Roman Hvězda: Energeticky šetrnější budova i provoz výzkumné infrastruktury

ELI ERIC – ELI Beamlines facility, Laser L3 HAPLS v Dolních Břežanech (zdroj: ELI Beamlines)

Evropa v současné době čelí výzvám, které pokud nebudou řešeny, mohou se stát pro ni hrozbami. Mezi tyto výzvy patří ochrana životního prostředí a zabezpečení dostatku energie. Ve spojitosti s válečným konfliktem na Ukrajině se tato témata dostávají ještě více do popředí veřejného zájmu. Proto se ECHO tentokrát zaměřilo na téma energeticky a environmentálně šetrných řešení a opatření aplikovaná velkou výzkumnou infrastrukturou ELI Beamlines, která je od 1. ledna 2023 nedílnou součástí evropské výzkumné infrastruktury ELI ERIC (The Extreme Light Infrastructure ERIC).

Tato vůbec první evropská právnická osoba se sídlem na území České republiky provozuje dvě velká zařízení. Jsou to ELI Attosecond Light Pulse Sources – ELI ALPS v maďarském Szegedu s vysokoenergetickými vysokorepetičními lasery s frekvencí THz (1012 Hz) až po rentgenové záření (1018–19 Hz), a ELI Beamlines v českých Dolních Břežanech, který provozuje laserové systémy dodávající ultrakrátké laserové pulsy trvající typicky několik femtosekund a produkující výkon až 10 PW.

Jakým způsobem byla stavba ELI Beamlines ovlivněna konceptem přechodu na obnovitelné zdroje a zvýšené péče o životní prostředí?

Na toto téma je třeba se podívat z hlediska dobového kontextu. V roce 2009, kdy se začal připravovat stavební projekt pro podporu ze strukturálních fondů EU, byl jedním z prvních, u kterého byla požadována EIA (Environmental Impact Assessment), tedy komplexní posuzování vlivů stavby a provozu projektu na životní prostředí. Při definování budoucích činností ELI se postupovalo podle nejpřísnějších kritérií EU. Cílem evropské laserové komunity bylo postavit laserová zařízení, která by poskytovala měření na světově nejvyšších úrovních energie a repetice.

Požadavky na vědeckou excelenci a energetickou náročnost šly tedy tak trochu proti sobě. Nakonec se podařilo zvolit řešení, která jsou úspornější, dokonce víc, než mají podobná současná centra. Pro stavbu bylo například zabráno minimum plochy a zbytek pozemku byl osázen jako park, tak aby byla zadržována voda v krajině. Navíc, ELI v Dolních Břežanech stojí na původním brownfieldu, takže díky stavbě došlo k dekontaminaci původně zatížené plochy.

Jak se to projevilo během stavby? Byla zvolena řešení, která jsou „šetřící“ vůči životnímu prostředí? Energeticky efektivní?

Věděli jsme, že by provoz mohl zvýšit hluk. Protože budova je v intravilánu, volila se řešení pro odhlučňování provozu. Byly postaveny odhlučňovací stěny. Již samotný design výzkumné infrastruktury, kdy část provozu je zapuštěna pod zem a umístěna v betonovém sarkofágu, má pro provoz význam jakožto opatření současně pro odhlučnění, odstínění potenciálních vibrací a hlavně vytváří stabilní prostředí, které působí jako tepelný setrvačník. Tímto opatřením snižujeme potřebu energie na vstupu, řízeně si energii kumulujeme v konstrukci. Představte si, jako byste měli dům zateplený a izolovaný vrstvou betonu silnou 1,5 metru. 

Bylo pomýšleno na úspory energií při designu přístrojů? Jak se to projevilo? 

Při volbě použitých technologií jsme preferovali nejnovější úsporné možnosti. Naše laserové systémy, které jsou vysokoenergetické a vysokorepetiční, používají pro zesilování laserového svazku diody nikoli na výbojkách, jak tomu bylo v předchozí generaci přístrojů. Z technického hlediska se jedná o revoluční posun. Tato změna přinesla řádové snížení potřeby energie. Zatímco diodově čerpaný laser má příkon energie 100–200 kW, při čerpání výbojkami by pro dosažení stejného optického výkonu bylo zapotřebí příkonu na úrovni MW.

Proto máme distribuci spotřeby energie rozloženu tak, že stabilní prostředí budovy spotřebovává 2/3 a technologie samotné spotřebovávají jen 1/3 objemu. Nyní se nám ale všechna opatření vracejí. Samozřejmě současná situace na trhu s energiemi pro nás představuje velkou výzvu.
Díky schopnosti vyhodnocovat a řídit potřeby provozu se nám daří zefektivňovat provoz, a i přesto, že spouštíme stále nové a nové technologie, se celková spotřeba energie v posledních dvou letech nezvýšila. Ve skutečnosti to znamená 20 % úspory energie. 

Jaké máte plány do budoucna? 

Ve zefektivňování provozu a energetické náročnosti stabilního provozu budovy budeme i nadále pokračovat. Realizujeme dva projekty podpořené ze strukturálních fondů z programu Ministerstva životního prostředí OP ŽP. První projekt je na stavbu fotovoltaické elektrárny s výkonem 300 kW s využitím střechy budovy. Druhý projekt je na výstavbu kogenerační jednotky využívající odpadního tepla z provozu, ze které se bude rekuperovat až 600 kW zpět. Oba projekty již budou dokončeny ELI ERIC. 

Přes všechna opatření a snahu je třeba zůstat realisty. Posledních pět let jsme profitovali z nízké ceny energií, která tvořila do 10 % rozpočtu. Cena energií se v posledním roce zvýšila 5krát a tato změna bude nejspíš trvalá. Přes opatření a aktivity na snížení spotřeby energie a zavádění nových řešení bude podíl energií na provozním rozpočtu činit nejméně 20 %.

Pracujete na atmosféře, která je přátelská vůči snižování ekologické zátěže pro životní prostředí i uvnitř organizace? 

I nadále budeme podporovat současné aktivity, které zvyšují vnímavost zaměstnanců a vytvářejí prostředí odpovědnosti vůči životnímu prostředí obecně. Poloha Dolních Břežan vyzývá k využití krásných nových cyklostezek k cestě do práce. Lidé pak přicházejí do práce s čistou hlavou. Vytvořili jsme v ELI prostory pro uskladnění kol a za příspěvek ke snížení CO2 z životního prostředí jsou naši lidé veřejně odměňováni ponožkami s logem ELI. Trocha humoru nezaškodí. 

Během operační fáze se v projektech rámcových programů EU řeší několik zajímavých problémů, kterými ELI ERIC přispívá k výzkumu ve prospěch energetiky. Jaké oblasti to jsou? 

Z hlediska výzkumu pro energetiku se věnujeme materiálovému výzkumu pro fotovoltaiku. Významnou částí výzkumu je výzkum ve prospěch inerciální fúze zažehnuté laserem. Po nedávném úspěšném experimentu provedeném ve Spojených státech zažívá tato oblast obrovskou renesanci. V tomto ohledu spolupracujeme i se soukromým sektorem. Tento výzkum je realizován též s přispěním projektů H2020 IMPULSE a Horizont Evropa EUPRAXIA. Výzkumné disciplíny ve prospěch energetiky se v nadcházejících letech velmi pravděpodobně rozšíří o další témata. 

Autorka: Naděžda Witzanyová

Zdroj: Technologické centrum Praha

Text rozhovoru vyšel v časopise Echo (1-2/ 2023), které vydává Technologické centrum Praha.

Roman Hvězda má vzdělání v oboru strojírenství a ekonomie na ČVUT, na německé vysoké škole (RWTH Aachen) a z Japonska (program Young leader, National Graduate Institute for Policy Studies). Pracoval ve Švýcarsku a v Česku v technologických společnostech. V letech 2006 až 2010 se podílel na formulování politiky vzdělávání a výzkumu na Ministerstvu školství, mládeže a tělovýchovy, kde působil ve vedoucích funkcích. Má bohaté zkušenosti v manažerských a poradenských funkcích, zejména s řízením projektů strukturálních a vývojových fondů v oblasti výzkumu a vývoje. Mezi jeho profesní zájmy patří téma spolupráce výzkumných institucí se soukromým sektorem, transfer znalostí a technologií a řízení velkých výzkumných organizací. Do projektu ELI Beamlines nastoupil v roce 2010. V rámci ELI ERIC působí ve funkci ELI Beamlines Facility Director.