Čtyři miliony eur na výzkum revolučního katalyzátoru a vedení mezinárodního týmu vědců. Toho v nedávné době dosáhl profesor Matematicko-fyzikální fakulty UK Vladimír Matolín. Do unikátního projektu s evropskou podporou by chtěl zapojit i studenty, kteří by kromě zkušeností získali i finanční ohodnocení.

Váš výzkum se týká problematiky palivových článků za využití oxidu ceru. Mohl byste projekt popsat blíže?

Palivové články jsou zařízení, která převádějí vodík nebo vodík obsahující sloučeniny, třeba metanol, na elektrickou energii. Je to taková baterie, ale přivádí se do ní palivo a odebírá se z ní elektrický proud. Nemusí se to vyhazovat ani dobíjet, nic. Na jedné straně se pouští vodík v té nejjednodušší podobě a na druhé straně vzniká voda.

Problém je v tom, že jediný komerčně použitelný katalyzátor je platina. Platina je drahá a to spolu s výrobou katalyzátorů systém neúměrně prodražuje. To brání jeho využití ve větší míře. Snahou vědeckých týmů po celém světě je nahradit platinu něčím, co by bylo aspoň stejně dobré, ale výrazně levnější. To je jádro našeho výzkumu.

Zaměřili jsme se na jeden z těch slibných materiálů, což je oxid ceru dopovaný velmi malým množstvím platiny. Je to oxid vzácné zeminy. Může si přibrat kyslík, nebo ho naopak uvolnit. Říká se tomu oxygen storage capacity, zásobárna na kyslík, což se výhodně může uplatnit v různých katalytických reakcích.

Jak si to máme představit prakticky?

Polymerní články se vyznačují tím, že pracují při nízké teplotě. Je to i poměrně lehká konstrukce, tudíž se hodí pro mobilní systémy. Mobilní systém může být auto, to je takové nejpopulárnější využití, nebo mobil, laptop nebo mikročip, který třeba někdo využije v těle, kosmickém výzkumu, napájení atd.

Systém je mnohonásobně levnější

Jaký je tedy výsledek Vašeho výzkumu?

Výsledkem je katalyzátor, který je co do výkonu téměř, ne zcela, srovnatelný s platinou. Nicméně obsah platiny je tam 10krát až 100krát menší. Když přepočteme výkon připadající na jeden miligram platiny, tak se dostáváme do o dva řády lepších parametrů, než mají standardní katalyzátory.

Jaké jsou hlavní výhody tohoto systému?

Je to velice nadějné v tom, že je to levné. Je šance, že tento materiál by mohl platinu nahradit. Říkám mohl, neříkám, že nahradí, protože nám chybí důležitý krok. To je převedení tohoto materiálu z laboratorních podmínek do praxe. Musí se otestovat různé parametry, především dlouhodobá stabilita nebo odolnost vůči různým katalytickým jedům.

Jak chcete dostat tento materiál do praxe?

Naší snahou do budoucnosti bude najít prostředky, buď pomoc nějakého technologického grantu nebo spolupráce s průmyslem, na to, abychom mohli udělat zátěžové testy. Materiál jsme patentovali, mezinárodní patentová přihláška je v běhu. Mezitím nám byl udělený japonský a schválen americký patent a další, předpokládáme, budou uděleny v nejbližší době. To znamená, že tento materiál je chráněný a patent je v majetku Univerzity Karlovy a Matematicko-fyzikální fakulty.

Na výzkum jste dostali grant od Evropské unie…

Když to začalo vypadat takhle nadějně, dal jsem dohromady konsorcium z osmi pracovišť z celkem pěti zemí a ucházeli jsme se o grant v programu nanotechnologií. Grant jsme jako collaborative project v sedmém rámcovém programu dostali. Tam je samozřejmě hrozná konkurence, nicméně se to podařilo. Co odstartovalo zájem médií, je, že má grant českého koordinátora, což nebývá zcela běžné.

Projekt se začal řešit teď v prosinci, je na čtyři roky. Dohromady jsme dostali téměř čtyři miliony eur. Zaměřujeme se na další vývoj toho materiálu. Grant otvírá obrovské možnosti. Třeba i pro studenty, kteří by se chtěli zapojit formou bakalářských, diplomových či disertačních prací. Výzkum je velice široký, je pokryt do značné míry tímto grantem, ale získali jsme podporu i od Grantové agentury ČR. Co grant neřeší, je přenos do praxe. Na to je potřeba hledat další způsob, jak to zařídit.

„Student je vzácné zboží“

Říkal jste, že budete chtít studenty, kteří by dělali na projektu…

Studenty chce samozřejmě každý pro svůj výzkum. Student je vzácné zboží. Tento projekt je široký a už jen to, že byl takhle ohodnocen udělením grantu, je do značné míry potvrzením jeho kvality a perspektivnosti. Konkurence je velice, velice ostrá. Navíc ve skupině máme i tři firmy zaměřené na planární technologie.

Jedním z výstupů toho projektu, proto se jmenuje ChipCAT, je příprava miniaturních palivových článků na čipech, což už je takové hodně futuristické. Tam samozřejmě víme, že riziko neúspěchu je veliké. Nicméně kdyby se to povedlo, přínos bude obrovský.

Co můžete studentům nabídnout?

Naší snahou je přitáhnout studenty, které tyto věci baví a využít jejich potenciálu. Jsme schopni jim hodně nabídnout. Teď nemluvím jen o penězích, i když i to je důležité. Výzkum má výrazně mezinárodní aspekt, stále spolupracujeme s japonskými a dalšími pracovišti i mimo grant. Jsme schopni nabídnout velice zajímavou práci na mezinárodní úrovni na materiálu, který ještě nikdo nedělal.

Otravy metanolem a mobily na vodu

Takže budeme mít mobily, do kterých budeme lít vodu?

Z vody to bohužel nepůjde, ale jde to z metanolu. Pro malé mobilní aplikace vodík není dobrý, nebudete s sebou tahat bombičku s vodíkem. I do aut je to problém, v budoucnosti bude lepší použít přímý metanolový palivový článek.

Tak budeme doufat, že ten metanol nikdo nevypije…

Já si teď dělám legraci, že metanolu máme v Čechách dost. Metanol je levný, proto toho bohužel někteří zneužili. Je levný, snadno se vyrábí, jeho nevýhodou samozřejmě je, že je to prudký jed. Firmy většinou dodávají metanol v uzavřených kontejnerech, které mají speciální uzávěr, a dá se do nich strčit jenom přívod z článku. Člověk se do toho krumpáčem samozřejmě dostane, musí ale použít násilí. To už by byl ale sebevrah. Bezpečnost musí být zajištěna tím, že si to člověk nesmí splést, že nebude mít vedle sebe kanystr s metanolem a kořalkou, aby nevzal večer do ruky ten špatný.

Kdy očekáváte, že by se mohly začít vyrábět auta, mobily či laptopy s tímto napájením v továrnách?

To je veliká otázka. My teď musíme udělat vše proto, abychom ověřili životaschopnost tohoto systému. Laboratorní výsledky jsou velice nadějné. Ale může se objevit nějaký problém, který by to znemožnil. Na druhou stranu už to funguje v laboratoři. My teď nemáme informaci o životnosti. V okamžiku, kdy je budeme mít, můžeme se zabývat tím, jak životnost vylepšit.

Ještě se vás zeptám na konspirační teorii – myslíte, že se ropná lobby bude pokoušet zabránit zkonstruovat levnější zdroj energie?

O tomhle se hodně mluví, že silné lobbistické tlaky tady jsou. Ať už to bylo využití řepky místo nafty a podobně. Jisté je, že petrolejářské koncerny nemají moc velký zájem alternativní zdroje podporovat. Na druhou stranu, že by měly možnost v tom člověku nějak zabránit, na téhle úrovni si nemyslím. Myslím, že takovéto věci se rozhodují právě v parlamentech a ve vládách, ve velkých zemích, kde se snaží nějaké strategie protlačit.

Takovéto projekty jako je palivový článek se primárně odvíjí od grantové úspěšnosti, protože univerzita nemá na výzkum vlastní prostředky. Mezi studenty je rozděluje grantová agentura, ale ty velké peníze si člověk musí sehnat. Myslím, že je dobře, že univerzita v tomto procesu nijak neškodí. Vždycky jsem se setkal s pochopením a snahou ze strany univerzity problémy řešit. Ale není to tak, že by univerzita dělala nějakou strategii vývoje vědy a investovala do toho. To ne.

Prof. RNDr. Vladimír Matolín, DrSc.

MFF UK v Praze absolvoval v roce 1974, tamtéž obhájil hodnost CSc., titul Ph.D. získal na Univ. Aix-Marseille ve Francii. Habilitoval se na MFF UK v r. 1991, v r. 1995 získal hodnost DrSc. a v r. 1997 byl jmenován profesorem. Odborně je zaměřen na fyziku povrchů a nanotechnologie. Je autorem nebo spoluautorem 260 článků s IF podle WoS. Na jeho práce bylo zaznamenáno 2400 citací. Je autorem 3 patentů. Je vedoucím laboratoře optické dráhy (MSB) UK a FZU synchrotronu Elettra v Terstu. Často byl zván k dlouhodobým pobytům na významných zahraničních pracovištích, k nejdůležitějším patří: odborný asistent na Univ. Aix Marseille, profesor na Univ. Blaise Pascal ve Francii v letech 1993-2001 a vědecký poradce ústavu NIMS (National Institut for Materials Science) v Tsukubě v Japonsku. Od r. 2002 je koordinátorem společné školy Ph.D. Univerzity Karlovy a NIMS; V současné době je členem vedení synchrotronu Elettra, evaluátorem programu ERC-EU „Advanced grants“, členem řídících výborů programu COST MP0903 „Nanoalloys“, COST CM1104 „Reducible oxides“, Evropského projektu Marie Curie-People, FUNPROB a koordinátorem projektu chipCAT v 7.RP EU. V r. 2002 mu byl udělen čestný doktorát na Universitě Blaise Pascala ve Francii a v témže roce získal vyznamenání udělené francouzskou vládou „Chevalier dans l´Ordre des Palmes Academiques“.