Čeští vědci vyvinuli miniaturní solární pece

Mezinárodní tým, který vedou vědci z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) Univerzity Palackého v Olomouci, vyvinul „ultramalé a vysoce účinné” solární nanopece. Najdou uplatnění pro odstranění toxických plynů, odsolování mořské vody, jako generátory páry či chemické reaktory pro výrobu nanomateriálů.

Zdroj: CATRIN

Rychlé nasazení do výroby

Solární nanopece o průměru několika desítek nanometrů lze vyrobit ve formě tenkých filmů nebo panelů a přeměnou sluneční energie v nich dosáhnout teploty až 600 stupňů Celsia. Výsledky unikátní technologie, kterou autorský tým chrání mezinárodní patentovou přihláškou, publikovaly časopisy Nano Letters a Nano Energy.

Výzkumníci využili schopnosti některých kovových nanočástic vytvářet velké množství tepelné energie po ozáření světlem vhodné vlnové délky. Pionýrské práce v oblasti tzv. termoplasmoniky se vztahují teprve k počátku tohoto milénia a souvisejí především s využitím specifických optických vlastností nanočástic zlata a jejich testováním v biomedicíně, zejména ve fototermální protinádorové terapii.

„Podstatou naší technologie jsou nanotrubice z nitridu titanu, které mají podobné termoplasmonické vlastnosti jako nanočástice zlata, jsou ovšem přibližně čtyřicetkrát levnější. Vykazují navíc velkou teplotní stabilitu a mají cylindrický tvar předurčený pro využití jako nanopece nebo chemické reaktory,“ řekl hlavní autor projektu Alberto Naldoni z CATRIN.

„Vyvinutá technologie umožňuje rychlý převod do průmyslového měřítka a výrobu filmů či panelů osazených miliardami hustě uspořádaných nanopecí,“ dodal Naldoni.

Vysoká účinnost

Tým olomouckých vědců dokázal uvnitř nanopecí experimentálně prokázat teplotu až 600 stupňů Celsia. Tyto výsledky potvrdily relativně nízké ztráty při přeměně sluneční energie na tepelnou, což dokládají i teoretické simulace spoluautorů z Purdue university v USA a Polytechnic University v italském Miláně.

„Ve srovnání s komerčními systémy pro přeměnu sluneční energie na teplo, jako jsou například solární věže, náš přístup dovoluje dosáhnout mimořádně vysokých teplot při mnohem nižších požadavcích na zacílení slunečního svazku, což je významný technologický i ekonomický aspekt,“ řekl Štěpán Kment, vedoucí skupiny Fotoelektrochemie v CATRIN, který působí také na Vysoké škole báňské – Technické univerzitě v Ostravě (VŠB-TUO).

„Stávající komerční technologie navíc vyžadují o jeden až dva řády vyšší energii ozařování. To jsou hlavní důvody, proč jsme se rozhodli technologii patentovat,“ dodal Kment.

Díky vysoké účinnosti přeměny sluneční energie (68 procent), nízkým výrobním nákladům i energetickým nárokům se podle expertů nabízí využití solárních nanopecí především v oblasti obnovitelné elektřiny a pokročilých materiálů pro solární energetiku.

Různé aplikace

Vědci z Olomouc ale studují také další aplikace, které umožní využití jejich technologie.

„Na vnitřní stěny nanopecí lze umístit katalyzátory, tedy jakési urychlovače chemických reakcí. Prokázali jsme vysokou efektivitu solární teplotní přeměny jedovatého oxidu uhelnatého s využitím nanočástic rhodia,” naznačil další aplikační potenciál solárních nanopecí Radek Zbořil z olomouckého ústavu CATRIN a ostravské VŠB-TUO.

Nanopece navíc mohou podle něj sloužit jako chemický nanoreaktor, kde lze provádět solárně indukované chemické reakce s unikátním rozložením a řízením teploty a připravovat tak zcela nové materiály. Tým českých vědců prokázal i velkou účinnost nanopecí jako solárních generátorů vodní páry. To umožňuje testovat vyvinuté nanosystémy např. v nových technologiích odsolování mořské vody.