Tomáš Slanina

foto Barbora Mráčková

Uložit, uchovat, použít

Chemik Tomáš Slanina přišel s revoluční myšlenkou, jak efektivně uložit a využívat solární energii. Na výzkum získal prestižní ERC grant

Pavla Hubálková

Pavla Hubálková

stálá spolupracovnice redakce

Galerie (2)

Nemusíte být žádní velcí znalci energetiky ani milovníci uhlí, abyste neomylně vypíchli největší slabinu obnovitelných zdrojů. Všechny energetické zdroje budoucnosti, jak se o nich dnes mluví, se potýkají s nestabilitou dodávek. Když fouká vítr, když je velký průtok vody, když svítí slunce, vyrábějí elektřinu jako o závod; ale co když ne? Ukládat přebytky do baterií je drahé a neefektivní, takže se výpadky dohánějí uhlím, jádrem nebo plynem. Pokud chceme „zelenou budoucnost“, musíme tento problém vyřešit. A právě na tom aktuálně pracuje český vědec Tomáš Slanina.

„Vyvíjíme systém, který umí nejen vyrábět elektřinu ze slunce, ale především ji také ukládat do chemických vazeb a následně kontrolovaným způsobem uvolňovat. Díky tomu by produkovaná elektřina nemusela kolísat na základě toho, zda na solární článek zrovna svítí slunce, ale mohla by se v čase uvolňovat rovnoměrně,“ vysvětluje fotochemik podstatu projektu, který Evropská výzkumná rada (European Research Council, ERC) ocenila pětiletým grantem v hodnotě přes 35 milionů korun.

V této soutěži nejde jen o peníze, soutěží se i o prestiž a uznání od mezinárodní vědecké komunity. ERC granty totiž často oceňují unikátní myšlenku, která když vyjde, způsobí revoluci celého oboru. Anebo ne, tak už to ve výzkumu chodí. V každém případě se ale jedná o špičkovou vědu, která posouvá hranice našeho poznání.

„S myšlenkou solárních panelů, které jsou zároveň baterií, jsem poprvé žádal o granty již zhruba před čtyřmi lety – ne­úspěšně, bylo to příliš revoluční a hodnotitelé nevěřili, že by to mohlo fungovat,“ popisuje Slanina. Pomohlo, až když získal první předběžné výsledky a ukázal, že technologie principiálně funguje.

Intelektuálně krásná věda

Aktuální trendy výzkumu na poli solár­ní energie se zaměřují především na vylepšení současných technologií – na co nejvyšší účinnost a stabilitu, malou zátěž životního prostředí a nejnižší cenu. „Nechci být konkurencí, nechci řešit konkrétní problémy dnešních solárních panelů. Chci jít dál, chci dělat vědu, za kterou je elegantní myšlenka. Něco, co je skutečně intelektuálně krásné a může to jednou zcela změnit naše uvažování,“ říká Tomáš Slanina.

Rozhodl se, že se pokusí najít systém, jak vyrábět, uchovávat a znovu použít solární elektrickou energii přímo v jednom materiálu, aniž bychom museli kombinovat solární panel s externí baterií, což je současný způsob řešení.

„Vyvíjíme organické molekuly, které přímo do své struktury ukládají elektrony, což jsou nosiče elektrického náboje, a ty pak mohou zase přímo uvolnit. Je to přímočarý proces, kdy se solární energie přeměňuje přímo na chemickou a na základě vnějšího podnětu zase zpět na elektrickou, nedochází k žádným ztrátovým převodům na tepelnou energii a podobně.“

Barevné a unikátní molekuly

V současné době výzkumný tým Tomáše Slaniny v Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd tyto „molekulární baterie“ optimalizuje. „Jsme organičtí fotochemici, to znamená, že na začátku na základě našich předchozích znalostí vymyslíme novou molekulu, tu pak v laboratoři připravíme a následně ji testujeme – měříme její vlastnosti, jak přenáší elektrony, jak se nabíjí a vybíjí, jaká je její účinnost,“ popisuje optimalizační proces, který se často mnohokrát opakuje.

V první fázi pracují s barevnými roztoky: „Aby molekuly absorbovaly sluneční světlo, musí být barevné. Když na ně posvítíme, můžeme měřit, jak se jejich barva mění, a z toho poznáme, zda došlo k uložení energie,“ vysvětluje Slanina. Až v dalším kroku vzniká prototyp solárního panelu, kdy vědci opět testují a měří nejrůznější parametry, od složení vrstev až po jejich tloušťku, a hledají to nejlepší řešení. „Speciální lampou napodobujeme sluneční záření a měříme účinnost solárních panelů, jejich výkon, kolik vyrobí proudu, kolik se do nich uloží a následně uvolní elektrické energie,“ vyjmenovává.

Co nás čeká?

„Za pět let bychom chtěli mít funkční prototyp solárního panelu, který dokáže vyrobit elektrickou energii, uložit ji a následně zase uvolnit,“ říká Tomáš Slanina, podle kterého by za ideálních podmínek následná komercializace a uvedení do praxe trvaly zhruba dalších deset let. Opět ale zdůrazňuje, že jeho primárním cílem není uvést na trh nový solární panel. „To rád přenechám jiným, mě více zajímá ta samotná myšlenka. Kdyby se nám povedlo ukládat a uvolňovat energii přímo v molekulách, může to znamenat zcela nový směr využívání solární energie, který by nám umožnil doposud zcela nepředstavitelné možnosti a aplikace,“ uzavírá.

Tomáš Slanina

Vystudoval organickou chemii na Masarykově univerzitě v Brně. Titul Ph.D. získal v kombinovaném programu na Masarykově univerzitě a německé univerzitě v Řezně. Poté byl jako postdoktorand na zahraničních stážích v Německu (podpořeno stipendiem Nadace Experientia) a ve Švédsku. Od dubna 2019 vede vlastní výzkumnou skupinu Redoxní fotochemie v Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd ČR. V roce 2019 získal Cenu Alfreda Badera za organickou chemii a v roce 2021 obdržel Prémii Otto Wichterleho, kterou „mimořádně kvalitním a perspektivním vědeckým pracovníkům“ uděluje Akademie věd ČR.

Zlepšujeme se, ale stále zaostáváme

Letos byly ERC grantem podpořeny čtyři české projekty. Spolu s Tomášem Slaninou prestižní grant získala biochemička Hana Macíčková Cahová, taktéž z ÚOCHB, molekulární bioložka Kateřina Rohlenová z Biotechnologického ústavu Akademie věd a matematik-lingvista Ondřej Dušek z Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy. Čtyři projekty oceněné mezinárodní komunitou odborníků se mohou zdát jako úspěch, ale podle kvality publikací a dalších ukazatelů by Česká republika měla získat ERC grantů mnohem více. Důvodů, proč zaostáváme, je mnoho (od těch historických až po to, že se stále neumíme prodat), ale v posledních letech již vznikají iniciativy, které se snaží kultivovat prostředí české vědy a pomáhají žadatelům, a tak se snad brzy můžeme těšit na více špičkových vědeckých projektů „s unikátní myšlenkou“.

Nadace Experientia

Podporuje mladé vědce a vědkyně z oboru organické, bioorganické a medicinální chemie, kterým umožňuje zahraniční stáže nebo zakládání vlastních výzkumných skupin. V roce 2013 ji založili manželé Hana a Dalimil Dvořákovi, a jak říkají: „Vracíme peníze tam, odkud přišly – do vědy.“ Hana Dvořáková se totiž jako žačka Antonína Holého podílela na vývoji úspěšných léčiv proti HIV a virové hepatitidě. Celkem již podpořili mladé chemiky a chemičky částkou téměř třicet milionů korun, v lednu 2020 do Nadace vložili 200 milionů na podporu české chemie na dalších dvacet let.

Hana a Dalimil Dvořákovi

Archiv

Tomáš Slanina na první postdokto-randskou stáž na německou Goetheovu univerzitu ve Frankfurtu nad Mohanem odjel právě díky stipendiu Nadace Experientia ve výši 870 tisíc korun, a jak sám říká, pomohlo mu to nastartovat vědeckou kariéru: „Změnilo to způsob, jakým přemýšlím o vědeckém světě a o své budoucnosti.“ Od roku 2019 je členem správní rady Nadace Experientia, kde pomáhá posouvat českou chemii směrem k celosvětové špičce.

Autorka je spolupracovnicí redakce, působí na Univerzitě Karlově

Související články