Oxid uhličitý není nepřítel, věří vědkyně. Letecký benzín může být „zelený“

Globální změna klimatu, způsobená především lidskou produkcí skleníkových plynů, je po dlouhém váhání politiků ve středu pozornosti. A nejvíce se mluví o oxidu uhličitém (CO2) jakožto o hlavním nepříteli, který zodpovídá přibližně za tři čtvrtiny skleníkového efektu. Není divu, že je označován za nepřítele číslo jedna a hledají se cesty, jak omezit jeho vypouštění do atmosféry.

Konkrétně to třeba znamená zbavit se spalovacích motorů, které se bez emisí CO2 neobejdou. Ale existují i alternativní cesty. Jednu z nich pomáhají prošlapat i vědci v Praze na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy.

„Lidé si často myslí, že se budeme muset zbavit spalovacích motorů,“ všímá si doktorka Pavla Eliášová, která zkoumá nové materiály v rámci Centra pro cílenou syntézu a aplikace perspektivních materiálů (lépe se pamatuje zkratka CUCAM).

Ekologický motor by totiž mohl nadále používat „klasická“ paliva, na která jsme zvyklí: benzin, diesel apod. Jen bychom tato paliva netahali z fosilních zdrojů jako nyní. Místo toho bychom je mohli vyrábět ekologicky, přímo z atmosférického oxidu uhličitého. Tento plyn by se tak z hlavního padoucha mohl stát i hrdinou, respektive důležitou součástí řešení. Jak mi doktorka Eliášová vysvětlila, není to ale jednoduché. Molekula CO2 je totiž velmi stabilní a přeměna je energeticky náročná. Její tým proto hledá, jak využít k přeměně sluneční paprsky.

Co jsou to vlastně solární paliva, o kterých se poslední dobou začíná mluvit?

Solární paliva jsou chemikálie, které lze připravit s využitím sluneční energie. V podstatě může slunce energii dodat v podobě světla, tepla nebo zprostředkovaně skrze elektrickou energii, tedy pomocí fotovoltaické elektrárny.

Například ta poslední varianta spočívá v tom, že elektřinu získanou ze slunce použijeme na štěpení vody a přeměnu oxidu uhličitého na syntetické palivo.

Ale té energie je asi potřeba hodně. Protože když jen smícháme CO2 a vodu, tak máme sodovku…

Přesně tak, oxid uhličitý má nevýhodu, je to hodně stabilní molekula. Abyste jej mohli jakkoli využít, chce to velký energetický vklad. Je to jeden z energeticky nejnáročnějších procesů.

Proto se kromě využití slunce k výrobě elektřiny hledají i další způsoby. Například mezinárodní tým vědců ze Švýcarska, Španělska a Německa udělal velký pokrok ve směru využití slunce jako zdroje tepelné energie. Ve Španělsku postavili multifunkční solární věž, která je obklopená zrcadly.

Na vrcholku věže se ty odražené paprsky soustředí a vzniká tam teplota kolem 1500 °C. Ve věži se nachází reaktor, ve kterém je oxid ceričitý jako katalyzátor, přivádí se tam vodní pára a oxid uhličitý. Díky velké teplotě a katalyzátoru se rozjede reakce, která přinutí stabilní oxid uhličitý reagovat a vznikají pak další látky.

A z toho pak kape třeba ten benzin?

To je cílem toho projektu. Chtěli by vyrábět buď kerosin (letecký benzin, pozn. red.), nebo naftu. Pokud vím, tak zatím se jim podařilo asi za devět dnů vygenerovat tímto způsobem pět tisíc litrů syntetického plynu. A to už je první krok k tomu, jak se dostat ke kerosinu a dalším palivům.

Takže je tam dvojnásobná výhoda. Jednak vytáhneme z atmosféry trochu CO2, kterého je tam moc. A vyrobíme nějaké palivo, kterého je nedostatek. Jenže až to palivo spálíme, tak CO2 do atmosféry zase vypustíme…

Ano, to je pravda. Dnes už ale jsou technologie na to, abychom v místě, kde nám oxid uhličitý vzniká, ho rovnou odchytili a poslali znovu k dalšímu zpracování.

Obecně se dá říci, že si z atmosféry vlastně CO2 půjčujeme, a nezvyšujeme tak výrazně jeho množství. Cílem je jeho opakované využití pro výrobu energie, aniž bychom trvale zvyšovali jeho množství v atmosféře. Samozřejmě jsou zde navíc další energetické náklady.

Důležité je postupně dekarbonizovat výrobu elektřiny. Tedy vyrábět elektřinu tak, aniž bychom produkovali velké množství oxidu uhličitého, jako je tomu dnes. Například prostřednictvím fotovoltaiky, větrných elektráren, vodních elektráren. Nepůjde to naráz, je potřeba postupovat krok za krokem.

Nedávno jsem byla v Itálii na konferenci o využití oxidu uhličitého. Pět dní vědci z celého světa prezentovali různé způsoby, jak využít oxid uhličitý. Byla jsem nadšená z toho, jakými všemi směry se výzkumné skupiny ubírají, co všechno dokáží vymyslet. Také se hodně mluvilo o tom, že je potřeba počítat náklady na celý životní cyklus těchto procesů (v originále cradle-to-grave, pozn. red.). Spočítat, jaké jsou náklady a jaké jsou dopady ve formě produkce skleníkových plynů.

Takže já jsem byla nadšená z toho, jak vlastně na všech frontách jsou nápady dotažené do konce a jsou tam i hotové produkty. Možnosti tu jsou. Ale nepůjde to skokově.

Řada lidí ale propadá skepsi. Když se podíváme třeba na to, kolik skleníkových plynů produkuje Čína, můžeme získat dojem, že nemá cenu něco postupně vylepšovat, protože je to jen kapka v moři.

Nemám moc ráda to, když se moc tlačí na „zelenou cestu“, lidé pak mají často pocit, že se stejně nic nezmění. Může to být demoralizující. On je celý ten problém náročný na vysvětlení. My skutečně potřebujeme nějaké skleníkové plyny. Kdybychom žádné skleníkové plyny v atmosféře neměli, tak máme na Zemi asi 18 stupňů pod nulou. Ale teď jich produkujeme moc.

Vidím ale, jak nastupuje příležitost pro výzkum, pro podporu skutečné udržitelnosti a dekarbonizace. Ukazovala jsem nedávno středoškolákům na přednášce, že oxid uhličitý není jen padouch, ale může to být i budoucí hrdina.

Jak konkrétně se na tomto „zhrdinštění“ CO2 podílí vaše výzkumná skupina?

Od loňského listopadu jsme součástí velkého evropského projektu DESIRED, na kterém se podílí sedm vědeckých institucí ze šesti evropských zemí. Hlavním cílem je vyrobit úplně nový typ fotoreaktoru, který bude pomocí fotokatalyzátoru umět přeměnit oxid uhličitý na solární palivo. Cílíme hlavně na uhlovodíky a alkoholy, které obsahují více jak dva atomy uhlíku, tedy například etanol, etylen, propanol a další.

Projekt poběží čtyři roky. Naše skupina z Univerzity Karlovy se účastní právě výzkumu nových fotokatalyzátorů.

Cílem tedy je postavit podobnou věž, jako mají ve Španělsku, ale lepší?

Věž to pravděpodobně nebude, spíše se to může podobat solárním panelům. Představte si lehce nakloněný panel. Uvnitř bude nanesený v tenké vrstvě fotokatalyzátor. Nad ním bude proudit voda, která bude nasycená oxidem uhličitým. Jak na panel bude dopadat sluneční záření, aktivuje se fotokatalyzátor a rozjede se přeměna oxidu uhličitého na další látky.

Nejde tady o zahřátí, ale o fotoexcitaci, tedy přímo o to sluneční záření, které vybudí na fotokatalyzátoru elektrony. A ty potom můžete využít k tomu, abyste změnil oxid uhličitý na nějaké další látky, jako je třeba etanol nebo isopropanol.

Tyto látky pak jdou nahoru tím panelem a odvedete si je nějakým rozdělovačem do barelu. To je alespoň ta představa.

Nejsou čtyři roky docela krátká doba?

Je to relativně krátká doba, ale žádná z těch institucí, které se projektu účastní, nejsou začátečníci. Máme zkušenosti a měli jsme i rok jen na samotné plánování. Takže když se projekt rozjíždí, tak už všichni partneři vědí, co mají dělat.

Myslíte, že lidé obecně rozumí tomu, jak věda funguje?

Řekla bych, že vědě často nevěří, respektive nevědí, čemu mají věřit. Slyším třeba občas, že jsme „my vědci“ něco vymysleli a je to nějaký úplný nesmysl.

Výsledky vědeckých prací publikujeme v článcích v mezinárodních časopisech. To jsou texty psané pro ostatní vědce, není to psáno pro širokou veřejnost. Proto laik ani nemůže pochopit velkou část takové vědecké studie.

Komunikovat vědu směrem k veřejnosti je důležité. Ale je těžké najít ten bod, který veřejnost zajímá. Proč vlastně hledáme fotokatalyzátor? Musím se zaměřit na to, co lidi reálně trápí, odpíchnout se od toho a vlastně až na konci ukázat, co je ten můj příspěvek. Kdybych začala tím, že chceme zkoumat oxid měďný s přechodnými kovy karbidu, tak to celé zamlžím.

Když jsem pracovala na zeolitech (hliníkokřemičité minerály s mikroporézní strukturou, pozn. red.), tak bylo někdy náročnější vysvětlovat, proč je výzkum těchto materiálů velmi důležitý. Téma, kterým se zabývám nyní (solární paliva, pozn. red.), je podle mého pro mnoho lidí mnohem atraktivnější. To je asi i důvod, proč jsem byla oceněna talentovým programem L’Oréal-UNESCO Pro ženy ve vědě – aktuální téma, které jsem přednesla srozumitelným jazykem.

Asi do roku 2015 se mi zdálo, že velká část příspěvků na konferencích v mém oboru se týkala nanomateriálů. A teď si zase všímám toho, kolik příspěvků na konferencích se týká „zelených“ řešení, udržitelnosti, e-paliv, biopaliv a podobně. Vidím ohromný skok, opravdu se vynakládá velké úsilí se tím směrem vydat.

V čem je problém, že je povědomí o vědě obecně celkem nízké?

Lidé často neznají základní principy toho, jak věci fungují, kde se co bere, jaký je cyklus materiálů… Takže velké firmy pak mohou tvrdit, že jsou ekologické, protože budou stavět na této neznalosti – tzv. greenwashing (vydávání neekologických produktů za ekologické nebo nadsazování toho, jak moc je nějaký produkt ekologický, pozn. red.).

Třeba když někdo tvrdí, že elektromobily mají nulové emise, tak to je podle mého ukázka greenwashingu. Samotné elektrické vozidlo sice nevypouští emise, ale protože elektřina se nevyrábí 100% z udržitelných zdrojů, tak emise tam pak samozřejmě vznikají. I když ne přímo ze samotného auta, když jedete.

To ale není nutně chyba toho elektrického auta, to je důsledek toho, odkud bereme elektřinu…

Problematická je ta strategie, že se lidem něco podsouvá. Svět je globálně propojený, všechno se odněkud dováží, do toho se míchají politické zájmy nebo nadnárodní korporace… Chápu, že lidé nemají chuť pátrat, jak to je, a spokojí se s nějakým jednostranným článkem na svém oblíbeném webu.

Chtěla byste, aby zaznělo něco, čím to lidem trochu „zesložitíte“?

Často si všímám, že lidé si myslí, že defosilizace znamená, že se budeme muset zbavit spalovacích motorů. Defosilizace by neměla znamenat stopku diesel motorům, na nich je náš svět vybudovaný. Pro mne defosilizace znamená, že hledáme náhradní paliva, paliva z jiných než fosilních zdrojů, jako je ropa a uhlí. A je tam hned několik možností.

Kromě našeho projektu – výroba paliva z CO2 s pomocí slunečního světla – jsou třeba projekty využívající bakterie k přeměně CO2 na etanol a další základní chemikálie potřebné v průmyslu. Nebo různé projekty na odčerpávání CO2 z atmosféry a jeho dlouhodobé uskladnění. Nebo přeměna oxidu uhličitého na stavební materiál. Každá tato technologie svým dílem přispívá ke zlepšení naší situace.

Ne každé řešení je ale vhodné pro každou lokalitu. Ve Španělsku stavějí hodně fotovoltaiku, což nebude fungovat ve Švédsku, ale tam jim zase fungují vodní elektrárny.

Svět nezachrání jedno řešení, jeden zázračný vynaléz. Spíš to vidím jako velkou skládačku a každá nová technologie a způsob, jak snížit emise, znovu využívat oxid uhličitý a efektivněji využívat naše zdroje, je jeden dílek té skládačky. Každé vylepšení se počítá, protože může mít celou kaskádu různých dalších dopadů. Proto doufám, že se nám podaří přijít s novým typem fotoreaktoru, a nabídneme tak další cestu k solárnímu palivu.