Od konce předminulého století byly koňské a jiné živočišné síly v průmyslu nahrazeny v plné míře stroji. V posledních dvou desetiletích se ale znovu čas od času mluví o návratu "života" do výroby, ovšem jen v malých rozměrech.
Některé podniky například používají mikroorganismy jako malé chemické továrny na výrobu složitých organických sloučenin. V Čechách se takhle vyrábí léčivá kyselina hyaluronová. Takové využití mikroorganismů má nepochybně velkou budoucnost. Čas od času se objevují i divočejší nápady. S jedním přišla skupina Angely Belcherové z MIT.
Využila "bioprvek" k výrobě solárních článků. Pomocníkem vědců byly viry. Podle definice nejsou považovány za živé organismy, nejsou ale ani pouhou trpnou hmotu. Odborníci své "položivé" pomocníky využili k tomu, aby do vybraných solárních článku položili velmi tenkou vrstvu materiálu, která zvyšuje jejich účinnost.
Viry, trubice a ostružiny
Hlavní přísady pokusu byly tři. Za prvé viry, za druhé miniaturní uhlíkové trubičky a za třetí samotné solární články. Když to vezmeme odzadu, použité panely nebyly nic zvláštního. Šlo o tzv. Grätzelovy články vynalezené na začátku 90. let. Jejich autor Michael Grätzel dostal loni tzv. Millennium Technology Prize, která je jakousi obdobou Nobelovy ceny pro tvůrce praktických inovací.
Tyto články, kterým se rýsuje zajímavá budoucnost, jsou levnější a výrobně jednodušší než běžné křemíkové články, které vyrostly v posledních letech na polích České republiky. Obsahují organické barvivo, tedy něco jako chlorofyl v rostlinách. To zachycuje sluneční světlo, z něj se uvolňují elektrony, a tedy de facto elektrický proud, který z článku míří do elektrické sítě. Nevýhodou článků je fakt, že světlo nevyužívají tak účinně jako jiné typy.
Druhá přísada experimentu, uhlíkové nanotrubičky, jsou další starý známý. Už dnes se využívají v některých aplikacích, ale zřejmě je doba největší slávy teprve čeká. Díky svým malým rozměrům a dalším vlastnostem často dokáží úplně nečekané věci. (Nedávný příklad najdete zde.)
Vědce z MIT zaujal jeden konkrétní typ těchto mikroskopických "trubek": uhlíkové trubičky, které se chovají jako polovodiče. Pokud se právě tento typ přidá do konstrukce Grätzelových panelů, zvyšuje jejich výkon. A tím odbourává jednu z jejich nevýhod.
Nanotrubičky ovšem nejde slepě přimíchat do článků a doufat, že se dostanou na správné místo. Na to jsou příliš drahé a také se shlukují do trsů, čímž se ztrácí většina účinku. Proto se v laboratoři Bechlerové o dopravu nanotrubiček postaraly viry.
Na plac!
Solární články se vyrábí "usazováním" různých vrstev na sebe v kapalném prostředí. Vědci do tohoto dobře známého procesu přidali jen mezistupně. Během prvního zaplavili desky budoucích panelů roztokem s viry. Ty na svém povrchu "držely" každý několik nanotrubiček, a to navázané na bílkovinách na obalu, který virus chrání před okolím. Viry se více méně pravidelně rozmístily po desce (Rozhodně více pravidelně, než by to zvládly samotné trubičky).
Splnily tak první úkol, ale tím nedosloužily. V další fázích výroby posloužily jako "lešení", kolem kterého se pak vytvoří další vrstva článku. Jde o vrstvu z vodivého materiálu (oxidu titaničitého), která musí být poseta mikroskopickými kopečky a údolími. Čím větší je totiž plocha jejího povrchu, tím je článek účinnější. Díky "virovému lešení" i tento proces probíhal prý lépe, než je obvyklé.
Ve výsledku nová technologie údajně zlepšila účinnost solárních článků o více než čtvrtinu. V absolutních číslech už to nevypadá tak velkolepě: jde o nárůst z 8 procent na 10,6. To je u Grätzelových článků velmi slušný výsledek.
Kámen virova úrazu
Autoři výzkumu ve svém tiskovém prohlášení tvrdí, že zavedení do výroby by nemuselo být nic komplikovaného a současné továrny by to prý mohly snadno zvládnout. Jiní odborníci si tím ale nejsou tak jistí. "Práce je to zajímavá, ale spíše jen vědecky než z hlediska praktického využití," říká profesor Ladislav Kavan z Ústavu fyzikální chemie AV ČR.
Svůj názor vysvětluje přílišnou složitostí použitého postupu: "Hlavní výhodou Grätzelových článků je nízká cena, což je zřejmě v rozporu s touto komplikovanou strategií." Navíc podobné hodnoty účinnosti se dají v laboratoři dosáhnout i jednodušeji a levněji, bez viru a nanotorubic, tvrdí Ladislav Kavan. Pro vědce jsou podle něj zajímavé především poznatky o zatím poměrně málo dobře poznaném vlivu nanotrubiček na zvýšení účinnosti solárních článků.
V krátké době bude podle něj ještě lépe: existují prý reálné předpoklady, že do konce roku se podaří relativně jednoduchou úpravou zvýšit účinnost na zhruba 15 procent. "Více bohužel prozradit nemohu, jde o nepublikovaná data zahraničních kolegů," říká Kavan.
V laboratoři Angely Belcherové se ovšem zřejmě nevzdají. Koneckonců mají i další želízka v ohni. Své oblíbené viry M13 vyzkoušeli například při stavbě baterií (placený přístup k studii je zde) nebo při přípravě katalyzátorů určených k výrobě vodíku (krátký obsah práce dostupný zde). Třeba se tímhle nebo dalšími nápady trefí praktikům lépe do noty.
