Chytře na energie – Expo v Dubaji představuje rotační expozici Akademie věd ČR

Bateriové úložiště s kapacitou pokrývající denní spotřebu běžné domácnosti nebo zařízení, které vyrábí energii pomocí termojaderné fúze. Akademie věd ČR přebírá 14. února 2022 štafetu rotační expozice na světové výstavě Expo 2020 v Dubaji. Láká na chytrou energii, ukazuje cestu od jejího získávání přes uchování až po její využití. Čtveřici exponátů si návštěvníci mohou prohlédnout do konce února.

Energie. Víme, že nevzniká, ani nezaniká – a víme, že se bez ní lidstvo neobejde. I to byl jeden z důvodů, proč Akademie věd ČR nazvala svou rotační expozici na Expu 2020 Energy The Smart Way – Energie chytře. Na celém světě se hledají cesty, jak energii získávat a využívat způsobem, aby naše planeta dál zůstala modrá a zelená a byla dobrým místem pro život. Vědci z pracovišť Akademie věd ČR vědí, jak na to.

Předsedkyně Akademie věd ČR Eva Zažímalová potvrzuje, že náš přístup k nakládaní s energií musíme nutně změnit: „Přechod k udržitelné energetice je proto výzva pro vědecké týmy na celém světě. Rotační expozice Akademie věd od čtveřice pracovišť je příkladem konkrétních cest a možností, které naši vědci objevují.“

Akademie věd ČR představuje na světové výstavě Expo 2020 v Dubaji chytré energie.

Rotační expozice představí celkem čtveřici exponátů. Ty demonstrují různé koncepty práce s energií: setrvačník pro ukládání energie, tokamak – srdce fúzního reaktoru, bateriové úložiště s hybridní elektrárnou a loď, která mění plastový odpad na palivový olej a odsolenou vodu.

Setrvačník, který ukládá energii
Nepřehlédnutelná zlatá mince s logem Akademie věd ČR, která se vznáší ve vzduchu, ukazuje princip dočasného ukládání elektrické energie do energie otáčivého pohybu setrvačníku. Aby se jeho otáčení nezastavilo mechanickým třením, které vzniká v běžných kluzných nebo kuličkových ložiscích, je setrvačník (mince) uložen na magnetickém závěsu a využívá hned několik magnetů a elektromagnet. „Tyto magnety se odpuzují a přitahují. Tím udržují minci ve správné výšce tak, aby její hmotnost nesly výhradně trvalé magnety,“ vysvětluje Jiří Šonský z Ústavu termomechaniky AV ČR.

Magnetická ložiska jsou ale přirozeně nestabilní a při snaze o jejich ustálení se ztrácí část energie. V případě LeviGyru tomu tak není. Využívá obyčejné trvalé magnety, jejichž magnetická pole jsou snímána soustavou Hallových snímačů a řízena elektronikou. Pohyb dále stabilizuje elektrodynamické tlumení. Výsledkem je stabilní setrvačník, který se otáčí kolem své osy se zanedbatelnými ztrátami energie – funkční model si můžete prohlédnout zde.

Setrvačník s levitující zlatou mincí s logem Akademie věd ČR

Na své si přijdou i děti. Na každém exponátu najdou otázky v angličtině a arabštině, které jsou opatřeny kresbami postaviček dívky a chlapce z dílny tvůrců NEZkreslené vědy. Odpovědi děti naleznou po naskenování QR kódu v mobilním telefonu.

Do útrob čisté a bezpečné fúzní energie
Nadějnou cestou k nízkoemisnímu a prakticky nevyčerpatelnému zdroji energie je jaderná fúze. Testy se dělají ve speciálních zařízeních – tokamacích. V nich se udržuje plazma při vysoké teplotě až 160 milionů stupňů Celsia (desetkrát více než je teplota uprostřed Slunce), aby mohla probíhat fúzní reakce.

Fúzní elektrárny neprodukují jaderný odpad ani skleníkové plyny, a navíc jsou bezpečné. „Exploze jako v Černobylu nastat nemůže. Proces v reaktoru bude totiž zcela jiný než ve štěpném reaktoru. Bude podobný hoření, kdy budeme palivo do plazmatu neustále přidávat po malém množství, po gramech, a jeho dodávku bude možné kdykoli přerušit a tím ukončit probíhající reakci,“ vysvětluje Martin Hron z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. Více k tématu také v časopise A / Věda a výzkum.  

Ústav fyziky plazmatu AV ČR se výzkumem fúze dlouhodobě zabývá, na rotační expozici představí dvoumetrový model tokamaku COMPASS Upgrade. Ten skutečný v Praze zkoumá důležité oblasti pro budoucí fúzní elektrárny. Jako jediný na světě umí udržet plazma pomocí extrémně vysokých magnetických polí (až pět Tesla), podobně jako budoucí největší mezinárodní tokamaky ITER a DEMO.

Model tokamaku COMPASS

PowerBox s hybridní elektrárnou
Využít energii z obnovitelných zdrojů na maximum se snaží PowerBox – úložiště energie s kapacitou 15–30 kWh, které poskytuje střídavý proud pro domácnost. Zdrojem energie jsou nejčastěji solární panely. Může jím ale být i větrná turbína či palivový článek.

„PowerBox je modulární bateriové úložiště, jehož kapacitu lze rozšiřovat dalšími bateriovými moduly. Kapacita jednoho modulu odpovídá denní spotřebě elektřiny v domácnosti s běžnými spotřebiči,“ říká Radomír Starý ze společnosti HE3DA, která s Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR spolupracovala na nanotechnologiích, na nichž jsou založené lithium-iontové články PowerBoxu.

Bateriové články jsou napojené na hybridní fotovoltaickou elektrárnu. Společně dokážou nejen ukládat energii, ale také ji distribuovat podle potřeby – například ze slunce během dne a z baterie během noci, případně napájet dům, když dojde k výpadku elektřiny. Články zvládnou také baterie dobíjet a slučovat energii z baterie a elektrické rozvodné sítě v případě nedostatečného slunečního svitu.

PowerBox s hybridní elektrárnou

Prototyp PowerBoxu, jehož model se představuje v Dubaji, nepotřebuje chlazení. Baterie HE3DA mají navíc oproti jiným lithium-iontovým bateriím výhodu nízkého vnitřního odporu a mimo elektrolyt neobsahují organické látky. To znamená, že nehoří a neexplodují.

Loď, která zbaví moře a oceány plastů
V mořích a oceánech se nacházej stovky milionů tun plastového odpadu a každý rok dalších 5 až 13 milionů tun přibývá. Ostrovy plovoucího plastu přitom ohrožují život v mořích i lidské zdraví. K tématu také více v magazínu A / Věda a výzkum. Pomoci s jejich likvidací může loď, jejíž model rotační expozici uzavírá. Jde o modulární technologii, kterou lze uspořádat do běžných kontejnerů používaných v námořní přepravě po celém světě.

Model kontejnerové lodě pro likvidaci plastů z moří

„Princip fungování lodě není složitý. Odpad sebraný z moře se předčistí, homogenizuje a rozemele na menší částice. Dle kvality se připraví k energetickému využití – buď se spálí, nebo se zpracuje prostřednictvím pyrolýzy,“ vysvětluje Michal Šyc z Ústavu chemických procesů AV ČR, který na exponátu spolupracoval s Vysokým učením technickým v Brně a společností EVECO Brno. „Produktem je teplo, které lze využít pro odsolování mořské vody, a pyrolýzní olej, který může fungovat jako palivo nebo surovina v petrochemickém průmyslu,“ doplňuje.

Ze zbytků tak nezůstane téměř nic – jen malé množství nespalitelného odpadu či popel z plastů. Podle autorů všechny dílčí technologie na pevnině běžně fungují. V lodi je propojili a díky kontejnerovému modulárnímu řešení může likvidátor plastů reálně po vodě plout. „Samotná realizace bude poměrně drahá a motivace pro její výrobu a fungování by tak musela být spíše ekologická než ekonomická,“ uzavírá Michal Šyc. Vědci přesto doufají, že Expo 2020 pomůže, aby se tento koncept v praxi prosadil.

Profesionální služby na „klíč“
Pracoviště si přípravu exponátů na rotační expozici z velké části řídila samostatně. Na realizaci ale participovalo i Středisko společných činností AV ČR, bez něhož by celou akci na trase Praha–Dubaj nešlo uskutečnit. „Společně s ústavy jsme spolupracovali i na vývoji modelu lodě s technologií na čištění oceánů,“ doplňuje ředitel Střediska společných činností AV ČR Tomáš Wencel.

Kromě pomoci při vývoji exponátů, instalací a jejich následného rozebrání zabezpečilo Středisko logistiku: a to nejen zaopatření přepravy do Dubaje a zpět. Cenné modely bylo třeba se naučit sestavovat a zajistit také jejich bezpečné zabalení pro námořní dopravu. „Převoz exponátů nebyl jednoduchý. Museli jsme je nechat pojistit a provést celní procedury na cestě tam i zpět. Přímo na místě jsme komunikovali s místní UPS, aby nám v předem určeném čase přistavila exponáty na dané místo,“ říká Tomáš Wencel.

Text: Luděk Svoboda, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Petr Borovský, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, Czexpo.com

 Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• Oldřich Tůma: Etický kodex AV ČR reaguje na aktuální výzvy a proměny světa
• Akademický sněm AV ČR zvolil Radomíra Pánka kandidátem na předsedu instituce
• Hodnocením projektů GA ČR získáte větší rozhled v oboru, shodují se panelisté
• Léčivá krása: vítězný snímek Vědy fotogenické zachycuje lék proti rakovině
• Čtyři projekty z AV ČR získaly ERC grant, každý obdrží dva miliony eur
• Akademie věd: Látky uvolňované z ohňostrojů jsou vysoce toxické a karcinogenní
• Akademie věd chce podpořit uplatnění výsledků založením akciové společnosti
• Josef Bryja z Ústavu biologie obratlovců získal ocenění Kraje Vysočina
• Vidět dál než jiní. AV ČR ocenila osobnosti, které přispívají k prestiži vědy
• Tomáš Jungwirth z Fyzikálního ústavu převzal Národní cenu vlády Česká hlava