Tým vědců, kteří vyvinuli unikátní biočip na rychlou a spolehlivou detekci covidu-19. Klimatolog oceněný za komunikaci změny klimatu. Fyzici hledající účinné využití sluneční energie. Starosta, který nastartoval zelenou přeměnu svého města. Vybrali jsme alespoň některé z Čechů roku 2021, na něž můžeme být skutečně hrdí.

Profesor Miroslav Trnka

„Česko strávilo spoustu času tím, že se popíraly zjevné věci a investovalo se spoustu peněz a energie do prokazování zjevného. Jako vědci jsme strávili deset až patnáct let tím, že jsme přesvědčovali ty, které bylo potřeba přesvědčit, o měnícím se klimatu, místo abychom vymýšleli adaptační opatření, jako se to dělo v Dánsku či Nizozemí. Vědcům to bylo jasné, ale pokud společnost nepřijme, že změna klimatu je problém, tak nebude investovat do řešení, která pomáhají,“ řekl v jednom z rozhovorů klimatolog Miroslav Trnka, který převzal Cenu za komunikaci změny klimatu za rok 2021.

„Pomyslný vlak nám pořád ujíždí, místo abychom byli o krok napřed. Neustále si necháváme dokazovat přírodou, že naše chování volá po změně, ale povětšinou jen reagujeme a nepředvídáme,“ dodal Trnka, který působí také v Ústavu agrosystémů a bioklimatologie Mendelovy univerzity v Brně.

Trnka se dlouhodobě věnuje výzkumu meteorologického a zemědělského sucha a dalších dopadů změny klimatu. Vede výzkumné týmy provozující portály intersucho.cz, klimatickazmena.cz, firerisk.cz a nejnověji také agrorisk.cz. „Jeho zasvěcené komentáře umožňují čtenářům a posluchačům pochopit, že se globální změna týká každého z nás,“ píše se ve zdůvodnění udělení Ceny.

Cenu zastřešují Informační centrum OSN v Praze a Učená společnost České republiky. „Klimatická krize je ještě komplexnější než současná koronavirová pandemie. Všichni víme, že se s klimatickým systémem něco významného děje, ale jen málokdo si uvědomuje, jak hlubokou transformací musíme projít. Touto cenou chceme přispět k rozvoji kritické klimatické diskuse o nástrahách a konkrétních řešeních,“ řekl vedoucí pražského centra OSN Michal Broža.

prof. Mgr. Ing. Miroslav Trnka, Ph.D.
FOTO: Akademie věd ČR

Předpověď sucha pro celý svět

Profesor Trnka je rovněž součástí vědeckého týmu, který od konce roku 2021 monitoruje a předpovídá sucho pro téměř celou planetu. Jde o experty z Ústavu výzkumu globální změny Akademie věd ČR (CzechGlobe), kteří provozují už zmiňované webové stránky intersucho.cz, a programátoři platformy Windy.com.

Díky jejich spolupráci vznikl nástroj, který umožňuje v reálném čase sledovat intenzitu sucha a předpovědět vývoj pro nejbližších 10 dní. To doposud žádný globálně dostupný nekomerční nástroj neumožňoval. Platforma Windy.com je také orientována na uživatele mobilních telefonů. Díky tomu se tato nová předpověď sucha rázem stává dostupnou pro všechny majitele chytrých telefonů.

„Když nás kolegové z Windy.com oslovili, nejprve jsme si říkali, že to je nesplnitelný úkol, vhodný spíše pro nějaké globální centrum. Za hodinu už jsme analyzovali naše možnosti a ověřili si, že to spočítat dokážeme. A došlo nám, že pokud se takový systém podaří postavit, dostojí Intersucho svému názvu, což nás pro tu myšlenku všechny nadchlo. Současně nás lákalo spojit síly s českou firmou, jejíž předpovědní aplikaci používají miliony uživatelů po celém světě,“ uvedl Miroslav Trnka, vedoucí týmu Intersucho i tohoto projektu.

Ředitel Windy.com Tomáš Zámečník připomněl, že počasí je součástí života každého z nás. „Proto je naším cílem umožnit uživatelům analyzovat počasí v jednoduché a intuitivní formě spolu s interaktivní vizualizací v následujících dnech a týdnech. Neustále se snažíme vyhledávat kvalitní zdroje dat, které by pro uživatele z řad profesionálů či běžných uživatelů měly přidanou hodnotu. Věříme, že prostřednictvím naší spolupráce s Intersuchem nabídneme zásadní data, na základě nichž uživatelé získají lepší orientaci o stavu sucha kdekoli na zemi a budou se moci připravit na jeho dopady,“ řekl Zámečník.

Povinné zelené střechy

Tým programu Občanské oko organizace Nesehnutí zveřejnil na webu Moudrá města několik příběhů měst, která ukazují, jak se dá reagovat na klimatickou změnu, a která jsou hodná následování. Mezi nimi jsou rovněž středočeské Říčany, které zcela změnily pohled na územní plánování, aby se mohly lépe připravit na globální oteplování. „Začal se rodit nápad využít územního plánu k reakci na klimatickou změnu a na adaptaci na ni,“ uvedl někdejší říčanský starosta Vladimír Kořen. „Uvědomili jsme si, že územní plán je skvělý nástroj, který může být zásadní při řešení otázek klimatické změny a který může město pozitivně proměnit.“

Tamní radnice se rozhodla transformovat Říčany směrem k udržitelnému městu a být tahounem různých změn. „Během několika let jsme vypověděli zemědělcům smlouvy na pozemky, které byly v majetku města. Ve spolupráci s Agenturou ochrany přírody a krajiny ČR jsme začali vysazovat remízky, veřejné sady podél cyklostezky i vysazovat zeleň jako izolaci hluku. V té krajině je to vidět – v remízcích jsou už chřástalové,“ citoval web Moudrá města exstarostu a současného zastupitele Vladimíra Kořena.

„U veřejných staveb jsme nastavili podmínky tak, že tam jsou zelené prvky nutné. Na budově zdejší školky Větrník tak nechybí zelená střecha či stěny. Zelenou střechu najdete i na novém stacionáři Olga nebo na třech budovách jedné z místních základních škol. Zelenou energii dodávají panely na střeše úřadu a v přípravě je projekt solární elektrárny na střeše další ze základních škol,“ sdělil Kořen. Město šlo ale dál a na konci roku 2020 prostřednictvím změny územního plánu zavedlo povinné zelené střechy pro všechny nové stavby nad tři sta metrů čtverečních.

Dalším pozitivním příkladem, na který upozornil program Občanské oko, je rekonstrukce městského úřadu Prahy 14. „Primárně jsme chtěli modernizací snížit náklady na provoz budovy a dopady na životní prostředí. Dalším neméně důležitým cílem bylo nabídnout zaměstnancům i návštěvníkům úřadu příjemnější prostředí,“ konstatovala místostarostka Irena Kolmanová. Budova městského úřadu po rekonstrukci ušetří 48 procent energie, díky čemuž se významně snižuje množství vypuštěných emisí.

Vladimír Kořen
FOTO: Vladimír Kořen

Solární nanopece

Vysoká účinnost přeměny sluneční energie až 68 procent a přitom nízké výrobní náklady i energetické nároky – to jsou klíčové vlastnosti solárních nanopecí, které lze využít nejen v oblasti obnovitelné elektřiny a pokročilých materiálů pro solární energetiku.

Ultramalé a vysoce účinné solární pece vyvinul mezinárodní tým vědců pod vedením výzkumníků z Českého institutu výzkumu a pokročilých technologií (CATRIN) na Univerzitě Palackého v Olomouci ve spolupráci s americkými, německými a italskými kolegy. Výsledky unikátní technologie, kterou autorský tým chrání mezinárodní patentovou přihláškou, publikovaly odborné časopisy Nano Letters a Nano Energy.

Nanopece o průměru několika desítek nanometrů lze vyrobit ve formě tenkých filmů či panelů a přeměnou sluneční energie v nich dosáhnout teploty až 600 stupňů Celsia. Výzkumníci využili schopnosti některých kovových nanočástic vytvářet velké množství tepelné energie po ozáření světlem vhodné vlnové délky. Pionýrské práce v oblasti takzvané termoplasmoniky začaly teprve na začátku tohoto milénia a souvisejí především s využitím specifických optických vlastností nanočástic zlata.

„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,“ uvedl hlavní autor projektu Alberto Naldoni z CATRIN. Dodal, že technologie umožňuje rychlý převod do průmyslového měřítka a výrobu filmů či panelů osazených miliardami hustě uspořádaných nanopecí.

Biočip na detekci covidu-19

Tým vědců pod vedením Hany Lísalové z Fyzikálního ústavu Akademie věd vyvinul biočip, který rychle a spolehlivě detekuje koronavirus způsobující nemoc covid-19. Biočip je rychlý jako antigenní test a zároveň spolehlivý jako metoda PCR. Badatelé dosáhli v roce 2021 nejdůležitějšího milníku při vývoji unikátního systému: výzkum biosenzorů, na nichž je systém založen, potvrdil jejich citlivost a spolehlivost a otevřel nové možnosti pro další vývoj v této oblasti.

Na výzkumu metody spolupracovali fyzikové s týmy Biologického centra Akademie věd ČR a Jihočeské univerzity v Českých Budějovicích. Výsledky publikoval prestižní časopis ACS Applied Materials and Interfaces. Jako klíčová se ukázala spolupráce s dalšími vědeckými pracovišti v Česku i v zahraničí. „Zejména spolupráce s týmem An-Suei Yanga z tchajwanské Academia Sinica, který vyvinul a poskytl nám protilátku,“ uvedla Hana Lísalová.

Hana Lísalová, Univerzita Palackého
FOTO: Fyzikální ústav

Výsledkům současného výzkumu předcházela podle ní mnohaletá práce na vývoji biočipů určených pro detekci jiných patogenů, jako je například původce žloutenky nebo E. coli. „Po vypuknutí pandemie covidu-19 nás napadlo využít ji také pro detekci viru SARS-CoV-2,“ řekla Lísalová. Základní výzkum se podařilo dotáhnout do konce a prokázat funkčnost a spolehlivost vyvinutého řešení.

Průlomová technologie kombinuje fyzikální, chemické a biologické principy. Systém funguje na bázi funkčního biočipu, na kterém je nanesena tenká vrstvička polymeru. Na něj jsou poté navázány protilátky, které specificky zachytávají virus SARS-CoV-2. Díky této speciální, takzvané antifoulingové úpravě se na biočipu ostatní částice nezachytí a jsou odplaveny pryč.

Účinnější fotovoltaika

Jiný tým expertů z Fyzikálního ústavu Akademie věd hledá také nové způsoby, jak efektivně využít sluneční energii. Vedle pátrání po technologiích, jak energii co nejlépe ukládat, vědci neustále zdokonalují samotné solární panely, aby byly schopné co nejúčinnější přeměny. Matadorem mezi materiály ve fotovoltaice je křemík. Jeho různé podoby – od monokrystalických přes multikrystalické po tenkovrstvé – se postupně testují už od sedmdesátých let. Startovaly zhruba na 13procentní účinnosti a během čtyř dekád se dostaly na své současné maximum – hodnoty okolo 26 procent.

Fyzikální ústav se podílel i na snaze o nejvyšší účinnost tenkovrstvého křemíku. „Tento směr ovšem skončil ve slepé uličce. Maximum se ustálilo na hodnotě něco málo přes 14 procent, což nemůže konkurovat deskovým článkům, které běžně mají přes 20. Sice to je technologie, která dobře funguje, ale ekonomicky neobstojí,“ uvedl pro akademický časopis Věda a výzkum Antonín Fejfar, vedoucí oddělení tenkých vrstev a nanostruktur Fyzikálního ústavu.

„Dnes jsme se totiž dostali do fáze, kdy sama fotovoltaická deska je levnější než všechny podpůrné systémy okolo jako upevňovací zařízení na střechu, invertory a podobně. S menší účinností logicky potřebujete větší plochu, a tím vzrůstají náklady,“ vysvětlil Martin Ledinský, který ve Fyzikálním ústavu AV ČR vede skupinu tenkých vrstev pro fotovoltaické aplikace.

Výzkumník Martin Ledinský
FOTO: Martin Ledinský

Daleko významnější úspěch s dosahem až do průmyslu si čeští fyzikové připsali spolu s evropským projektem NextBase. Mezinárodní tým zdokonalil křemíkové články natolik, že se směle mohou měřit s těmi nejlepšími, většinou jihoasijské výroby, a to i z ekonomického hlediska. Z projektu dokonce vzešla nedávno obnovená výroba v německých továrnách. Evropa by tak mohla alespoň zčásti konkurovat Asii.

Český vklad do projektu NextBase byl významný. Pražští vědci dodali ucelenou metodiku kontrolní optické profilometrie, jež využívá prvků zmíněného tenkovrstvého křemíku. „Zkoumali jsme ho dvacet let, a ani když se neosvědčil jako samostatný článek, jsme ho nezatratili. Ukázalo se, že kombinace křemíkových článků deskových s tenkými křemíkovými vrstvami je směr, který bude udávat trend,“ řekl Martin Ledinský, autor patentem chráněné myšlenky.

Tím to ale nekončí. „Musíme jít dál a hledat nová vylepšení. Vzhledem k brzkému vyčerpání potenciálu zlepšování křemíkových článků budou dalším krokem kombinace s jinými materiály,“ dodal Antonín Fejfar.

Autor: Pavel Baroch

Foto: Mendelova univerzita (Miroslav Trnka - titulní foto