Univerzitní centrum energeticky efektivních budov (UCEEB) je novým ústavem ČVUT v Praze sdružující špičkové akademiky ze čtyř fakult – stavební, strojní, elektrotechnické a biomedicínského inženýrství. UCEEB má také svůj vědecký tým zabývající se nanotechnologiemi v rámci programu Kvalita vnitřního prostředí. Tým pracuje ve složení Mgr. Andrea Míčková, Mgr. Michala Rampichová, Ph.D., Mgr. Matej Buzgo a Miroslav Doupník pod vedením prof. RNDr. Evžena Amlera, CSc. O využití nanotechnologií v oblasti stavebnictví hovořil za celý vědecký tým Matej Buzgo.
Váš tým se v rámci UCEEB zabývá nanovlákennými vrstvami s tepelně- -akustickými izolačními vlastnostmi a pokročilými nátěrovými hmotami. Můžete tyto oblasti vašeho zájmu přiblížit? Věnujeme se tvorbě nanovlákenných nosičů a systémů řízeného uvolňování aktivních látek pro různé aplikace. Naše zkušenosti vycházejí zejména z tvorby medicínských nosičů, kterým se věnujeme přibližně 10 let. V posledních letech jsme rozšířili aplikaci našich systémů i pro oblasti stavební, technické a kriminalistické. Hlavní metody využívané k tvorbě řešení pro danou aplikaci jsou elektrostatické zvlákňování a silové zvlákňování, disponujeme však i kapacitami pro tvorbu tenkých polymerních fi lmů. V neposlední řadě je naše pracoviště vybavené i vyspělou charakterizační technikou. Jaký cíl má váš výzkum, můžete nastínit, jaké očekáváte výsledky? V oblasti tepelně-akustických izolačních vrstev se zabýváme tvorbou systémů založených na nanovláknech. Nanovlákna jsou formována do podoby netkané textilie tvořené náhodně uspořádanými polymerními vlákny s extrémně nízkým průměrem a vysokou porozitou (typicky až 90 %). Díky tomu dochází k efektivnímu zachycení statické vrstvy vzduchu uzavřené v mezivlákenných prostorech. Polymerní vrstva současně snižuje vedení tepla. Jak bylo ukázáno, tyto vrstvy mají i při malé tloušťce výborné akustické a tepelně izolační vlastnosti. Pro tvorbu nosičů plánujeme z ekologických důvodů využívat dostupných druhotných surovin a vytvářet tak produkty s přidanou hodnotou. V oblasti pokročilých nátěrových hmot se specializujeme na tvorbu tenkých vrstev polymerů s antibakteriálními a antifugicidními vlastnostmi. Cílem je vytvoření pokročilé technologie zamezující růstu bakterií a plísní v klimatizačních jednotkách a zvyšující kvalitu vzduchu ve vnitřním prostředí. V této oblasti klademe důraz na efektivitu antimikrobiálních nátěrů při zaručení bezpečnosti a zdraví uživatelů a nízké ekotoxikologické zátěže. Kde všude se výsledky vaší práce budou moci využít? Vzhledem k univerzálnosti technologie elektrostatického a centrifugačního zvlákňování lze produkované technologie využít v širokém spektru oborů. Cílem naší skupiny je tvorba modulárních systémů umožňujících splnění nároků na mechanickou, tepelnou a chemickou stabilitu v kombinaci s dodáváním funkčních aditiv podle požadavků konkrétní aplikace. V případě tepelně-akustických vrstev je hlavní uplatnění v místech, kde je nutná redukce tloušťky izolací. Typicky se jedná o automobilový průmysl, stavební aplikace v interiérech a technické aplikace u zařízení, kde je v izolačním procesu důležitá malá tloušťka vrstvy. U tenkých fi lmů očekáváme aplikace zejména v klimatizačních jednotkách a potrubních rozvodech vzduchu. Proč jste se zaměřili zrovna na nanotechnologie? Příklon naší vědecké skupiny k nanotechnologiím a technologiím produkce pokročilých materiálů plyne zejména ze zvýšení užitné hodnoty produkovaných řešení. Primárně se zaměřujeme na medicínskou oblast, kde nosiče umožňují rychlejší, efektivnější a levnější léčbu pacientů s různými onemocněními. Vzhledem k univerzálnosti metody a unikátním vlastnostem nanovlákenných textilií se před námi odkrývaly i nemedicínské aplikace našich systémů. Z tohoto pohledu je pro nás multidisciplinární prostředí na UCEEB značnou výzvou a možností, jak přenést nesporné výhody našich systémů i do prostředí technických a stavebních aplikací. Jaká je podle vás budoucnost nanotechnologie z pohledu vnitřního komfortu inteligentních staveb a v čem vidíte její výhody proti konvenčním technologiím? Pokročilé materiály vytvořené s využitím nanotechnologií mohou změnit vnitřní prostor v mnoha ohledech. K současným trendům v oblasti kvality vnitřního prostředí patří zejména hospodaření s teplem, světlem a snížení patogenů a odpadních látek. Příkladem mohou být i inteligentní nátěry. Jejich aplikace limituje růst bakterií, plísní a hub, a tím snižuje rizika nemocí s nimi spojených. Efektivní izolace sníží spotřebu energie na vytápění prostor a zlepší jejich energetickou bilanci. Pokročilé fi ltry umožní záchyt patogenů a emisí ze vzduchu a přispějí tak ke zvýšení kvality vzduchu ve vnitřním prostředí. V neposlední řadě vidíme značný aplikační potenciál u systémů řízeného dodávání látek k dosažení dlouhodobé a optimální koncentrace aktivních látek ve stavebních materiálech, ale i v medicínských a potravinářských aplikacích. Obecně řečeno, pokročilé materiály jsou nesmírně nadějné, cesta k jejich aplikaci a plné funkčnosti však stále vyžaduje spoustu práce a inovací. Z tohoto pohledu věříme, že UCEEB je tou správnou platformou pro urychlení tohoto procesu. Trendem jsou dnes nanosítě používané k fi ltraci vzduchu, kapalin nebo jako antibakteriální fi ltry. Jsou nějaká zdravotní rizika, která s sebou nanotechnologie nese, například v klimatizaci? Rizika spojená s využitím nanotechnologií jsou značně probíranými tématy. Se zmenšující se velikostí částic samozřejmě hrozí jejich zachycení v organismu, kumulace v tkáních nebo životním prostředí. Obecně platí, že částice menší než 50 nm dokážou bez větších problémů procházet stěnami našich buněk. V tomto ohledu je důležité rozlišovat rizika jednotlivých materiálů. V případě, že je materiál degradabilní a netoxický, není pravděpodobný toxický efekt ani při vysoké expozici nanomateriálů. Na druhé straně masivní používání zejména nedegradabilních a anorganických nanočástic může být rizikové a mělo by být prováděno s rozvahou a v co nejnižších koncentracích. Pro efektivní a bezpečné využití nanočástic je proto výhodné aplikovat strategie, při nichž je uvolnění nanočástic do prostředí regulováno podle jejich potřebnosti. Příkladem je provázání uvolnění nanočástic stříbra s přítomností nežádoucích bakterií. Pro posouzení rizikovosti je nutné vzít v úvahu i další vlastnosti nosiče, jako jsou například jeho rozměry. Polymerní nanovlákna mají průměr v řádu nanometrů, avšak jejich délka bývá v centimetrech. K žádnému riziku tak nedochází. Náš výzkum na UCEEB se tedy zaměřuje na tvorbu bezpečných nanotechnologických systémů. Očekáváte v nejbližší době v oblasti vnitřního komfortu výraznější příklon k nanotechnologii? Předpokládáme spíše neustálé zvyšování podílu pokročilých technologií v konkrétní aplikaci než skokové zavedení aplikace pokročilých materiálů. Podle našeho názoru se ve vysoce konkurenčním prostředí prosadí pouze ty materiály, které z pohledu funkce přinášejí skutečnou přidanou hodnotu pro zákazníka, a tím vyváží jejich vyšší cenu. Trh s nanotechnologickými produkty neustále roste a vlastnosti materiálů se neustále zlepšují. Proto si myslíme, že investice do systematického výzkumu v této oblasti přinese své benefi ty a posléze i úspěch vyprodukované technologie na globálním trhu. Není nanotechnologie pro zdejší investory stále ještě příliš drahou sci-fi ? Nanotechnologické produkty jsou podobně jako jakákoliv jiná nová technologie rizikovou investicí. Z tohoto důvodu je nutné správné zhodnocení projektů a scénářů pro jejich uvedení na trh. Vzhledem k šíři tématu nanotechnologií závisí nákladnost a rizikovost projektů na konkrétním případu. Obecně však platí, že vzhledem ke značně odlišným vlastnostem materiálů a jejich malým rozměrům je primární výzkum v této oblasti značně nákladný z pohledu komplexní charakterizace materiálů. Z tohoto pohledu hodnotíme nesmírně pozitivně spojení akademické sféry a základního výzkumu s komerčními podniky. Filozofií UCEEB je komplexní servis pro průmyslové zákazníky, kde jsou naše řešení upravena pro konkrétní aplikaci zákazníka. Detailní projektová příprava umožní odkrytí aspektů vědecko-technického provedení akademického pracoviště a obchodních nuancí průmyslového partnera. Při fungování takového partnerství není v současné době využití nanotechnologií rizikové ani pro menší společnosti. UCEEB chce svůj výzkum uvádět do praxe, rýsuje se již spolupráce s komerčními subjekty? Vzhledem k naší specializaci se intenzivně rýsuje spolupráce zejména v oblasti medicínských aplikací. V oblasti stavebních a technických aplikací hledáme v současné době partnery pro výzkum v dané oblasti. V případě tepelně-akusticky izolačních vrstev spolupracujeme se společností, která umožňuje dostatečnou výrobu nanovláken pro izolační účely. Projekt je v současné době v první fázi a konkrétní forma kompozitní izolace je předmětem výzkumu. V oblasti nátěrových hmot probíhá testování zařízení pro nános tenkých vrstev a testy jejich užitných vlastností. Partner projektu je připraven výsledek v krátké době komercionalizovat a uvést na trh.