Sciencemag.cz
Doporučujeme
V periodické soustavě prvků je přes padesát kovů, a když třeba vždy z pěti vybraných vytvoříte slitinu, máte najednou celý vesmír naprosto neprobádaných materiálů…
Mezi šesti návrhy, které uspěly v 8. výzvě Evropské zájmové skupiny pro spolupráci s Japonskem (EIG Concert Japan) na téma Udržitelná vodíková technologie jako dostupná a čistá energie, je projekt vedený Ludmilou Kučerovou z Fakulty strojní Západočeské univerzity v Plzni (ZČU). Mezinárodní tým se při něm bude se věnovat vývoji materiálu schopného pohlcovat vodík za co nejpříznivějších podmínek.
Výsledky výzvy EIG Concert Japan zveřejnilo Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR vloni v prosinci. Tříletý grant získal tým Ludmily Kučerové v konkurenci 32 projektových žádostí. Mezi úspěšnými žadateli je plzeňská vědkyně jedinou zástupkyní Česka. V projektu bude spolupracovat s kolegy z partnerských institucí, jimiž jsou Slovenská akademie věd a Univerzita v Kjóto.
Materiálem, v němž chtějí vědci vodík skladovat, by měla být směs kovových a kompozitních prášků vzniklých plastickou deformací lehkých slitin s vysokou entropií (high enropy alloys). „Velkou plastickou deformací kovového nebo kompozitního materiálu za studena se rozbije krystalová mřížka, a protože atomy nejsou ve svých obvyklých polohách, vzniká v materiálu místo, kde se mohou usadit atomy vodíku,“ vysvětluje plzeňská vědkyně. To, že při určitém zmenšování rozměrů roste schopnost kovových nebo kompozitních materiálů pohlcovat vodík, už podle ní některé výzkumy prokázaly. S myšlenkou využít tyto jevy v projektu zaměřeném na vodíkové technologie právě na slitinách s vysokou entropií přišel bývalý kolega Ludmily Kučerové Zaid Ahmed Mohammed, který působil na ZČU v rámci projektu Mobility a těmto materiálům se již dříve věnoval.
„Chceme najít materiál, u kterého by pohlcování a uvolňování vodíku fungovalo při rozumných tlacích a teplotách. Naším cílem je tedy uložit co nejvíce vodíku při udržení co nejpříznivějších podmínek,“ přibližuje Ludmila Kučerová záměry předaplikačního výzkumného projektu, ve kterém chtějí vědci využít slitiny s vysokou entropií.
Jak říká Ludmila Kučerová, jde o slitiny, které jsou v materiálovém výzkumu hitem posledních několika let. Tradičně se slitiny tvořily tak, že jejich základem byl jeden významný prvek, např. železo, hliník, titan aj., do něhož se přidalo malé množství jiných prvků, ovlivňujících vlastnosti výsledné slitiny. Naproti tomu ve slitinách s vysokou entropií je zastoupeno například pět prvků ve stejném nebo podobném atomárním množství. „V periodické soustavě prvků je přes padesát kovů, a když si představíte, že třeba vždy z pěti vybraných vytvoříte slitinu, přičemž jejich poměry nemusejí být ekviatomární, ale je možné je lehce upravit a dosáhnout tak lepších vlastností, máte najednou celý vesmír naprosto neprobádaných slitin,“ neskrývá nadšení vědkyně z Fakulty strojní.
Vyvíjený materiál, který bude schopen pohlcovat vodík za co nejpříznivějších podmínek, by měl být také dostatečně lehký, aby se mohl využívat v aplikacích mobilních i stacionárních. Vhodný by tedy byl například jako zásobárna vodíku v dopravních prostředcích nebo třeba v domě s vlastním vodíkovým hospodářstvím, který si vyrábí vodík třeba ze sluneční energie. Podle Ludmily Kučerové by mohl mít například podobu prášku slisovaného do tablet.
„Výzkum jde velmi rychle kupředu. Před půl rokem jsme vytipovali slitinu, která vypadala velmi nadějně, ale mezitím se objevila upravená varianta této slitiny, která má z hlediska pohlcování vodíku vlastnosti násobně lepší. Vzhledem k obrovskému množství možných materiálových variací se během řešení projektu určitě objeví nějaký další materiál. Pořád je tedy z velké míry i věcí náhody, jestli zasáhneme ten správný cíl,“ připouští Ludmila Kučerová. „Ale i na materiálu, který nebude úplně ideální, bude zřejmé, jestli se přidáním deformace a katalyzátoru jeho vlastnosti zlepšují, nebo ne,“ dodává. „Předpokládám, že materiál bude fungovat určitý počet cyklů. Bylo by tedy dobré, pokud by se následně dal recyklovat nebo použít na něco jiného. V případě práškového materiálu například pro 3D tisk, laserový nástřik apod.,“ přemýšlí o druhotném využití média.
Výzvu Evropské zájmové skupiny pro spolupráci s Japonskem, zaměřenou na oblast dekarbonizace ekonomiky a rozvoje vodíkových technologií, vnímá Ludmila Kučerová i jako možnou cestu pro svůj obor, tedy strojírenskou metalurgii a materiálové inženýrství. „Na našem pracovišti máme zkušenosti s vývojem a tvářením kovů a vysoce pevných ocelí. Říkali jsme si, že bychom tyto zkušenosti mohli využít i v zaměření pro nás ne tak tradičním. Mohla by to být rovněž šance pro firmy, které se zabývají tvářením kovových materiálů nebo zpracováním kovových prášků, jak se zapojit do ‚zelených aktivit‘, k nimž směřují různé projekty,“ vysvětluje vědkyně, podle níž může projekt rozšířit aplikační možnosti tradičních průmyslových oborů.
