Doktorand Jiří Lindovský: Baví mě řešit výzvy při převádění experimentů z laboratoře do praxe
Jak laboratorní experimenty přetvořit v technologii, která funguje v reálném provozu? A jaké to je představit svůj výzkum tisícům odborníků na mezinárodní konferenci? Doktorand Jiří Lindovský z Ústavu chemie a technologie ochrany životního prostředí FCH VUT pracuje na separaci amoniaku z hnojiv bioplynových stanic a aplikuje své poznatky přímo v praxi.
K doktorátu jsem se dostal hlavně díky skvělému týmu, ve kterém pracuji a který mě podpořil. Také tomu pomohl projekt v rámci diplomové práce, který pokračoval dál po skončení mého studia, takže jsem mohl plynule navázat.
V něm se věnujeme odstraňování amoniaku z fugátu bioplynových stanic a celkově odpadních vod. Zaměřujeme se zejména na hnojiva, protože mají velkou koncentraci amoniaku. V tom spočívá hlavní přínos našeho současného výzkumu – snažíme se snížit obsah amoniaku a minimalizovat negativní dopady na životní prostředí.
Moje školitelka paní docentka Komendová je odbornicí na chemickou analýzu, která je pro naše procesy velmi důležitá. Dává mi vedení, které potřebuji, protože se někdy cítím ztracený. Vždy, když přijdu na konzultaci, mi dodá novou energii.
Co vás přivedlo k oblasti, ve které dnes bádáte?
Odmala jsem zaměřený spíš na manuální práci. Baví mě, když si mohu na něco sáhnout. Během studia jsem se hledal – začínal jsem na medicínských aplikacích, protože jsem myslel, že moje budoucnost je v léčivech, ale nakonec jsem zjistil, že to pro mě není. Ve třeťáku jsem měl cvičení z chemického inženýrství s doktorem Bulejkem. Ukazoval nám příklady projektů, které řešili, a to mě velmi zaujalo, protože jsem viděl přímé propojení s praxí, což mi jiný předmět v té době nenabídnul.
Domluvil jsem se, že se zajdu podívat na strojárnu, a tam jsem se dostal do týmu profesora Svěráka a doktora Kalivody. Při svém doktorátu úzce spolupracuji právě se strojárnou a firmou MVB Opava se kterými řeším návrh a konstrukci zařízení. Na Fakultě chemické se poté zaměřujeme na chemickou stránku procesu.
Proč je důležité řešit separaci amoniaku z odpadních vod? 
Velká koncentrace amoniaku se při hnojení může dostat do podzemních vod. Největší problém je pro vodní organismy – ryby, bezobratlé živočichy. Narušuje jim dýchání žábry apod. Co se týče lidí, tam není amoniak nijak ošetřen, WHO doporučuje limity, které by měla pitná a užitková voda splňovat. Ve větším množství je amoniak toxický, ale pevný limit není legislativně daný.
Jak fungují membránové procesy, které ve svém výzkumu využíváte?
Používáme membránová dutá vlákna ve svazcích po 1380 vláknech. Mají póry velikosti průměru lidského vlasu, takže jsou pouhým okem neviditelné, ale separují plyn od kapaliny. V hnojivu je amoniak rozpuštěný a plynný. Snažíme se rozpuštěný amoniak dostat do plynné formy – parciální tlak ho nutí odcházet z kapaliny, projít póry membrány, a pak se absorbuje do další kapaliny. Je to proces přestupu hmoty na rozhraní kapalina–plyn.
S jakými výzvami se při vývoji membránových procesů setkáváte?
Membránové procesy jsou vyvinuté, ale největší výzvou je dostat je do provozu. Spolupracujeme s firmou agriKomp Bohemia provozující bioplynové stanice a již zmíněnou společností MVB Opava, se kterou realizuji konstrukci zařízení podle mého návrhu.
Jak se liší váš přístup od jiných metod pro čištění odpadních vod?
V článcích a publikacích není popsáno, že by se tato metoda používala v provozu. Většinou se zkouší experimenty v laboratoři, kde fungují dobře, ale při převedení do reality se vyskytnou problémy. Takže to řešíme my a děláme to jako jedni z mála. Tahle problematika je aktuální zejména v Evropě, protože bioplynky jsou rozšířené hlavně tady.
Co vás na tomto tématu nejvíc fascinuje?
Spojení teorie a praxe. Mohu si teoreticky spočítat efektivitu, navrhnout proces, provést experiment a sledovat, zda se teorie potká s realitou. Někdy se to přesně podaří, jindy se tomu jen přiblížíme (smích). V laboratoři experimentujeme s malými objemy a za řízených podmínek, ale na lokalitě proces zvětšíme a aplikujeme v plném provozu. Tam se projeví faktory, které v laboratoři snadno ovlivníte, ale v reálném prostředí ne – a právě řešení těchto problémů mě fascinuje.
Důležitý je celý tým. Spolupracujeme na výzkumu od A do Z, není to tak, že bych se věnoval jedné specifické věci. Někdy mi poradí členové rodiny, co nejsou chemici, ale mají potřebný odstup. Hodně času trávím s bratrancem, který je hodinář. Když jsem doma v Ostravě, sedíme u kávy a po třetí kávě se rozpoutají diskuze – jsme jako kofeinové veverky (smích). Bratranec má cit pro manuální práci a věnuje se povrchovým úpravám, hlavně pokovování. Na fakultě jsme řešili problém s porézními vlákny fungujícími jako membrány, ale také vlákna, která mají fungovat jako tepelné výměníky. Problém byl, že přes polymerní strukturu proniká vodní pára, což je nepřípustné. Bratranec navrhl: „Co kdybyste zkusili povrch vláken upravit, třeba pokovit? Zachovaly by si vodivé vlastnosti, ale póry by se zakryly kovovým povlakem.“
Nedávno jste byl na mezinárodní konferenci – o co šlo a jaká byla hlavní témata?
Šlo o 12. World Congress of Chemical Engineering, což je největší světová chemicko-inženýrská akce. Konala se v Pekingu a odhadem na ní bylo 10 tisíc lidí. Zabývá se vším možným, někdy i tím, co bych nečekal. Probírá se například výuka chemie na středních a vysokých školách, a samozřejmě různé chemické disciplíny, jako jsou separační procesy nebo biotechnologie. Převážně se konference týkala využití chemie v medicíně, ale řešily se i otázky globálního oteplování, environmentální ochrany, uhlíkové neutrality apod. To jsou témata, která mě zajímají, takže jsem se snažil odnést si maximum.
Prezentoval jste svůj výzkum?
Ano, měl jsem prezentaci a vyprávěl posluchačům, co na fakultě děláme. Konference byla rozdělena do několika sekcí a já byl v té, která se věnovala čištění vody a procesům aplikovatelným pro životní prostředí, především membránovým.
I u mé prezentace měli spoustu dotazů a brali to opravdu vážně. Ptali se hlavně na membrány, protože se soustředí spíš na vývoj materiálů a samotných membrán. My máme konkrétní aplikaci, takže jsem jim vysvětlil, že pro nás není klíčové, z čeho je membrána vyrobena – polyethylen, polypropylen nebo teflon – rozdíly v účinnosti separace jsou minimální.
Co vám účast na konferenci dala – odborně i lidsky?
Měl jsem možnost pobavit se s lidmi, kteří jsou mnohem větší odborníci než já. Vždy od nich dostanu rady, které využiji v profesním životě. Kromě toho tam byly plenární přednášky, kde vystupovali opravdu zajímaví lidé ze známých asijských firem jako Mitsubishi, Huawei nebo Sinopec, které mají také svá chemická oddělení.
Zaujal mě například průzkum, že na každého člověka na světě připadá půl auta, do roku 2050 to bude jedno auto. Jedna přednáška kombinovala zpracování dat a umělou inteligenci – student z Austrálie vyvíjel kamerový systém, který dokáže rozlišit mušle na dně oceánu podle velikosti a tvaru a odlišit je od kamenů a jiných předmětů. To bylo fascinující a ukazuje to, jak se technologie z jiných oborů dají využít i v přírodních vědách.
Navázal jsem zde kontakty a přátelství s lidmi z mnoha různých zemí, se kterými jsme diskutovali hlavně vědecká témata. Bylo zajímavé zjistit, jak se tam věci řeší. Co se týče mého tématu, v Asii se jím skoro nikdo nezabývá – emise amoniaku pro ně nejsou problém, řeší moderní technologie.
Kde by se výsledky vašeho výzkumu mohly uplatnit? 
Výsledky se uplatní primárně v zemědělství při hnojení bioplynovými hnojivy. Funguje to tak, že na bioplynové stanici mají organickou vsádku nebo jiný substrát, ze kterého metanogenezí vzniká plyn. Ten pohání kogenerační jednotky a vyrábí elektrickou energii. Organický zbytek, ze kterého vznikl metan, a který je omezeně použitelný, putuje do skladovací nádrže. Traktory si ho odtud načerpají a vyváží na pole.
Problém je, že toto hnojivo má vysoký obsah amoniaku – až 7 gramů na litr. To je množství, které dnes již často ohrožuje kvalitu spodních vod, kde amoniak nesmí být obsažen vůbec. Při vysoké koncentraci se mohou přemnožit nitrifikační bakterie, což může vést k eutrofizaci půdy. Výzkum je aplikovatelný i pro další environmentální technologie, například při separaci CO₂.
Na čem aktuálně pracujete a jaké jsou vaše plány do budoucna?
Teď pracuji na vývoji nemembránové separace, konkrétně na desorpci amoniaku pomocí zvýšené teploty. Snažíme se převést plynný amoniak do formy využitelného produktu. Plynný amoniak probubláváme kapalinou, kde reaguje a vzniká málo rozpustná amonná sůl, nazývaná struvit. Jde o postupně uvolňované hnojivo. Vezmeme amoniak a převedeme ho do látky s definovaným obsahem amoniaku, jehož dávkování lze kontrolovat.
Plán do budoucna je, že odjíždím na stáž do Japonska, kde se budu věnovat práci s vlákny. Kolegům v Brně ale budu pomáhat na dálku, jak jen to půjde. Po dokončení doktorátu chci nabrat zkušenosti mimo akademickou sféru. Když pracuji přímo v reálném provozu, vidím, jaké zkušenosti z firemního chodu postrádám.
Co byste vzkázal studentům, kteří přemýšlejí o kariéře v udržitelné chemii?
Není to pro všechny, ale chtěl bych říct – během celého studia jsem se setkával s tím, že mnoho lidí nebere, že i špatné výsledky jsou výsledky. Jednou jsem byl na konferenci, kde přednášel člověk z jedné české firmy, která vyrábí membrány. Měl prezentaci, kde nastavil cíle, a na závěr se k nim vrátil: první cíl – nepovedlo se, druhý cíl – nepovedlo se, třetí cíl – nepovedlo se, čtvrtý cíl – nepovedlo se. A to byl konec prezentace (smích). Na první pohled se zdálo, že ničeho nedosáhl, ale i to je výsledek – zjistil, že tímto směrem to nepůjde. Když tohle víme, můžeme se vydat jiným směrem, který třeba bude fungovat. Navíc pomůžeme dalším, kteří v této oblasti bádají, že budou vědět, co nemají zkoušet.
Něco na závěr?
Na závěr bych chtěl všechny kolegy a kolegyně pozvat na 13. ročník World Congress of Chemical Engineering, který se bude konat v roce 2029 v Praze. Předsedou konference bude pan profesor Juraj Kosek z VŠCHT Praha a velkým tématem, kromě chemie a chemického inženýrství, budou biotechnologie. Profesor Kosek by byl rád, kdybychom se na organizaci podíleli a samozřejmě se také zúčastnili. Tato konference je navíc skvělou příležitostí ke zviditelnění jak brněnské fakulty, tak i celého kolektivu, který se v této významné oblasti osobně angažuje.
Děkujeme za rozhovor a přejeme hodně dalších úspěchů!
-jo-
| Publikováno | |
|---|---|
| Odkaz | https://www.fch.vut.cz/f96620/d303536 |