spolupráci, naučit se nové postupy. Přestože jsem za ocenění velmi rád, pobyt ve Francii je placen pouze na měsíc, takže člověk musí zvažovat, kam jet, aby to mělo nějaký smysl.
Firmy se o nás často nedozvědí
Jakým dalším projektům se v rámci oddělení věnujete?
Ondřej Cejpek a jeho školitel Jan Jedelský: Pohybujeme se v oblasti mechaniky tekutin, jejíž poznatky jsou využitelné v průmyslu, medicíně, zemědělství a mnoha dalších odvětvích. Trysky vždycky aplikujete v nějakém prostředí, jehož specifika musíme pochopit, zohlednit při optimalizaci. Tryska nebo atomizér jsou sice malé součástky, ale často velmi důležité pro správnou funkci celého výrobku nebo procesu. Pokud se vám například automobilní vstřikovač trochu ucpe, nebude vstřikovat palivo ve správném množství a tvořit kvalitní sprej, motor pak bude ve vozidle fungovat špatně.
Nenapadlo by mě, že na něčem tak v uvozovkách jednoduchém jako je atomizér, který všichni každé ráno používáme, když si stříkáme deodorant, lze zkoumat různé aspekty.
Ondřej Cejpek: V laboratoři se věnujeme různým typům atomizérů, protože jejich použití je opravdu široké. Já se především věnuji jejich aplikaci v reálných, venkovních podmínkách – atomizéry mohou být použity také ve venkovním prostředí, například při aplikaci pesticidů na pole nebo ostřikování skla automobilu. V takových případech se musíte vypořádat s okolními povětrnostními podmínkami, aby kapalinu neodnesl vítr někam, kam nechcete. V mojí disertační práci se věnuji vlivu okolního proudění na chování atomizérů. Během mého magisterského studia jsme ke studijním účelům okolního proudění vyvinuli také speciální větrný tunel, který jsme si nechali patentovat.
Jak tunel funguje?
Unikátnost je ve spojení tunelu se specifickou měřicí technikou. Díky speciálnímu posuvnému systému a redukci vibrací umožňuje konstrukce tunelu přesnější a snadnější měření. Můžeme jej použít pro simulaci proudových podmínek v kombinaci s jakýmkoliv atomizérem, například pro stanovení odvanu z trysek používaných v již zmiňovaných zemědělských aplikacích na poli nebo v chemickém průmyslu. V tunelu simulujeme proudění s jasně definovanými podmínkami, jako je rychlost, turbulence, směr či víření proudění. Tím se můžeme co nejvíce přiblížit realitě, ale zároveň se stále jedná o kontrolované prostředí laboratoře, experimenty můžeme opakovat a reprodukovat.
Okolní proudění totiž klade nároky na atomizér, který musí mít určité parametry, aby mohl správně fungovat. Testováním atomizérů v realistických podmínkách můžeme lépe porozumět dané problematice a optimalizovat sprej. Poznatků je v této oblasti relativně málo a my se naší prací snažíme zlepšit pochopení této problematiky.
Jsou ještě nějaké aplikace, kde se atomizéry využívají?
Jeden náš kolega se věnuje vývoji nástřiku nanočástic na povrchy kloubních implantátů, k jejichž povlakování se dříve používaly jiné, méně efektivní přístupy. S použitím sprejů dosáhnete mnohem lepších vlastností, můžeme kontrolovat tloušťku a rovnoměrnost povlaků. Jiný kolega se zase věnuje proudění aerosolů v plicích. Některé léky potřebujeme dodat na specifické místo dýchací soustavy. To umožní inhalátor, který vytvoří aerosol vhodných vlastností aplikovaný ústy nebo nosem. Takto lze podávat léky na astma nebo se takto aplikují některé nové typy nádorových terapií. Kvůli komplexnosti problematiky tak spolupracujeme s lékaři, biology, ale také matematiky.
Narážíte při takto rozsáhlé mezioborové spolupráci na nějaká úskalí?
Ondřej Cejpek, Jan Jedelský: Vždycky, když se mají potkat dva odborníci z jiných oborů a mají najít společnou řeč, je to obtížnější, než u kolegů ze stejného odvětví. Spolupráce napříč akademickým odvětvím ale funguje obecně dobře.
Kde narážíme na problém, je spolupráce s komerční sférou. Děláme věci, které mají potenciál zajímat spoustu firem, ale často se o naší laboratoři vůbec nedozví. Přitom máme skvěle vybavené pracoviště a třicet let budované know-how v oblasti sprejů a trysek. Jako vědci však nemáme velkou kapacitu ani schopnosti na shánění obchodních kontaktů.
Přesto se nám spolupráci daří navazovat. Dlouhodobě spolupracujeme například s PBS Velká Bíteš na vývoji palivových trysek do turbínových motorů. Dále s jednou brněnskou firmou, která vyrábí horkovzdušné balony a vzducholodě, na optimalizaci balonového hořáku. Ten se výrazně liší od průmyslových hořáků, takže je to velká výzva a zároveň zábava.
Autor: Vendula Lužná (Vědavýzkum.cz)
Ondřej Cejpek
Již od bakalářského studia působí v Laboratoři vícefázové mechaniky tekutin na VUT v Brně, zabývá se vývojem a optimalizací atomizérů v okolním proudění. Je autorem řady vědeckých publikací a spoluautorem patentu na větrný tunel. Za svou dizertační práci získal ocenění Francouzského velvyslanectví a firmy BNP Paribas (druhé místo v kategorii Make Our Planet Great Again, která hodnotila výzkum v oblasti životního prostředí a ochrany klimatu). Žije v Brně, ve volném čase se věnuje cyklistice a turistice.
Jan Jedelský
Je odborníkem v oblasti strojního inženýrství a mechaniky tekutin. Ve své vědecké práci se zaměřuje na výzkum rozstřiku kapalin a sprejových technologií, které nacházejí široké uplatnění například v energetice, medicíně a dopravní technice. Celý svůj život působí na VUT v Brně, nejdříve jako student, později jako vyučující a vedoucí Laboratoře vícefázové mechaniky tekutin a Laboratoře proudění tekutin, kde řeší řadu projektů základního i aplikovaného výzkumu se zaměřením na zvyšování užitných vlastností technických zařízení a snižování zátěže životního prostředí. Ve volném čase se věnuje rodině a modelářství.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Vědavýzkum.cz
