žIvoT v bUDÚCnoSTIUdržateľné technológie, ktoré môžuzachrániť našu budúcnosť

vzdelávacia sada | chemgeneration.com

2

Úvod

vážení čitatelia,zrejme sa aj vy denne stretávate s pojmom trvalo udržateľného rozvoja, ktorý sa často spomína ako kľúč k nášmu prežitiu, k našej budúcnosti, kde budú najdôležitejšiu úlohu zohrávať budúce generácie. Avšak pojem dlhodobej udržateľnosti, ako aj kroky, ktoré v tomto smere môžeme podniknúť my i celý svet, je často nejasný aj nám, dospelým.

Cieľom vzdelávacích materiálov programu Chemge-neration, ktoré vydala spoločnosť BASF, je komplex-ne predstaviť metódy trvalo udržateľného rozvoja jazykom mladých ľudí, a to najmä z oblasti vedec-kých poznatkov, ktoré by mohli viesť k priaznivým zmenám v oblasti budúceho rozvoja miest, spotreby energie či nášho stravovania – jednoducho poveda-né, k zmenám nášho každodenného života. dnešní študenti sa v budúcnosti s týmto vývojom nepo-chybne stretnú, pretože bude už zrejme nevyhnutné používať elektrické vozidlá, žiť v pasívnych domoch, či využívať slnečnú a veternú energiu.

Sme presvedčení, že školy a učitelia môžu pre trvalo udržateľný rozvoj urobiť maximum, ak budú svojim študentom prezentovať dlhodobú udržateľnosť ako hodnotu a zvyšovať ich záujem o vedu, ktorá bude spolu s technologickými inováciami hrať rozhodujú-cu úlohu pri zachovaní životného prostredia a trvalo udržateľného rozvoja. veríme, že táto mladá gene-rácia sa s nadšením rozhodne pre vedeckú kariéru a bude mať motiváciu pracovať v prospech trvalo udržateľného rozvoja vo svojej profesii pomocou najnovších vedeckých nástrojov.

Želáme vám veľa úspechov v práci a veľa zapále-ných študentov so záujmom o vedu.

BASF zAvzdelávAnie A trvAlo udrŽAteľný rozvoj

detSké lABorAtórium kidS’ lAB SpoločnoSti BASF

Slogan spoločnosti BASF je: „tvoríme chémiu pre trvalo udržateľnú budúcnosť.“ čo to však znamená? znamená to, že naša spoločnosť, ako neoddeliteľná súčasť ľudskej spoločnosti, využíva a vyvíja inová-cie, pričom má neustále na pamäti zásady a kritériá trvalo udržateľného rozvoja. v priebehu 150-ročnej histórie našej spoločnosti sme uskutočnili množ-stvo technologických objavov podporujúcich trvalo udržateľný rozvoj, od inovačných materiálov uľah-čujúcich efektívnejšie využívanie „zelenej“ energie až po moderné a ekologické diely automobilov, ktoré šetria životné prostredie. Sme presvedčení, že pomocou moderných vedeckých metód môžeme urobiť pre trvalo udržateľný rozvoj veľmi veľa.

jedným z našich cieľov je popularizovať koncepciu dlhodobej udržateľnosti a vied, ktoré v nej hrajú významnú úlohu, a to najmä u mladej generácie, pretože kľúč k našej budúcnosti je v jej rukách. pre mladých ľudí sme vyvinuli viacero programov, v kto-rých môžu získať vlastnú skúsenosť vzrušujúceho sveta vedy, a popri tom sa dozvedieť aj niečo viac o význame chémie v trvalo udržateľnom rozvoji nášho sveta.

tento interaktívny vzdelávací program je špeciálne určený pre deti od šesť do 12 rokov. po-skytuje deťom možnosť objavovať svet chémie prostredníctvom jednoduchých a bezpečných chemických experimentov, ktoré môžu vzbudiť ich ďalší záujem o vedu, najmä o chémiu.

We create chemistry

3

vzdelávACie weBové Stránky CHemGenerAtion.Com

proGrAm CHemGenerAtion

príručkA trvAlo udrŽAteľnéHo rozvojA

Hlavným cieľom našich webových stránok, ktoré fungujú už štyri roky, je pritiahnuť záujem o vedu a predstaviť úlohu chémie v našom svete, ako aj jej dôležité úlohy týkajúce sa budúcnosti ľudstva a trvalo udržateľného rozvoja. Hlavnou kostrou jej náplne sú články o najvýznamnejších chemických objavoch, avšak rovnako možno na našich stránkach nájsť aj informácie o najnovších vedeckých objavoch a novinkách.

po úspechu webových stránok programu Chemgeneration pracujeme z roka na rok na vývoji programov, ktorých cieľom je podnecovať študentov stredných škôl vo veku 14 až 18 rokov k vedeckému spôsobu myslenia a konania. v roku 2012 sme im prostredníctvom online hry s názvom mesto budúcnosti predstavili vedecké technológie, ktoré sú nevyhnutnými zložkami trvalo udržateľného, moderného mesta. v roku 2013 sme ich pozvali na účasť vo vedeckej súťaži s názvom reťazová reakcia, ktorá vzbudila ich

záujem o fyziku a chémiu. Úlohou každého stredoškolského družstva bolo postaviť samočinný stroj založený na reťazovej reakcii, ktorý funguje na základe fyzikálnych a chemických reakcií.v akademickom roku 2014/2015 sme študentov opäť pozvali na vedeckú súťaž. Cieľom vedeckej súťaže Hrdinovia budúcnosti je nájsť budúcich mladých vynálezcov, ktorí dokážu tvorivým spôsobom aplikovať najnovšie vedecké objavy s cieľom priniesť riešenia šetrné k životnému prostrediu. družstvá zložené zo

študentov stredných škôl majú za úlohu uskutočniť vedecký výskum a vytvoriť inovačné, trvalo udržateľné riešenie, ktorým je možné vyriešiť problém v prostredí, kde žijú. týmto problémom môže byť čokoľvek, napríklad plytvanie energiou v škole či nadmerná produkcia odpadu – dôležité je, aby sa na riešenie problému použili vedecké metódy. najlepšie nápady môžu slúžiť ako dobrý príklad a taktiež môžu inšpirovať ostatných, aby sa usilovali o priaznivé zmeny a využívali trvalo udržateľné riešenia.

táto príručka predstavuje tri hlavné globálne trendy budúceho rozvoja a obsahuje deväť bohato ilustrovaných vedeckých článkov odkrývajúcich vzťah medzi trvalo udržateľným rozvojom a vedou na celosvetovej úrovni, ktorý najviac

ovplyvňuje náš svet, ako je oblasť využívania energie či vody. texty predstavujú študentom najnovšie výsledky vedeckého výskumu a technologických inovácií a poskytujú množstvo zaujímavých údajov, ktorých zámerom je vzbudiť záujem

študentov. vedecké články môžu tiež pomôcť učiteľom pri práci, pretože sa v nich môžu dočítať o najnovších vedeckých objavoch, o ktorých pravdepodobne ani nepočuli.

4

problémy prudkého rastu populácie a rozrastajúcich sa miest sú pre vedcov výzvou. Štruktúra miest sa mení a aj stavebné metódy sú čoraz ohľaduplnejšie voči životnému prostrediu. dôležité je tiež zachovať čistý vzduch a trvalo udržateľné hospodárenie s vodnými zdrojmi, na čo už prišlo niekoľko zaujímavých vedeckých odpovedí.

prečítajte si o najnovších ekomestách, fantastických stavebných technikách budúcnosti, biologickom čistení vody a možnostiach odsoľovania morskej vody. oboznámte sa s dôsledkami znečistenia ovzdušia a ako proti tomu môžeme bojovať pomocou najnovších vedeckých technológií.

5

Život v meStáCH

6

dopyt človeka po vode však neustále narastá. v súčasnosti je treba denne

zásobovať vodou

ktorí ju potrebujú na pitie, jedenie a umývanie. Avšak o niekoľko desiatok

rokov sa bude musieť už

podeliť o oveľa menšie množstvo vody.

Budúcnosť vody – ako môže vedauhasiť náš smäd?

ľudia a všetky živé bytosti potrebujú pre svoj život vodu. vzhľadom na rast svetovej populácie a klimatické zmeny sa vodné zdroje našej planéty neustále zmenšujú, zatiaľ čo ich zostávajúca časť je čoraz znečistenejšia. v tomto článku sa budeme zaoberať tým, ako veda prispieva k zachovaniu čistej vody.

Každá kvapka je vzácna

vodA e jednou z nAjBeŽnejŠie SA vySkytujÚCiCHlátok nA zemi.

je taká bežná, že pokrýva takmer tri štvrtiny planéty, až

71 %jej povrchu

?

oceány, moria, jazerá a rieky sú obrovskými vodnými

zdrojmi, no voda sa nachádza aj na severnom a južnom póle,

rovnako ako aj v horských ľadovcoch, kde je uväznená vo

forme ľadu.

S

J

=Ako je teda možné, že napriek

takým obrovským vodným zdrojom ľudia v mnohých častiach sveta

trpia nedostatkom vody

odpoveď je jednoduchá: len

nepatrnú časť, iba 2,5 % vodných zdrojov našej planéty, tvorí

sladká, teda pitná, voda. navyše väčšina sladkej vody je zamrznutá v ľadovcoch v trvalej vrstve snehu a ľadu, alebo ukrytá hlboko pod

zemským povrchom medzi skalami, kam je ťažký prístup.

7 miliárd ľudí,

10 miliárd ľudí

7

Bohaté, no vyprahnuté krajiny Blízkeho východu dovážajú pitnú vodu z oblasti

kanadských a sibírskych jazier, čo znamená, že táto voda prakticky obíde celý svet,

kým dorazí ku konečnému spotrebiteľovi. podobná situácia je v Amerike, kde

miliónové veľkomestá dovážajú vodu z oblastí vzdialených stovky kilometrov.

podnikatelia, ktorí vo veľkom skupujú vodné zdroje v rusku, kanade a na Aljaške, sú

novodobými milionármi.

na jednej strane je to dôsledok klimatických zmien, pretože

stúpajúce teploty na zemi majú za následok extrémne počasie,

častejšie suchá, ubúdajúce jazerá a suché povodia. na druhej strane

sa dramaticky zvyšuje spotreba vody zo strany ľudí, najmä vo veľkomestách. na mnohých

miestach spotreba vody stúpa rýchlejšie, než dokážu doplniť

dostupné zdroje. je zarážajúce, že ani napriek týmto hrozivým

faktom neklesá luxusná spotreba vody. napríklad na zavlažovanie

golfových ihrísk je denne potrebné rovnaké množstvo vody, aké by

spotrebovala polovica obyvateľov zeme za jeden deň.

najnovšie výskumy ukazujú, že v súčasnosti

trpí smädom1 miliarda ľudí

do roku

2050 bude voda na našej planéte

postačovať len prepolovicu ľudstva.

a

Ale prečo sa dostupné zdrojevody vyčerpávajú?

t. Boone pickens, najväčší majiteľ vody v Amerike, investoval

100 miliónov dolárovdo nákupu studní a vodných prameňov.

v budúcnosti plánuje predávať pitnú vodu štátu texas za

165 miliónov dolárov.

voda ako majetok

Celková vodná stopa (m3/rok/obyv.)

Spotreba vody sa meria pomocou

vodnej stopy. vodná stopa celoštátnej

spotreby sa defi nuje ako celkový objem

sladkej vody použitý pri výrobe tovarov, ktoré spotrebujú obyvatelia danej

krajiny.

8

TIP:Ako šetriť vodou:!

• Namiestokúpaniasasprchujte.Na niekoľkominútovú sprchu stačí polovičné množstvo vody než na napustenie vane.• Pričistenízubovzatvortekohútik,zabránite tak zbytočným stratám vody.• Napolievanieizbovýchrastlínnepoužívajte vodu z vodovodu, zbierajte radšej dažďovú vodu.• Vybavtesidomácnosťúspornousprchoua batériami šetriacimi prietok vody.• Vdomácnostisaväčšinavodyminiena splachovanie záchodov. používajte efektívne nádrže wC s viacstupňovým splachovaním.• Neumývajteriadpodtečúcouvodou,radšej ho namočte, zároveň ho tak ľahšie vyčistíte.

Biomimetika:napodobňovanie prírody

zvieratá žijúce v suchých oblastiach sa týmto podmienkam prispôsobili.

napríklad v Afrike žije unikátny druh hmyzu, ktorý využíva drobné

mikrovlákna na chrbte na odsávanie vody z rannej hmly a jej ukladanie do tela. toto inteligentné riešenie

inšpirovalo vedcov a tí už pracujú na vývoji samoplniacej fľaše na vodu.

Fľaša funguje na podobnom princípe: je pokrytá špeciálnym materiálom na

báze nanotechnológií, ktorý sústreďuje vlhkosť vzduchu do vnútra fľaše.

na každodenné spoľahlivé dodávky vody do našich vodovodov je potrebná zložitá sústava potrubí, kanálov a čerpacích staníc, ktoré sú pod správou verejných vodární. k čoraz akútnejšiemu dopytu po vode prispieva rastúci počet obyvateľov, ako aj narastajúce množstvo stravy náročnej na vodu, pretože časť obyvateľstva si pestuje návyky, ktoré si vyžadujú čoraz a vyššiu spotrebu vody.

keďže počet obyvateľov neustále stúpa, treba kŕmiť viac a viac ľudí. len veľmi málo ľudí vie, že za väčšinu spotreby vody celého ľudstva je zodpovedná rastlinná a živočíšna výroba: poľnohospodárstvo má na svedomí až 80 % celosvetovej spotreby vody, čo znamená, že práve v tomto odvetví je nevyhnutné dosiahnuť výrazné zníženie používania vody.

z tohto dôvodu sa množstvo výskumných a progresívnych experimentov snaží nájsť odpoveď na otázku, ako vyrábať dostatok potravín a používať pritom menej vody. viac informácií o tejto téme nájdete v našom článku „viac potravín z menšieho množstva vody“.

v dôsledku rýchlej urbanizácie predstavuje zabezpečovanie vody vo veľkomestách čoraz náročnejšiu úlohu. Bez vody by nebolo miestnych firiem ani priemyselných odvetví. Hasiči, mestské parky, verejné plavárne – to všetko si žiada veľké objemy vody.

voda je kľúč moderného života

koľko vody sa použije na výrobu vášho obľúbeného jedla?

1 krajec chleba = 48 litrov vody

1 hamburger = 2 393 litrov vody

1 plátok syra = 152 litrov vody

1 tabuľka čokolády = 1 720 litrov vody

1 jablko = 82 litrov vody

1 šálka kávy = 132 litrov vody

1 porcia pizze = 1 216 litrov vody

1 kg hovädzieho mäsa = 15 415 litrov vody

9

vedeli ste, že...

a preto sa ľudstvo už dlho usiluje urobiť zo slanej vody pitnú. to je možné dosiahnuť odsoľovaním. už vo štvrtom storočí pred naším letopočtom sa využívala jednoduchá destilácia, ale tento zložitý proces výroby, ktorý spočíval v mnohonásobnom preváraní vody a jej následnom ochladzovaní a kondenzácii pary, si vyžaduje veľkémnožstvo energie.

vývojári budúcich mestských aglomerácií sa zhodujú v tom, že moderné megalopoly budú musieť rôznymi spôsobmi recyklovať dažďovú vodu. najdlhšiu tradíciu využívania dažďovej vody má zrejme juhovýchodná ázia. Slávny japonský mrakodrap, televízna veža tokyo Skytree – ktorá je s výškou 634 metrov druhou najvyššou samostatne stojacou budovou na svete – má v podzemných podlažiach obrovské nádrže, ktoré pojmú až okolo 2 600 kubických metrov dažďovej vody. toto inteligentné riešenie zabezpečuje bezplatnú vodu na chladenie tejto obrovskej budovy i na splachovanie toaliet.

navyše zelené strechy budov v mestách neslúžia len na estetické účely. väčšina z nich predstavuje inovačné riešenie využívania dažďovej vody, ktoré súčasne zlepšuje aj energetickú bilanciu budovy, kvalitu ovzdušia a mestskú ekológiu. zelené strechy dokážu absorbovať a recyklovať dažďovú vodu, pričom časť znečisťujúcich látok sa hromadí v pôdnom substráte. Aktívna zelená strecha je schopná zadržať až 75 % zrážok a takýmto spôsobom zároveň zmenšuje odtok aj množstvo dažďovej vody, ktorá končí v kanalizácii.

ultrafiltračné membrány multibore®, ktoré vyvíja dcérska spoločnosť nemeckej firmy BASF, sa už ukázali ako efektívne v mnohých odsoľovacích zariadeniach. membrána vytvára bezpečnú bariéru pred rozptýlenými časticami, baktériami, vírusmi a ďalšími mikroorganizmami a zabezpečuje trvalo vysokú úroveň kvality filtrátu, dokonca aj v prípadoch, kde zloženie pôvodnej vody kolíše.

Úspornejší spôsob odsoľovania je založený na reverznej osmóze, pri ktorej sa morská voda stlačí cez polopriepustnú membránu pod vysokým tlakom, dôsledkom čoho sa z vody stráca soľ. pri zefektívňovaní tohto postupu hrá kľúčovú úlohu chémia.

morská voda – záchrana ľudstva?moria a oceány sú najväčšou zásobárňou vody na zemi,

podľa odhadov špecializovanejspoločnosti v odvetví hospodárenia s vodou

Global water intelligence

(Gwi) bude v roku 2025 až

14 % svetovej populácie uspokojovať svoje potreby vody

prostredníctvom odsoľovania morskej vody.

dnes toto číslo predstavuje len 1 %.v súčasnosti existuje

17 000 odsoľovacích zariadení v 120 krajinách sveta, očakáva sa však, že tento

počet výrazne stúpne.

požehnanie z neba

?v súčasnosti sa väčšina dažďovej vody používa v číne a Brazílii. tieto krajiny využívajú zber strešnej dažďovej vody na zabezpečovanie pitnej vody, úžitkovej vody, vody pre hospodárske zvieratá, vody na drobné zavlažovanie, aj ako spôsob dopĺňania hladiny podzemných vôd.

•

10

novátorský spôsob úpravy vodynielen nízka kvantita, ale aj nízka kvalita vody spôsobuje vážne problémy.

Situácia je obzvlášť dramatická v mestách rozvíjajúcich sa a rozvojových krajín. napríklad rieky v argentínskej metropole Buenos Aires sú mimoriadne znečistené, kým obyvateľstvo indickej kalkaty bojuje so znečistením vody fekáliami a zvýšenými koncentráciami arzénu v podzemných vodách. Alarmujúca je aj situácia v číne: znečistených je až 90 % podzemných vôd v mestách.

veľkou výzvou pre vedeckých pracovníkov je vyvinúť postupy, ktoré na jednej strane zabezpečia, že do vody sa bude dostávať menej znečisťujúcich látok, no na druhej strane dokážu účinne čistiť už znečistenú vodu.

nemecká chemická spoločnosť BASF ponúka širokú paletu riešení na úpravu

vody vo viacerých oblastiach. jedným z nich je napríklad katiónová emulzia zetag®, ktorú možno použiť na úpravu priemyselných odpadových vôd, ako aj v celom rade situácií, kde treba oddeliť pevné častice od kvapalného skupenstva. vďaka svojej vysokej molekulovej hmotnosti má vynikajúce technické vlastnosti, ktoré vedú k zníženiu nákladov na úpravu odpadových vôd. táto rýchlo pôsobiaca emulzia sa najčastejšia využíva na čistenie priemyselných odpadových vôd v papierenskom, textilnom a kožiarskom priemysle, ako aj v potravinárstve a pivovarníctve.

membrána multibore®, ktorá je vývojovým produktom jednej z dcérskych spoločností koncernu BASF, je vhodná na čistenie odpadových vôd, a to najmä

vďaka svojim fi ltračným schopnostiam. voda sa stlačí cez veľmi malé póry veľkosti 20 nanometrov, ktoré sú tritisíckrát menšie, než je hrúbka ľudského vlasu. táto metóda prispieva k zdraviu a čistote vo svete naozaj mikroskopických rozmerov. takouto fi ltráciou vznikne homogénna kvapalina.

Spoločnosť BASF vyvíja svoju revolučnú ultrafi ltračnú membránu aj v prenosnom systéme čistenia vody pod názvom lifeStraw Family, ktorý dokáže vyčistiť kontaminovanú vodu odfi ltrovaním vírusov a baktérií. takýmto spôsobom je možné čistiť aj vodu v znečistených kalužiach, rybníkoch a riekach. Systém bol od roku 2008 viackrát použitý v oblastiach prírodných katastrof, kde zabezpečoval pitnú vodu ľuďom v núdzi.

Asi

2,5 miliardy ľudí trpí konzumáciou znečistenej

vody a majú problém s každodenným zásobovaním

čistou vodou.

V celosvetovommeradle sa až

80 %komunálnych odpadových

vôd vypúšťa priamo do riek, jazier či do mora

bez úpravy.

vedeli ste, že...? TIP:umývanie auta bez vody? !

na čistenie odpadových vôd sa využívajú aj takzvané živé stroje. v týchto systémoch majú rozpad znečisťujúcich látok na starosti nielen baktérie, ale aj ekologický mikrosvet dvoch až troch tisícok ďalších živých organizmov, ako sú riasy, ulitníky, lastúrniky, kraby, rastliny a ryby. tieto organizmy konzumujú znečisťujúce látky ako potravu a využívajú ich ako stavebné prvky svojho tela.

na umytie jediného auta sa minie až 200 litrov vody. existuje však aj umývanie áut bez vody, pri ktorom sa používajú mierne chemikálie alebo para. poobzerajte sa po takýchto úsporných riešeniach aj vy!

• •

11

Chémia vodyvoda je veľmi univerzálna látka

voda je veľmi univerzálna látka: je to vynikajúce rozpúšťadlo, väčšina životne dôležitých procesov prebieha vo vodnom roztoku, a je tiež častým reaktantom. v mnohých ohľadoch sa voda správa odlišne: napríklad maximálnu hustotu dosahuje pri štyroch stupňoch Celzia – preto ľadovce plávajú na hladine a živá voda zamŕza smerom zhora nadol. jej ďalšou zvláštnosťou je jej viskozita, alebo vnútorné trenie, ktoré sa nemení lineárne s tlakom, ale najprv klesá, a potom rastie. viskozita vody je pomerne veľkáa výrazne sa znižuje pri náraste teploty.

vedeli ste, že...?kde sa ľahšie pláva? Studená voda je viskóznejšia, takže sa v nej ťažšie pohybuje, avšak ľahšie sa pláva na jej hladine vďaka vyššej hustote.

Ďalšou unikátnou vlastnosťou vody je, že jej kvapky majú guľovitý tvar v dôsledku vysokého povrchového napätia.

voda dokáže pohlcovať, ukladať a uvoľňovať veľké množstvo tepla. táto jej vlastnosť sa využíva aj v priemysle,

je však dôležitá i v samotnej prírode, kde zohráva úlohu v zabezpečovaní klimatickej rovnováhy.

z chemického hľadiska je čistou formou vody destilovaná voda. neobsahuje žiadne rozpustené látky ani stopové prvky, ktoré sú prirodzenou súčasťou minerálnych vôd. Avšak konzumácia deionizovanej vody (alebo vody s nízkym obsa-hom iónov) vo veľkom množstve nie je zdraviu prospešná, pretože sa tým z tela „vyplavujú“ životne dôležité ióny.

•

12

čistý vzduch – pomocou vedeckých metódjedným z najzávažnejších dôsledkov zvýšenej urbanizácie je znečistenie ovzdušia, ktoré v ostatných desaťročiach nabralo skutočne znepokojivé rozmery. vedci vyvíjajú rôzne metódy, ktoré by pomohli dostatočne čistiť vzduch pre ľudí žijúcich v mestských oblastiach, a prispievať tak k udržateľnému rozvoju neustále sa rozrastajúcich metropol.

väčšina ľudskej činnosti so sebou nesie spotrebu energie a v dôsledku toho aj znečistenie ovzdušia: elektrárne, priemyselná výroba, poľnohospodárstvo, vykurovanie domácností či doprava – pri tom všetkom sa do ovzdušia dostávajú škodlivé látky, ktoré majú vplyv nielen na ľudské zdravie, ale aj na atmosféru našej planéty. takzvané skleníkové plyny, ako je oxid uhličitý (Co2) a metán (CH4), vytvárajú okolo zeme akúsi pokrývku, ktorá zadržiava teplo: teplo z odrazeného slnečného žiarenia nemôže úplne opustiť atmosféru, čo má za následok otepľovanie a celosvetové klimatické zmeny. oxid uhličitý je prítomný v zemskej atmosfére v konštantnej koncentrácii. množstvo oxidu uhličitého vo vzduchu sa teraz už dlhodobo udržiava v rovnováhe, aj keď vždy dochádzalo k určitým výkyvom. od začiatku minulého storočia sa však táto rovnováha zmenila v dôsledku ľudskej činnosti a podľa vedcov je dnes množstvo oxidu uhličitého už veľmi blízko k hranici, odkiaľ by nebolo návratu.

Spracovanie oxidu uhličitého, ktorý sa nachádza v ovzduší, majú na starosti rastliny: využívajú ho ako výživu a premieňajú ho na kyslík, ktorý je nevyhnutný pre život iných živých tvorov, vrátane človeka. problémom však je, že rastlinná pokrývka zeme sa taktiež neustále stenčuje: v dôsledku rastu miest a na výrobu dreva sa odlesnilo už sedem miliónov hektárov pôdy, čo taktiež prispieva k nerovnováhe.

okrem záťaže na životné prostredie je znečistenie ovzdušia mimoriadne škodlivé aj pre ľudské zdravie. do vzduchu sa totiž dostáva aj množstvo ďalších nebezpečných látok, napríklad z výfukov áut, ktoré spôsobujú rôzne ochorenia. Ak je napríklad v ovzduší vysoká koncentrácia oxidov dusíka (oxid dusnatý (no) a oxid dusičitý (no2)), pôsobením slnečného žiarenia vzniká ozón, ktorý spolu s uhľovodíkmi a pevnými časticami vedie k tvorbe tzv. losangeleského smogu nad mestami. podľa odhadov Svetovej zdravotníckej organizácie (wHo) zomrie v dôsledku znečistenia ovzdušia ročne 700 tisíc ľudí.

SmoG Ako trvAlá ClonAnAd meStAmi

vedeli ste, že...?Hoci dažďové pralesy sa označujú za pľúca zeme, väčšinu kyslíka produkuje planktón a vodné riasy žijúce v oceánoch. preto má znečistenie vôd významný vplyv aj nastav ovzdušia.

•

vedeli ste, že...?Globálne otepľovanie má na svedomí aj dobytok: v útrobách prežúvavcov vzniká veľké množstvo metánu, ktorý taktiež vzniká aj pri rozklade rastlinných zvyškov a živočíšnych výkalov. pri výrobe jedného kilogramu hovädzieho mäsa pribudne k celkovému objemu skleníkových plynov ďalších 36 kg oxidu uhličitého – čo je rovnaké množstvo ako znečistenie ovzdušia, ktoré by spôsobil priemerný európsky automobil na vzdialenosť 250 km.

•

13

na mape ekologickej stopy sveta je jasne vidieť, že znečistenie ovzdušia je najsilnejšie nad husto obývanými oblasťami. zdroj: http://environment.nationalgeographic.com/environment/energy/great-energy-challenge/global-footprints/

zdá sa, že najväčší problém je zníženie množstva oxidu uhličitého. to sa dá uskutočniť dvoma spôsobmi. na jednej strane môžeme výrazne znížiť produkciu emisií, čo sa však zatiaľ nejaví ako schodné riešenie. Hoci boli prijaté významné opatrenia na obmedzenie používania fosílnych palív a rozsiahlejšie využívanie alternatívnych zdrojov energie, nestačia na to, aby v horizonte niekoľkých rokov priniesli výrazné zmeny v miere znečistenia ovzdušia. druhým riešením je nájsť spôsob, ako použiť oxid uhličitý za účelom extrakcie zo vzduchu. na týchto riešeniach už pracujú tisíce vedcov – a majú už aj sľubné výsledky.

Fakty a čísla

50 % – polovica ľudstva je denne vystavená nebezpečnej miere znečistenia ovzdušia.

14

Skrotenie nepriAteľA

oxid uHličitý Ako záCHrAnCA zelenej enerGie

existujú rôzne pokusy zamerané na využívanie oxidu uhličitého, od procesov v malom rozsahu až po celoplošné priemyselné riešenia. len veľmi málo ľudí si uvedomuje, že chemický priemysel už spracúva značné množstvo Co2. to znamená, že oxid uhličitý vznikajúci pri priemyselnej výrobe, najmä pri spaľovaní alebo chemických reakciách, sa neuvoľňuje do ovzdušia, ale po prečistení sa využíva na ďalšie účely. oxid uhličitý vznikajúci pri takýchto procesoch sa využíva napríklad na výrobu perlivej minerálnej vody, na balenie v ochrannej atmosfére, pri výrobe umelých hmôt, ako základný materiál umelých hnojív – a dokonca aj v medicíne.

Fakty a čísla

je všeobecne známe, že metán (hlavná zložka svietiplynu) je dobrým zásobníkom energie, ktorú je možné ľahko uložiť do existujúcej siete zemného plynu a kedykoľvek použiť podľa potreby. táto metóda teda predstavuje hospodárny spôsob uskladnenia „zelenej“ energie.

človekkaždoročne vyprodukuje viac ako 30 miliárd metrických ton Co2.

Co2 + 4H2 CH4 + 2H2o

Aj keď to môže spočiatku znieť zvláštne, Co2, ktorý sa považuje za škodlivý, by mohol zohrávať úlohu pri zvyšovaní účinnosti obnoviteľných zdrojov energie. dnes sa z obnoviteľných zdrojov energie vyrobí občas viac elektrickej energie, než sa v danej chvíli zmestí do siete. ukladanie takto vyrobenej prebytočnej energie je mimoriadne nákladné, niekedy dokonca nemožné. tento problém by mohol vyriešiť nový chemický proces označovaný ako „systém p2G“ (z anglického „power-to-gas“,

teda „z elektriny na plyn“), ktorého kľúčovým prvkom je práve samotný skleníkový plyn oxid uhličitý. prostredníctvom fyzikál-nych a chemických procesov by sa mohla prebytočná energia premieňať na zemný plyn (metán), a to v dvojfázovom procese, kde by sa Co2 použil ako reaktant. v prvej fáze sa použije prebytočná „zelená“ elektrina ako vstupná energia na premenu vody (H2o) na vodík (H2) a kyslík (o2). vodík následne zreaguje s Co2 a vytvorí metán (CH4).

15

nApodoBňovAnieprírody: umelý liSt

doBrý oBCHod: vyuŽívAnie oxidu uHličitéHo nA výroBu pAlivA

oxid uHličitý Ako SurovinA SyntetiCkéHo plynu (SynGAS)

oxid uhličitý možno použiť na výrobu metanolu, ktorý je zasa možné použiť ako palivo, a to pomocou takzvanej metódy neutrálneho uhlíka. istá islandská spoločnosť si otvorila prvý závod, v ktorom vyrába metanol z Co2 pomocou geotermálnej energie z horúcich prameňov ako prírodného zdroja energie. jedného dňa táto spoločnosť plánuje vyrobiť z oxidu uhličitého až 50 miliónov litrov tohto alkoholu ročne. použiť ho možno napríklad na tvorbu energie v palivových článkoch, alebo ho možno primiešať ako prímes do benzínu.

na využitie oxidu uhličitého ako pohonnej hmoty existujú aj ďalšie riešenia. tri nemecké spoločnosti, BASF, linde a thyssenkrupp, prednedávnom spustili projekt na výrobu syntetizovaného plynu (tzv. syngas) z oxidu uhličitého a vodíka prostredníctvom revolučného dvojfázového procesu. v prvej fáze sa získava vodík a uhlík spracovaním zemného plynu novou, vysokoteplotnou technológiou. v porovnaní s inými postupmi táto technológia produkuje veľmi málo Co2. vodík potom reaguje s veľkým množstvom Co2 (ktorý pochádza z iných priemyselných postupov) a vznikne syngas. tento syntetizovaný plyn predstavuje kľúčovú surovinu pre chemický priemysel a vhodný je aj na výrobu pohonných hmôt.

mladý vedec julian melchiorri prišiel tento rok s úžasným vynálezom na neutralizáciu oxidu uhličitého: pomocou hodvábu, špeciálnej bielkoviny a látky prítomnej v riasach, vytvoril umelý list, ktorý je schopný fotosyntézy rovnako ako skutočné rastliny. vynález, na ktorý je potrebné iba svetlo, premieňa oxid uhličitý prítomný v ovzduší na kyslík. umelý list vyzerá naozaj skvostne a možno ním pokryť vnútorné aj vonkajšie steny budov, čo by v konečnom dôsledku prispelo k nepretržitému znižovaniu emisií oxidu uhličitého v mestách. umelý list je vhodný aj na dlhodobý pobyt vo

vesmíre a môže tiež zohrať významnú úlohu vo vesmírnom výskume, pretože vedci zatiaľ nevedia, či by organické rastliny dokázali prežiť a rozvíjať sa mimo našej atmosféry tak, ako ľudia potrebujú – a pokiaľ má ľudstvo jedného dňa kolonizovať vesmír, ľudia žijúci na inej planéte si budú musieť vedieť vyrábať vlastný kyslík. o vynález preto prejavil záujem aj americký národný úrad pre letectvo a vesmír (nASA).

zdroj: Spoločnosť pre chemické inžinierstvo a technológie (deCHemA)

110 miliónov –z celej svetovej produkcie emisií Co2 sa v súčasnosti využíva približne 110 miliónov metrických ton ako chemická surovina.

pod

ľa n

ajno

všíc

h vý

sled

kov

vede

ckéh

o vý

skum

u by

recy

klác

ia u

hlík

a ni

elen

zm

iern

ila m

ieru

zne

čist

enia

ovz

duši

a, a

le m

ohla

by

vyrie

šiť

aj

kríz

u en

erge

tický

ch z

droj

ov –

a to

pot

enci

álne

trom

a sp

ôsob

mi.

16

čistenie vzduchu vo veľkých objemochna cielené čistenie vzduchu nad veľkými mestami boli vytvorené unikátne technické riešenia. tieto riešenia nás môžu oslobodiť od nepriaznivého vplyvu nielen oxidu uhličitého, ale aj jedovatých plynov.

napríklad nemecký vynálezca Götz Hüsken prišiel s nápa-dom pokryť povrch vozoviek oxidom titaničitým, ktorý by vo fotokatalytickej reakcii – účinkom uv žiarenia zo slnka – štiepil oxid dusičitý, ktorý znečisťuje vzduch. Ak by sa takéto riešenie realizovalo, hladina oxidov dusíka v ovzduší by sa mohla znížiť až o 45 percent.

vynález holandského zlepšovateľa daana roosegaardea by zasa takmer doslovne „vysával” oblohu nad mestami. Autor vynálezu plánuje vysadiť niekoľko parkov, v ktorých budú ukryté medené

cievky usporiadané do mriežky. tie by podobne ako čističky vzduchu využívali staticky kladne nabitý povrch, a vysávali tak z atmosféry uhlíkové častice. pilotný projekt sa spustí už koncom tohto roka a očakáva sa, že vytvorí 40 metrov širokú „dieru“ čistého vzduchu, v ktorej bude zhruba o 75 percent menej zne-čistenia. roosegaarde má plány dokonca aj na zhromažďovanie uhlíkových sadzí: časť z nich chce spracovať na umelé diamanty, čo je takmer rovnako pôsobivý alchymistický trik ako vysávanie smogu. Ak mu plán vyjde, pekingu sa možno podarí dosiahnuť svoj cieľ a do roku 2017 sa úplne zbaviť smogu.

17

keďže doprava sa podieľa na znečistení ovzdušia 30 percentami, znížením emisií automobilov by sa mohla zlepšiť aj kvalita vzduchu. za týmto účelom bolo vytvorených niekoľko novátorských autodielov, ako napríklad katalyzátor šetrný k životnému prostrediu z vývojovej dielne spoločnosti BASF, ktorý sa dnes úspešne používa v státisícoch motorových vozidiel. Filter namontovaný vo výfukovom systéme vozidla využíva počas prevádzky viacstupňovú chemickú reakciu, pri ktorej sa tri základné zlúčeniny systému riadenia emisií (uhľovodík, oxid uhoľnatý a oxid dusičitý) takmer úplne premieňajú na oxid uhličitý, dusík a vodu.

táto známa spoločnosť v odvetví chemického priemyslu vyvíja aj katalyzátory pre motocykle a vozidlá so vznetovými motormi, ktoré môžu taktiež prispieť k nízkym hladinám emisií. ich najnovším riešením zameraným na zmiernenie znečistenia ovzdušia je patentovaný povlak katalyzátora premAir®, ktorý premieňa prízemný ozón, hlavnú zložku smogu, na kyslík. keď vzduch prúdi cez chladič vozidla pokrytý povlakom, premAir® katalyzuje reakciu, pri ktorej sa ozón premieňa na kyslík. tento proces využíva výhodu veľkého množstva vzduchu, ktorý prúdi cez chladič vozidla.

znečisťovanie ovzdušia motorovými vozidlami by sa tiež výrazne znížilo, keby sme prešli z palív fosílneho pôvodu na alternatívne pohonné hmoty. Hlavnou alternatívou tradičných motorových vozidiel sú zatiaľ vozidlá na elektrický a hybridný pohon – vedci však už vytvorili automobily poháňané vodou (presnejšie povedané: poháňané vodíkom, ktorý vzniká pri rozpade vody) alebo stlačeným vzduchom. Ak sa chcete dozvedieť viac o budúcnosti dopravy, prečítajte si náš článok pod názvom „nové perspektívy dopravy“.

moderné vozidlá = čiStejŠí vzduCH

keďže doprava sa podieľa na

znečistení ovzdušia30 percentami,znížením emisií

automobilov by sa mohla zlepšiť aj kvalita

vzduchu.

18

„CHémiA vzduCHu“

vzduch je oveľa zložitejší systém, než si myslíte: jeho hlavnými zložkami sú dusík (78 %) a kyslík (21 %), obsahuje však aj viacero plynových zložiek so stálou i premenlivou koncentráciou z rôznych prírodných aj umelých zdrojov. napríklad oxid siričitý (So2) môže pochádzať zo sopečnej činnosti, ale aj z výfukových plynov či spaľovania uhlia. práve spaľovanie uhlia vždy spôsobí vyššie koncentrácie oxidu siričitého v zimnom období, v dôsledku čoho dochádza k zvýšenému výskytu astmatických záchvatov.

vo vzduchu sú vždy obsiahnuté vodné pary aj kvapky vody, v ktorých sa vyššie spomenuté plyny rozpúšťajú, čo spôsobuje

usádzanie kyselín. okrem toho je pre rozpustné plyny možný celý rad ďalších reakcií.

v chladnejších oblastiach sú vo vzduchu prítomné aj malé kryštáliky ľadu. povrch ľadových kryštálov slúži ako vynikajúci katalyzátor, ktorý taktiež napomáha rozpadu ozónu. medzi ďalšie pevné látky patria (neusádzajúce sa) pevné častice, ktoré predstavujú pre zdravie človeka najväčšie nebezpečenstvo. Sú to najmä pm2,5, t.j. častice s priemerom menším ako 2,5 mikróna, ktoré prechádzajú do pľúc a odtiaľ roznášajú kovové a organické nečistoty viazané na svojom povrchu do celého tela.

+ +N(78 %) (21 %)

SO2O2

19

20

moderné mestá budúcnostiprudký nárast svetovej populácie má za následok narastajúci počet a rozlohu miest. výpočty ukazujú, že do roku 2050 bude 75 % ľudstva žiť v obrovských megalopolách. tento predvídateľný proces vývoja spustil medzi vedcami diskusiu o obývateľných mestách. výskumníci pracujú na vývoji nových technológií, ktoré by nám v budúcnosti pomohli žiť v novom a udržateľnom mestskom prostredí, schopnom uspokojiť aj naše sociálne potreby.

meStá vnovom poňAtí

máme sklon myslieť si, že za znečistenie životného prostredia a narastajúce energetické potreby sú zodpovedné továrne a priemyselné závody, avšak ony to nie sú: sú to veľkomestá. možno sa to nezdá, ale veľké mestá majú na svedomí až dve tretiny celkovej svetovej spotreby energie. v súčasnosti je najľudnatejším mestom na svete tokio, kde žije takmer 13 miliónov ľudí, teda 10 percent obyvateľov celého japonska. už vás neprekvapujú vyššie uvedené fakty, všakže? Hlavnou otázkou vedcov teda zostáva, aký vývoj by nám pomohol znížiť spotrebu energie v týchto obrovských aglomeráciách a akú metódu by sme mohli použiť na to, aby sa tieto zaľudnené miesta stali obývateľnejšie.

množstvo riešení sa ukrýva v budovách. obrovské mrakodrapy boli až doteraz len impozantnými architektonickými výjavmi a obdivovali sme ich iba pre ich výšku, avšak budovy novej generácie sú iné. napríklad obrí mrakodrap v londýne zvaný Shard (črep) nie je len obchodnou a administratívnou budovou, ktorá je v prevádzke výlučne cez deň, ale je aj akousi „vertikálnou dedinou“: sú v ňom byty, reštaurácie, dokonca aj hotel. najvyššia budova sveta, 828-metový Burdž Chalífa v dubaji, ponúka ešte viac: sú tam apartmány, námestia, parky, reštaurácie, hotely aj obchody, a to všetko v jedinej budove. pod jednou strechou sú tak sústredené aj všetky formy socializácie, takže ak si chcete dať napríklad šálku kávy, nemusíte ísť do kaviarne vo vedľajšej ulici: stačí nastúpiť do výťahu a odviezť sa na iné poschodie.

V súčasnosti je najľudnatejšímmestom na sveteTokio, kde žije takmer

13 miliónov ľudí, teda

10 % obyvateľovcelého Japonska.

21

meSto mASdAr

ekologicky najšetrnejšie a najkultivovanejšie ekomesto na svete sa stavia v Spojených arabských emirátoch. Spotrebuje len štvrtinu energie a vody než súčasné mesto podobných rozmerov. v priebehu 25 rokov sa tu ušetria dve miliardy ton ropy. Ako je to možné? podľa plánov sa bude nad mestom rozprestierať obrovský solárny panel podobný dáždniku, ktorý bude cez deň vyrábať energiu a na noc sa zatvorí. táto elektráreň pomôže každoročne ušetriť približne 175 000 metrických ton Co2. okrem projektov na slnečnú energiu sa v masdare vyvíja aj jeden z najväčších svetových plánovaných veterných parkov na pobreží. obzvlášť veľký dôraz sa kladie, samozrejme, na materiály určené na stavbu budov, v čom mestu môžu pomôcť moderné konštrukčné riešenia od spoločnosti BASF. napríklad materiály so zmenou fázy integrované do omietok a sadrokartónu, alebo polystyrén a polyuretán používaný na izolačné peny môžu ponúknuť alternatívu klimatizácie. okrem toho čierne pigmenty používané na strešné nátery pohlcujú len malé množstvo infračerveného žiarenia, a tým zabraňujú zohrievaniu tmavých povrchov. okrem úspory energie sa bude v meste triediť a recyklovať odpad, pričom organický odpad sa ďalej použije na kompost. mesto masdar tiež zavedie dopravné koncepcie ohľaduplné voči životnému prostrediu. predpokladá sa, že do roku 2025, kedy by malo byť kompletne postavené, bude mať mesto 40 000 obyvateľov a ďalších 50 000 ľudí sem bude dochádzať za pracovnými príležitosťami.

projektanti naplánovali nielen pokrokové budovy, ale aj projekty o rozsahu celých miest. napríklad v južnej kórei sa na ploche vyše 28 hektárov stavia medzinárodná obchodná zóna Songdo. má ísť o technologicky najvyspelejšie mesto na svete, ktoré bude zároveň ohľaduplné voči životnému prostrediu a jeho súčasťou budú obytné domy, školy, nemocnice, administratívne budovy i kultúrne zariadenia. pôjde o prvé mesto na svete kompletne zosieťované informačnými technológiami, kde bude všetko, od objednávok potravín až po lekárske prehliadky, možné vykonať na diaľku, v počítačovej sieti. v meste bude 40 % plochy tvoriť zelený pás a veľký význam tu bude mať pešia a cyklistická doprava. parky budú okrem estetického hľadiska aj funkčné a budú zabraňovať vzniku mestských tepelných ostrovov, v ktorých zástavba spôsobuje zvyšovanie teploty, čo má za následok zhoršenie kvality ovzdušia. Celé mesto sa stavia podľa princípov ekologického projektovania: patria k nim zelené strechy pokryté vegetáciou, ktoré majú zabraňovať prívalom dažďovej vody pri búrkach a súčasne podporovať biodiverzitu, semafory s energeticky úspornými svetlami s technológiou led, či dokonca podzemný systém zberu odpadu, ktorým sa eliminuje potreba smetiarskych vozidiel. inteligentné plánovanie mesta zaručuje krátke vzdialenosti a vo vývoji je aj dômyselný recyklačný systém a ekologický systém miestnej dopravy. do reťazca zásobovania vodou sa bude privádzať odsolená morská voda a recyklovaná voda, ktorá pokryje polovicu potrieb mesta. podobné ekomestá sú už vo výstavbe v číne a indii.

Okrem luxusných štvrtí projektanti mysleli aj na chudobné štvrte (slumy) bez elektriny a čistej vody, ktoré sú vysoko náchylné a priamo vystavené pôsobeniu prírodných síl. Inovácie tu umožňujú rýchlu a lacnú výstavbu, zatiaľ čo stabilné a pružné konštrukcie zabezpečia vytváranie bezpečných domovov pre ľudí. Napríklad v mexickej metropole sa postavilo 10 000 nových domov s použitím prísad do betónu od spoločnosti BASF, čo výrazne skrátilo čas potrebný na stvrdnutie betónu, a stavba tak bola podstatne lacnejšia.

Jedno Svetové obchodnécentrumJeden z najvyšších mrakodrapov v Amerike i

na svete je vysoký 541 metrov a bol dokončený v

roku 2013 v New Yorku.

Za pomoci zelenej technológie od spoločnosti BASF vznikla pevná a odolná konštrukcia. Technológia Green Sense Concrete priniesla úspory v oblasti životného prostredia v

podobe viac ako 113 500 litrov pitnej vody, čo by stačilo na

napustenie 6 000 vaní. Vďaka tejto novej technológii je možné ušetriť až osem miliónov kilowatthodín energie,

čo je takmer 340 000 kilogramov fosílnych palív, a zabrániť tiež produkcii viac ako päť miliónov kilogramov emisií CO2.

22

terrAFormáCiA – preSťAHujmeSA nA inÚ plAnétu!

výStAvBA BudÚCnoSti

ľudstvo si uvedomuje, že kolísku našej zeme už pomaly „prerastáme“, a tak sme sa začali rozhliadať po iných nebeských telesách, kde by sme mohli žiť. donedávna sa termín terraformovanie väčšinou vyskytoval len v sci-fi filmoch, je však možné, že v budúcnosti dokáže ľudstvo upravovať atmosféru, teplotu i topografiu planét pomocou vynálezov vedy a techniky tak, že sa stanú obývateľné pre človeka. Spomedzi dnes známych planét sa na tento účel zdá byť najvhodnejší mars, a to aj napriek tomu, že priemerná teplota na jeho

povrchu dosahuje mínus 60 stupňov Celzia a je tu aj slabšie svetlo ako na zemi. určené výskumné skupiny už vyvinuli viacstupňové plány na realizáciu. najprv je potrebné zvýšiť teplotu, v dôsledku čoho by sa mal začať topiť ľad a uvoľňovať oxid uhličitý viazaný v pôde. vznikne tak skleníkový efekt, ktorý by mohli ešte zintenzívniť zrkadlá uvedené na obežnú dráhu marsu. po dokončení tejto fázy by sa na povrchu planéty vysadili rastliny, ktoré by vyrábali kyslík.

vzhľadom na ohľaduplný postoj k životnému prostrediu a využívaniu energie sa stávajú čoraz dôležitejšími novátorské architektonické riešenia. dôvodom je skutočnosť, že hlavnou príčinou znečistenia ovzdušia vo veľkomestách s miliónmi obyvateľov sú emisie znečisťujúcich látok, ktoré vznikajú pri spotrebe energie v domácnostiach. v snahe vyriešiť tento problém sa objavili takzvané pasívne domy, ktoré sa stávajú čoraz bežnejšie. tieto budovy sú zvláštne tým, že sú postavené z ekologicky šetrných materiálov pomocou ekologicky šetrných technológií, ktoré prispievajú k úspore značného množstva energie a súčasne znižujú aj znečistenie životného prostredia. tento stav sa dá najlepšie dosiahnuť obmedzením až úplným odstránením vykurovacieho systému, na čo sa používajú moderné izolačné materiály. jedným z takýchto materiálov je izolačná pena neopor od spoločnosti BASF: od ostatných

izolačných materiálov vyrobených podobným spôsobom sa odlišuje tým, že častice grafitu sú vmiešané do penovej polystyrénovej suroviny, ktorá odráža tepelné žiarenie. dôležité je, že neobsahuje halogénované uhľovodíky, a teda je aj šetrnejšia k životnému prostrediu. izolátory vyrobené z tohto materiálu sú o 20 % účinnejšie než iné izolátory. na ochranu pred únikom tepla cez okná bol vyvinutý špeciálny systém plastových okien s trojitým zasklením, ktorý má o 20 % lepšie izolačné vlastnosti, ak sa na sklo umiestni aj plastová fólia so špeciálnymi pigmentmi od spoločnosti BASF. okrem tepelnej izolácie je dôležitý aj spôsob využívania tepla. Ak ste už niekedy videli takúto budovu, zrejme ste si všimli na jej streche solárne panely. okrem využívania slnečnej energie sa však vo vykurovacích systémoch využíva aj teplo z pôdy.

23

Steny nAuSklAdnenie teplA

znie to neuveriteľne, ale spoločnosť BASF našla riešenie aj na toto. vo vnútri sadrokartónového panela sa nachádza materiál so zmenou fázy, ktorý cez deň pohlcuje teplo a v noci ho využíva. Ako je to možné? parafín v mikrokapsuliach naberie do seba teplo, ktoré neskôr uvoľňuje. materiál sa rozpúšťa pri teplote 23 až 26 stupňov Celzia a v dôsledku zmeny fázy pohlcuje z okolitého prostredia značné množstvo tepla, vďaka čomu sa udržiava stála izbová teplota. neskôr, v noci, v dôsledku klesajúcej teploty, parafín stuhne a uvoľňuje do okolia uloženú tepelnú energiu.

vývoj sa nikdy nezastaví: podľa najnovšieho výskumu budú ultramoderné izolačné materiály schopné premieňať na teplo dokonca aj zvukové vlny. okrem progresívnych stavebných materiálov vývojári mysleli aj na vzhľad domov. pomocou nanotechnológie vyvinuli špeciálnu ochrannú vrstvu, ktorá zabraňuje zachytávaniu častíc na povrchu, takže na vonkajšej strane budov sa nebudú usádzať žiadne nečistoty. Farba na steny od spoločnosti BASF má hydrofilné vlastnosti, čo znamená, že priťahuje vodu. v dôsledku toho sa pri hustom daždi kvapôčky rozptýlia po povrchu a okamžite zmyjú

zachytené nečistoty. tenký vodný film, ktorý sa na budove zachytil, sa po daždi rýchlo vyparí, čo zabráni vzniku plesní a povlaku z rias.vďaka nanotechnológiám nebudeme v budúcnosti potrebovať ani žalúzie, pretože sa vyvíjajú čoraz inteligentnejšie sklá, ktoré prepúšťajú svetlo, nie však teplo. v jednom experimente sa medzi dve sklá vložil špeciálny gél, alebo sa do sklenej hmoty primiešali rôzne zlúčeniny, napríklad halogenidy striebra, ktoré v závislosti od intenzity svetla tmavnú, no v tomto prípade sa cez sklo prenáša teplo. výskum dospel už do takej pokročilej fázy, že je vyvinutá

sklenená štruktúra obohatená o oxid nióbu, do ktorej sú vložené nanokryštály oxidu cínu a india. táto kombinácia dokáže oddeľovať a regulovať rozptyl viditeľného svetla a infračerveného tepelného žiarenia. v lete teda konštrukcia zabraňuje prenikaniu infračervených tepelných lúčov cez sklo do miestnosti, kým v zimných mesiacoch ich prepustí. takýmto spôsobom je možné výrazne znížiť spotrebu energie. zatiaľ je výroba tejto technológie veľmi nákladná, ale je možné, že v budúcnosti nebude jej realizácia problém.

24

vedeli ste, že...?Biomimetika predstavuje spojenie biológie a inžinierstva. Jej hlavným cieľom je kopírovať vynaliezavosť prírody pozorovaním štruktúr a mechanizmov rôznych organizmov. Architekti napríklad horlivo skúmajú staviteľskú stratégiu termitov, pretože tieto drobné stvorenia dokážu budovať mohutné kopcovité stavby s otváraním a zatváraním chladiacich i vyhrievacích komínov, kde si dokážu pestovať svoju hlavnú potravu, hubu, ktorá je mimoriadne citlivá na teplotu. Kopírovaním tejto koncepcie by sa dali výrazne znížiť náklady na energiu budov.

•

pri plánovaní novej budovy projektanti čoraz častejšie berú do úvahy zvýšený počet zemetrasení a na ochranu pred nimi vyvinuli rôzne technológie. rozhodujúce je zabezpečiť odolnosť múrov stavby voči vibráciám, čo sa dá dosiahnuť použitím pružných drevených a oceľových nosníkov a stĺpov. okrem toho konštrukcia z ocele zabudovaná do základov budovy zabezpečuje pohlcovanie zemských vibrácií. ľahké domy a domy vyrobené z ocele sa nezrútia tak ako tvrdé tehlové domy.

25

inteliGentný Betón

po vode je najčastejšie používaným materiálom na svete betón, preto bolo dôležité, aby ho spoločnosť BASF vyvinula. výrobu betónu uľahčili prísady a materiály na jeho opravu, ktoré zároveň zvýšili jeho odolnosť, čo umožnilo aj zníženie spotreby zdrojov a energie. zvýšila sa tiež životnosť stavieb a skrátil sa aj čas ich výstavby.

26

náBytoknovej dimenzie

dnes už nájdeme množstvo kníh, novín, dokumentov, či dokonca toaletný papier, ktoré sú vyrobené z recyklovaného papiera. projektanti tento nápad premysleli ešte raz – a na pultoch predajní sa objavil nábytok z papiera. možno to znie neuveriteľne, ale je odolnejší, než by ste si mysleli. nehovoriac o tom, že na prepravu takého ľahkého nábytku stačí menšie množstvo energie, a po vyhodení je možné ho znova použiť. keďže jednotlivé diely nábytku sa dajú pospájať lepením a skladaním, každý si ich môže poľahky zložiť aj doma.

vývojoví pracovníci spoločnosti BASF prehodnotili drevený nábytok z hľadiska

ochrany životného prostredia. vyvinuli materiál pod názvom kaurit @light na báze dreva, vďaka ktorému sú panely a dosky nábytku o 30 % ľahšie, no zachovávajú si rovnaké zaťaženie. výrobcovia dávajú prednosť novým panelom vyrobeným z dýhy, penového polyméru a lepidla kaurit@, pretože sú ľahšie, čím sa znižujú aj náklady na poštovné a balné.

v domoch budúcnosti budú zohrávať čoraz väčšiu úlohu plasty. tento človekom vyrábaný materiál nás obklopuje vo všetkých oblastiach života. keďže vďaka rozvoju technológií taktiež prešiel moderným vývojom, obľúbili si

ho aj výrobcovia nábytku. Spoločnosť BASF vyvinula „ultra“ tekutý plast, ktorý je pri 230 stupňoch vďaka špeciálnym nanočasticiam dvakrát redší než iné podobné produkty. takýmto spôsobom možno pri jeho výrobe ukladať energiu. nový plast navyše pri tvarovaní rýchlo tuhne, čím sa skracuje aj výrobný proces. z tohto materiálu je vyrobená napríklad ocenená dizajnová stolička myto. Ba čo viac, bola vylisovaná z jediného kusu plastu, čo znamená, že neobsahuje žiadne kovové skrutky. dizajnéri teda vytvorili skutočne ekologický, ľahko recyklovateľný a pevný nábytok nezvyčajného tvaru.

Recyklácia papieraje zjavná na celom svete – len si spomeňte, žena výrobu

papiera

1 tonyje potrebných

vody!300 ton

27

SAmoliečiACemAteriály

jedným z nich je ľahký a pevný materiál zvaný titan, ktorý bol vytvorený kondenzáciou paraformaldehydu a oxydianilínu pri 250 stupňoch Celzia. druhý typ, Hydro, je vysoko elastický gél, ktorý sa vyrába pri nízkej teplote. oba sú recyklovateľné a odolné voči rozpusteniu, no v kyslom prostredí sa stávajú plastickými a možno meniť ich tvar. keďže nepraskajú, môžu spôsobiť revolúciu vo výrobe lietadiel a automobilov, ako aj v celom elektronickom priemysle. zmenou tvaru týchto materiálov je možné vytvárať nové polymérové štruktúry, ktoré sú o 50 % pevnejšie i ľahšie.

vedci z oddelenia syntetických polymérov vytvorili dva nové typy polymérov. oba sú mimoriadne pevné, majú samoliečiace vlastnosti, a možno ich dokonca recyklovať.

28

neplytvAjte odpAdom!

prostredníctvom iniciatív progresívneho rozvoja miest sa vedci snažia robiť všetko, čo je v ich silách, aby vytvorili udržateľnejší svet, avšak ich úsilie bude márne, ak ľudstvo nedokáže zmeniť svoj životný štýl. ľudia, najmä obyvatelia veľkých miest, vedú márnotratný život plný plytvania: používajú priveľa energie a vody, vyrábajú priveľa zbytočného tovaru, čo vedie k nadmernej ponuke, a takto zároveň produkujú aj veľké množstvo odpadu. našťastie je tu nádej, pretože „vedľajšie produkty“, teda vlastne odpad, ktorý produkujeme, je možné veľmi prekvapivým spôsobom recyklovať, len musíme byť rozhodní a tvoriví. rozvoj špičkových technológií zasiahol aj oblasť hospodárenia s odpadom a ústredné čističky odpadových vôd, a začala sa už aj modernizácia nástrojov, ktoré sa používajú na prepravu a spracovanie odpadu.

európska únia ročne vyprodukuje 1,3 miliardy ton odpadu. keďže sme si tejto skutočnosti vedomí, je nevyhnutné vyvinúť

a zaviesť nové, progresívne technológie, ktoré umožnia menšiu produkciu odpadu, ako aj jeho recykláciu, teda opätovné pretvorenie týchto materiálov na nové produkty, suroviny či energiu. Cieľom tohto procesu je šetriť prírodné zdroje zeme a používať menej dreva, vody a energie. na dosiahnutie tohto cieľa bola vyvinutá stratégia hospodárenia s odpadom, s ktorou sa spájajú tri hlavné zásady. pozrime sa, čo to znamená. prvou úlohou je znížiť množstvo odpadu, prípadne vyhnúť sa jeho produkcii. Ďalšou je opätovné použitie materiálu v pôvodnej forme alebo pozmenenej podobe. treťou úlohou je recyklovanie, teda možnosť opätovného použitia materiálu v inej forme. to všetko sú prospešné a ekologické možnosti a pokiaľ sa ľudia na ne sústredia, môžeme urobiť veľký krok vpred, a zabrániť tak veľkým problémom. A vy k tomu môžete taktiež denne prispievať! triedenie odpadu v domácnostiach je dnes už bežnou praxou, aj keď nie každý sa, žiaľ, stavia k tejto úlohe seriózne.

Európska únia

ROčNE vyprodukuje

ton odpadu

1,3 miliardy

vedeli ste, že… ?Stlačením PET fliaš:sa znížia prepravné náklady o 75 %,sa zníži množstvo uvoľneného CO2 o 50 až 90 %, a to vďaka menším potrebám na ich prepravu. časť z nich sa znovu použije v textilnom priemysle ako surovina na výrobu odevov (napríklad ako flís).

•

Separovaný zber odpadu je oveľa efektívnejší ako tradičný zber, pretože umožňuje ďalšie spracovanie, recyklovanie a využitie surovín, ktoré z tohto odpadu vznikajú.

29

zároveň sa tým znižuje množstvo odpadu, ktorý sa odváža na skládky, čím sa predlžuje životnosť skládok. v rámci triedeného odpadu sa samostatne zbierajú: plasty, sklo, kovy a papier. musíme mať na pamäti, že použité elektronické zariadenia môžu obsahovať škodlivé látky (olovo, ortuť, chróm), ktoré môžu znečistiť vodu alebo ovzdušie a spôsobiť ďalšie problémy. Súčasťou hospodárenia s odpadom, ktoré berie ohľad na životné prostredie, patrí aj kompostovanie, likvidácia a – menej výhodný spôsob – spaľovanie odpadu.

organický odpad rastlinného pôvodu sa rozpadne v prírode sám, no môžeme ho použiť aj ako kompost. na uľahčenie tohto procesu spoločnosť BASF vytvorila kompostovateľné vrece na odpad. Ako sa však rozpadne plastové vrece? riešenie spočíva v zlúčeninách obsiahnutých v materiáli. jednou zo zložiek je čiastočne kompostovateľný plast na báze ropy, ktorý

vyvinula spoločnosť BASF, druhou je kyselina polymliečna, ktorá sa získava z kukuričného škrobu. z tejto kombinácie vzniká pružný plast, z ktorého je možné vyrábať vrecia na odpad. za kontrolovaných podmienok, ako je zvýšená teplota a vlhkosť, ako aj určitá hodnota kyslosti priemyselných kompostovacích rastlín, mikroorganizmov, húb a baktérií sa tento materiál premieňa na biologický odpad, vodu, oxid uhličitý a biomasu, teda na hodnotný kompost. tento plast slúži nielen ako kompost, ale je vhodný aj na výrobu bioplynu. Bioplyn vzniká pri rozpade organických materiálov pôsobením anaeróbnych baktérií, ktoré nepotrebujú pre svoj metabolizmus a rozmnožovanie vzduch. takto vzniknutá zmes plynu obsahuje asi 45 až 70 percent metánu, ktorý je možné vďaka jeho vysokému energetickému obsahu ďalej využiť. preto sa na mnohých chovateľských farmách budujú aj bioreaktory a v nich sa vyrába energia, ktorú farma v duchu sebestačnosti využíva na vlastnú prevádzku.

rieŠenie SpočívA v zlÚčenináCH

oBSiAHnutýCH v mAteriáli

30

dom z odpAdu

Podľa istého maďarského vynálezu sa začali z odpadu vyrábať plastové dosky. Tento homogénny materiál sa nazýva SYLROCK a je odolný voči kyselinám, zásadám i vode. Jeho čas rozpadu je 400 rokov, čo znamená, že je veľmi trvácny. Na jeho

výrobu sa používa nielen odpad z domácností, ale aj priemyselný odpad. má nekonečné možnosti využitia, napríklad z neho možno vyrábať záhradný a pouličný

nábytok. Na výrobu jednej dosky je potrebných 340 kg odpadu, čo je veľa, ale našťastie, teda vlastne bohužiaľ, odpadu je všade dosť: len v samotnej Európskej únii

čaká na spracovanie jeden milión kiloton odpadu.

CHémiAplAStov

z chemického hľadiska sú plasty mimoriadne rozmanitou skupinou, ktorej spoločnou vlastnosťou je makromolekulová štruktúra. makromolekuly sú zlúčeniny, ktoré majú vysokú molekulovú hmotnosť a skladajú sa z jednej alebo viacerých stavebných jednotiek. v jednej makromolekule môžu byť takto pospájané aj tisíce jednotiek. Samozrejme, molekuly plastov nemajú nikdy rovnakú veľkosť, existuje však priemerná molekulová hmotnosť, ktorá sa používa na charakteristiku molekúl.

PODĽA SPRACOVATEĽNOSTI:

1.

2.

Lineárne

Rozvetvené

Sieťované

PODĽA TVARu:

1.

2.

3.PLASTY DELÍmE DOSKuPÍN PODĽA PÔVODu:

1.

2.

Vytvorené z prírodných makromolekúl (rastlinné – celulóza, škrob; živočíšne – proteíny)

umelé (stupňovité alebo reťazové polyméry) Termoplasty

Duroméry

(termosety)

31

zA poSlednýCH 15 rokov SA pouŽívAnie Biopolymérov zvyŠuje kAŽdoročne oviAC Ako 10 %.vlastnosti základných plastov možno modifikovať pomocou rôznych prísad, ako sú zmäkčovadlá, katalyzátory, inhibítory korózie, samozhasínacie prísady, plnivá, mazadlá, inhibítory starnutia atď.

v súčasnosti sa čoraz významnejšími stávajú biologicky rozložiteľné polyméry, v skratke biopolyméry, z ktorých najbežnejšími surovinami sú škrob a kyselina (poly)mliečna. za posledných 15 rokov sa používanie biopolymérov zvyšuje každoročne o viac ako 10 percent.

kyselina polymliečna je sľubná surovina so širokými možnosťami využitia. pri vhodných podmienkach sa pomerne rýchlo rozkladá (hydrolyzuje) na jednotky kyseliny mliečnej, pričom konečnými produktmi jej prirodzeného rozkladu sú voda a oxid uhličitý.

32

narastajúci počet obyvateľstva si vyžaduje aj čoraz viac energie, čo predstavuje pre vedcov veľkú výzvu. veda už vyvinula množstvo spôsobov, ako novátorsky využívať energiu aj ako efektívnejšie využívať obnoviteľné energetické zdroje.

prečítajte si o revolúcii v oblasti osvetlenia, o zdrojoch svetla, ktoré potrebujú menej a menej energie, o takmer nekonečných možnostiach alternatívnych energií, ako aj o energeticky úsporných a ekologicky šetrných spôsoboch dopravy.

33

inteliGentná enerGiA

34

obrovSkémnožSTvo

fosílnych palív,ktoré sme

spálili v minulomstoročí

prehodnotenie zdrojov energieveda dokáže poskytnúť obrovskú pomoc v oblasti inovačného využitia energie. jedným z hlavných cieľov vedcov je vyvinúť alternatívne spôsoby budúceho využívania už existujúcich zdrojov energie, ktoré by bolo efektívnejšie a ohľaduplnejšie voči životnému prostrediu, s cieľom zabezpečiť udržateľný rozvoj na zemi.

odkiAľ poCHádzAenerGiA A kAm ide?

tisíce rokov sa ľudia mohli spoliehať len sami na seba. neskôr používali stroje poháňané zvieratami. dnes však vo svojom okolí len ťažko nájdete nástroj, ktorý by fungoval bez moderného paliva. kuchynské spotrebiče, televízory, počítače, osvetlenie – to všetko potrebuje elektrinu. A naše vozidlá tiež potrebujú syntetické palivá, ktoré sa vyrábajú v priemyselnom rozsahu. jediným problémom je, že ľudstvo používa na ich výrobu fosílne palivá: energiu získavame spaľovaním vyťaženého uhlia a ropy. v dôsledku rastu populácie a zvyšujúceho sa počtu moderných miest sa enormne zvýšila aj naša spotreba energie: domy potrebujú vykurovanie a ochladzovanie, verejné budovy a

priemyselné zariadenia potrebujú viac a viac energie, treba zabezpečiť verejnú dopravu. A v neposlednom rade je tu aj verejné osvetlenie, na ktoré sa spotrebuje polovica energie, ktorú mesto potrebuje.

v dôsledku narastajúceho využívania energie sa energetické zásoby zeme pomaly vyčerpávajú a čoskoro nám dôjdu aj fosílne palivá, ktoré nevieme tak jednoducho obnoviť. na rozklad rastlín a živočíchov sú totiž potrebné tisíce rokov, aby sa hlboko pod zemským povrchom premenili na energeticky bohaté materiály, ropu a uhlie. nehovoriac o tom, že nadmerná spotreba energie predstavuje vážny problém aj z hľadiska znečisťovania životného prostredia: dym

z tovární a výfukové plyny z motorových vozidiel obsahujú veľké množstvá oxidu uhličitého a rôznych ďalších znečisťujúcich látok, ako aj skleníkové plyny, ktoré sa uvoľňujú do atmosféry, čo má vážny dopad na budúcnosť našej planéty.

vedci si to uvedomili pred niekoľkými desaťročiami, a preto sa snažia upriamiť pozornosť každého človeka na úsporné využívanie energie. okrem toho vyvíjajú aj progresívne a vizionárske energetické koncepcie pre budúcnosť. ich cieľom je nájsť spôsoby, ako efektívnejšie využívať existujúce zdroje energie a zvýšiť životaschopnosť alternatívnych zdrojov energie.

35

nAŠA jediná perSpektívA: vyuŽívAnie oBnoviteľnýCH zdrojov enerGie veterná enerGiA

takzvané obnoviteľné zdroje energie, ktoré pochádzajú zo vzájomného pôsobenia prírodných javov, sa v malom rozsahu využívajú už stáročia: energiu vetra a vody využívajú mlyny, zatiaľ čo slnečná a geotermálna energia sa využíva na ohrev vody. nadišiel čas znovu objaviť tieto riešenia, pretože v sebe skrývajú omnoho väčší potenciál. A veda nám môže napomôcť k tomu, aby sme sa ho naučili lepšie využívať a vyrábali elektrickú energiu ohľaduplnejšie voči životnému prostrediu.

jedným z obnoviteľných zdrojov energie je vietor, ktorý sme znovu objavili až v posledných desaťročiach. pomocou moderných technológií vzniká dnes čoraz viac veterných fariem, ktoré sa snažia využívať obrovský potenciál vetra. v roku 2013 predstavovala kapacita veternej energie 318 Gw, čo je takmer desaťkrát viac než pred desiatimi rokmi.

veterná energia sa zachytáva a spracováva na veterných farmách, kde možno nájsť vedľa seba množstvo veterných elektrární. ich prevádzka je veľmi jednoduchá: veterné lopatky, ktoré zachytávajú vietor, sú spojené s turbínami, ktoré vyrábajú elektrinu. čistá energia, ktorá takto vznikne, môže slúžiť nielen pre obytné budovy, ale aj pre celé mestá. medzi krajinami strednej a východnej európy sa vo výrobe veternej energie vyníma rumunsko, ktorému sa podarilo za rok zvýšiť kapacitu veternej energie až 1,5-násobne, čiže v roku 2013 vyrábali jeho veterné elektrárne už 2 599 mw energie.

Fakty a čísla

9 % – predpokladá sa, že do roku 2020 bude veterná energia na celom svete predstavovať viac ako deväť percent vyrobenej energie. Aktuálny údaj sa pohybuje na úrovni okolo 2,3 %.50 % – Svetovým lídrom v oblasti veternej energie je dánsko. takmer tretinu jeho energetických potrieb generujú veterné turbíny. tento pomer sa čoskoro zvýši na 50 %.

36

inovAtívne mAteriály SA pouŽívAjÚ vo veternýCH turBínACH

vyuŽívAnie veternejenerGie nAd oBlAkmi

na účinnosť veterných turbín majú veľký vplyv materiály a životnosť veterných lopatiek, pretože v 90-metrovej výške môžu byť veterné mlyny vystavené vetrom s rýchlosťou až 300 km/h. preto konštruktéri spoločnosti BASF, nemeckého chemického priemyslu, vyvinuli technologický povlak, ktorý je flexibilný, odolný a odpudzuje slnečné ultrafialové žiarenie. ochranný povlak relest® si zachováva stabilitu aj v tých najextrémnejších poveternostných podmienkach a z veterných lopatiek sa neodlupuje, čím predlžuje ich životnosť. to všetko vedie k lacnejšej výrobe energie, ktorá šetrí životné prostredie. okrem toho sa vo veterných turbínach používa rad inovačných materiálov od spoločnosti BASF. patrí k nim napríklad dvojzložkový systém, ktorý sa skladá z epoxidovej živice a tvrdidiel na výrobu rotorových listov, alebo špeciálne injektážne materiály pre veže a základne. tieto vylepšenia umožňujú konštrukciu obrovských veterných turbín: aktuálnym rekordérom je veterná turbína s priemerom127 metrov, ktorej lopatky majú dĺžku až 60 metrov.

odvetvie veternej energetiky sa rozvíja veľmi rýchlo: vo fáze vývoja sú už plány, ako využiť energiu vetra nad oblakmi. v budúcnosti by sa na výrobu energie mohli využívať šarkany, ľahké lietadlá a balóny. jednou z takýchto elektrární budúcnosti je aj revolučná veterná turbína vo vzduchu wind turbine Airborne. ide

o tri metre vysokú cylindrickú turbínu naplnenú héliom, ktorá má v strede vrtuľu. toto zariadenie na héliový pohon sa dokáže vzniesť do výšky 300 metrov, kde je silnejší vietor, a tak môže zozbierať aj väčšie množstvo energie. elektrická energia vyrábaná vrtuľou sa privádza do generátora na zemi pomocou kábla.

90 m

etr

o

vietor S rýCHloSťouAŽ 300km/H

37

Slnečná enerGiAdruhou čistou energiou je slnečná energia, ktorú možno využívať pomocou špeciálnych zariadení. jedným sú solárne panely, ktoré premieňajú slnečnú energiu na teplo, a druhým je solárny článok, ktorý z energie slnka vyrába elektrinu. v súčasnosti nie je žiadnym prekvapením vidieť takéto sklenené zázraky na strechách domov, pretože ich inštalácia je ekonomickejšia a zároveň sa dajú ľahko pripojiť k systému rozvodu elektriny v dome. využívanie solárnych panelov v domácnostiach je výhodný obchod: nielen preto, že ušetríme peniaze na účtoch za elektrinu, ale vďaka nim môžeme peniaze aj zarobiť. prebytočnú energiu, ktorú ľudia vyrobia, no nespotrebujú, môžu od nich odkúpiť dodávatelia elektrickej energie. ešte prospešnejšie je využívanie slnečnej energie v priemyselnom rozsahu. preto sa v krajinách, kde je veľa slnečného svitu, budujú obrovské solárne farmy. v nich je možné nainštalovať až 120 000 solárnych článkov, ktoré dokážu vyrobiť až 2 000

mw energie ročne. toto množstvo by dokázalo zásobiť elektrickou energiou 700 tisíc domácností.

Ako presne sa však vyrába elektrická energia zo slnečného žiarenia? Solárny článok, alebo tiež fotovoltický článok, je elektrické zariadenie, ktoré priamo premieňa energiu svetla na elektrinu prostredníctvom tzv. fotovoltického javu. na tento proces premeny je potrebný materiál, ktorý najprv pohltí slnečnú energiu (fotóny), a potom vybudí elektróny do vyššieho energetického stavu. tok týchto vysokoenergetických elektrónov následne prúdi do vonkajšieho obvodu. Fotovoltické technológie však nie sú dostatočne efektívne ani z hľadiska účinnosti, ani z hľadiska nákladov, aby dokázali konkurovať iným zdrojom energie. Úlohou vedy je preto vyvinúť riešenia, ktoré by prispeli k tomu, aby slnečná energia mohla konkurovať konvenčným zdrojom energie. keďže účinnosť solárnych článkov do značnej

miery závisí od kvality materiálov podieľajúcich sa na celom procese, chemická spoločnosť BASF vyvíja riešenia na podporu výroby energie, ako sú napríklad technológie na báze kremíkových plátkov a tenkých vrstiev, či produkty na využívanie slnečnej energie ako panely a články. vyrába napríklad chemické prísady, vďaka ktorým je výroba kremíkových plátov presnejšia a lacnejšia. vyvinula tiež unikátne plastové materiály stabilné voči uv žiareniu, ktoré dokážu nahradiť hliníkovú konštrukciu solárnych panelov, vďaka čomu by solárne články dokázali lepšie odolávať poveternostným podmienkam. okrem toho sa používajú rôzne špeciálne lepidlá a izolačné materiály od tejto nemeckej spoločnosti, ktoré zaručujú trvanlivosť solárnych článkov.

38

vedeli ste, že...?Slnko je zdrojom neuveriteľného množstva energie: energia vyrobená Slnkom za jedinú hodinu by pokryla celkovú ročnú spotrebu energie ľudstva – ak by sme túto energiu vedeli v plnej miere využiť.

•

Fakty a čísla

1 248 gigawatthodín – presne toľko elektrickej energie vyrobili solárne elektrárne vo svete v roku 2013.

existujú tiež solárne farmy, kde sa slnečná energia usmerňuje pomocou takzvaných heliostatov – pohyblivých zrkadiel, pomocou ktorých sa priamo vyrába teplo. takéto farmy sa nazývajú solárne termálne farmy. najväčšia solárna termálna farma na svete má rozlohu vyše 600 hektárov a nachádza sa v púšti mojave na hraniciach medzi americkými štátmi kalifornia a nevada. jej 300 000 zrkadiel má kapacitu 392 mw, čo je množstvo energie, ktoré dokáže zásobiť 140 000 domácností. najväčšia solárna termálna farma v európe sa nazýva planta Solar 10 a nachádza sa v španielskej Seville.

Slnko uzAvretév komíne

novú alternatívu v oblasti obnoviteľných zdrojov energie predstavuje slnečná prúdová veža, známa aj ako solárny komín. princíp tohto zariadenia je založený na tisíce rokov známej skutočnosti, že teplý vzduch stúpa hore. Funguje nasledovne: slnečná energia zohrieva vzduch, čo vo vnútri veže vytvára vertikálne prúdenie vzduchu. v dôsledku toho sa začnú pohybovať veterné turbíny veže, pričom vzniká energia. v súčasnosti má takýto solárny komín čína, no podobné veže si plánujú postaviť aj ďalšie krajiny. jedna má napríklad vzniknúť v austrálskej púšti, kde je vzduch tesne nad zemou veľmi horúci. podľa plánov bude táto veža jednou z najvyšších budov na svete – jej výška má dosahovať 750 až 1 000 metrov.

39

vedeli ste, že...?Nevyčerpateľnú energiu vody možno využiť na výrobu energie aj v pomaly prúdiacich riekach. Táto metóda je celkom zabudnutá, používala sa však už okolo roku 1200 v prílivových elektrárňach. Jej podstata spočíva v tom, že malé vodné turbíny využívajú energiu pohybu vody medzi prílivom a odlivom. Toto ekologicky šetrné riešenie sa však menej využíva od začiatku 19. storočia, teda od obdobia industrializácie, keďže nebolo také efektívne ako ropa či uhlie.

•

Fakty a čísla

Až 20 %svetovej ročnej produkcie energie pochádza zvodnej energie.

vodná enerGiA

vodná energia sa odlišuje od ostatných obnoviteľných zdrojov energie tým, že je nepretržite k dispozícii. vietor nie vždy vanie a slnko svieti iba v priebehu dňa, no voda sa nikdy nezastaví, a preto predstavuje omnoho stabilnejší zdroj energie. nie je preto žiadnou náhodou, že táto zelená energia je vo svete najrozšírenejšia: takmer 20 percent elektrickej energie vo svete, teda približne2 030 twh, sa vyrába práve z vodnej energie. je to stonásobne

viac, než je kapacita v súčasnosti fungujúcich veterných fariem. odhaduje sa, že celkový objem dostupnej vodnej energie vo svete je desaťnásobný, teda ešte stále existujú nevyužité polia. vzhľadom na rýchlo tečúce horské rieky sú najväčšími využívateľmi vodnej energie nórsko, Švajčiarsko, taliansko, Švédsko a Fínsko. z toho istého dôvodu je nórsko zároveň svetovým lídrom vo využívaní obnoviteľných zdrojov energie.

vodná energia sa využíva vo vodných elektrárňach, kde sa riekam zvyčajne stavajú do cesty priehrady, a energia riečnej vody sa potom pomocou vodných turbín a generátorov premieňa na elektrickú energiu. okrem toho existujú aj vlnové elektrárne, ktoré využívajú energiu nepretržitého morského príboja. Hoci táto oblasť je stále nevyužitá, podľa odborníkov na energetiku by sa mohlo z morského príboja a pobrežných vĺn oceánov vyrábať až 15 percent svetovej elektrickej energie – čo je obrovské

množstvo, presne dvojnásobok toho, koľko v súčasnosti vyrábajú jadrové elektrárne na celom svete.Ako vyplýva zo všetkých uvedených skutočností, úlohou dnešných aj budúcich inžinierov je znovu objaviť tieto prírodou dané technológie a za pomoci moderných materiálov a vyspelých počítačových systémov postaviť viac efektívnejších zelených elektrární.

40

enerGiA je vŠAde, len ju muSíme vedieť vyuŽívAť

enerGiA zodpAdu

pri výrobe energie je čoraz dôležitejším faktorom bioplyn. možno ho vyrábať z miestne dostupných surovín, ako je napríklad recyklovaný odpad. je to zároveň obnoviteľný zdroj energie a v mnohých prípadoch vykazuje veľmi malú uhlíkovú stopu. Bioplyn vzniká anaeróbnym metabolizmom

anaeróbnych baktérií alebo fermentáciou biologicky rozložiteľných materiálov, ako je hnoj, odpadové vody, komunálny odpad, zelený odpad, materiál rastlinného pôvodu a poľnohospodárske plodiny. plyny metán, vodík a oxid uhoľnatý (Co) možno spáliť alebo oxidovať pomocou kyslíka. pritom sa

uvoľňuje energia v podobe bioplynu, ktorý sa dá využiť ako palivo a tiež na rôzne vykurovacie účely, vrátane varenia. použiť ho možno aj v plynových motoroch, kde dochádza k premene energie plynu na elektrinu a teplo.

popri čoraz rozmanitejších spôsoboch využívania obnoviteľných zdrojov energie dokážu tvoriví vedci vyrábať energiu vskutku ohromujúcimi spôsobmi. napríklad na využitie kinetickej alebo mechanickej energie stačí len trochu fantázie a zopár inovačných vedeckých riešení. vo

viacerých mestách sú dnes v asfalte alebo v chodníkoch umiestnené snímače, ktoré využívajú energiu krokov chodcov. táto mimoriadne úspešná iniciatíva bola po prvý raz predstavená na letných olympijských hrách v londýne v roku 2012. odvtedy podobné energetické chodníky fungujú

v izraeli, vo francúzskom meste toulouse aj v tokiu. Ba čo viac, istý kreatívny majiteľ diskotéky v Holandsku zaviedol prvý udržateľný tanečný parket na svete, ktorý zhromažďuje kinetickú energiu z pohybu tanečníkov a pomocou generátorov z nej vyrába elektrinu.

?

41

kinetiCkéFutBAlové iHriSko

neplytvAjte!

nedávno otvorili v Brazílii prvé kinetické futbalové ihrisko. pod trávnikom sa nachádza asi 200 dlaždičiek zachytávajúcich energiu, ktoré využívajú pohyb hráčov na výrobu elektrickej energie. okolo ihriska sú okrem toho nainštalované aj solárne panely. kým 80 % energie, ktorá sa na ihrisku spotrebuje počas dňa, vyrábajú solárne panely, kinetické dlaždičky zabezpečujú 100 % energie v noci.

vedci zaoberajúci sa vývojom budúcnosti sa zhodujú v tom, že nadchádzajúcu energetickú krízu len čiastočne vyriešia obnoviteľné zdroje energie a vyššie spomenuté inteligentné riešenia: prinajmenšom rovnako dôležité je šetrenie energiou a znižovanie energetických potrieb sveta. výpočty naznačujú, že ak budeme naďalej plytvať, energetické potreby ľudstva sa do roku 2030 zdvojnásobia, čo znamená, že sa zdvojnásobia aj emisie oxidu uhličitého. Ak však začneme energiou šetriť, dopyt po energii stúpne len o 16 percent.

veľká zodpovednosť v oblasti šetrenia energiou leží na pleciach obyvateľov miest, pretože prevažnú časť energie spotrebujú práve veľké mestá. zmeniť sa musia aj priemyselné zariadenia, pretože využívajú omnoho viac energie ako domácnosti. ich úlohou je vyvinúť vlastné technológie a optimalizovať svoje procesy tak, aby znížili svoju energetickú náročnosť. tento proces sa už začal a množstvo veľkých priemyselných závodov prešlo modernizáciou s cieľom šetriť energiu.

16 %

dopyt po energiistúpne len o

Fakty a čísla

53 % – toto je množstvo energie, ktoré bude ľudstvo potrebovať do roku 2030 okrem svojej aktuálnej potreby, ak nebudeme šetriť energiou. 16 % – toto je množstvo energie, ktoré bude ľudstvo potrebovať do roku 2030 okrem svojej aktuálnej potreby, ak budeme šetriť energiou.

TIPYako šetriť energiu:!

• Stlmtekúrenie:zníženímteplotyvdomácnostiužojeden stupeň Celzia znížite náklady na energiu o šesť percent.• Vymeňtesidomaklasickéžiarovkyzaúsporné,ekologicky šetrné svetelné zdroje s technológiou led. Spotrebujú až o 90 % menej energie a vydržia dlhé roky!• Keďvarítevodu,zvážte,koľkovodynaozajpotrebujete,a uvarte len také množstvo, ktoré spotrebujete. takto ušetríte nielen energiu, ale aj vodu.• Zabudnitenapohotovostnýrežimspotrebičov(stand-by)! prístroje v pohotovostnom režime tiež otáčajú ručičkami elektromera, preto každé elektrické zariadenie po skončení používania radšej vždy vytiahnite zo zásuvky.• Modernizujtesidomácnosťizoláciou!Vdomácnostiachsa najviac plytvá energiou v dôsledku únikov tepla, preto je veľmi dôležité, aby ste mali všetky okná a dvere dobre izolované.

AK ZAčNEmEšETRIť ENERGIu

42

43

CHémiASolárnyCHčlánkov

Solárne články obsahujú dva druhy materiálu, ktoré sa často označujú ako polovodiče typu p a n. Svetlo určitej vlnovej dĺžky dokáže ionizovať atómy týchto polovodičov, preto dopadajúce fotóny vytvárajú nadbytočné nosiče náboja. väčšinu nosičov kladného náboja (diery) možno nájsť vo vrstve p, kým nosiče záporného náboja (elektróny) sa nachádzajú vo vrstve n. Hoci nosiče náboja oboch opačne nabitých vrstiev sa navzájom priťahujú, môžu sa zlučovať jedine pri prechode vonkajším okruhom kvôli potenciálnemu kroku medzi nimi.

44

Svetelné zdroje budúcnostivývoj technologických noviniek ovplyvnil aj odvetvie osvetlenia. volfrámové a halogénové žiarovky pomaly nahrádzajú úsporné a inteligentné svetlá s technológiou led a oled. vedci tiež pracujú na tom, aby bolo možné osvetliť aj interiéry uzavretých priestorov prirodzeným svetlom bez toho, že by svetlá budúcnosti museli obsahovať žiarovku.

A Bolo Svetlo

je zrejmé, že vynález žiarovky, o ktorý sa v 19. storočí pričinil thomas Alva edison, úplne pretvoril svet. predtým sa všetky činnosti vykonávali cez deň, za denného svetla: ľudia chodievali spať skoro večer a budili sa za svitania. moderný človek však svetlo používa namiesto toho, aby sa mu prispôsoboval, pretože svetlo potrebujeme aj neskoro večer. vlastne osvetlenie potrebujeme aj cez deň, pretože väčšiu časť dňa už dávno netrávime vonku, ale vo vnútri, kde zvyčajne nie je prirodzené svetlo.jediný problém je, že na osvetlenie je potrebných až 19 percent z celkovej svetovej výroby energie. ľudstvo potrebuje viac a viac svetla na rozvoj technológií a zmeny v oblasti životného štýlu, preto je také dôležité energeticky úsporné osvetlenie. znížením množstva energie potrebnej na osvetlenie by sa mohli výrazne znížiť aj škodlivé emisie oxidu uhličitého. preto inžinieri a odborníci za pomoci vedy pracujú na vývoji nových, doposiaľ nevídaných riešení osvetlenia.

vedeli ste, že... ?Zimný a letný čas sa zaviedol s cieľom ušetriť energiu na osvetlenie. Vďaka tomuto riešeniu sa ušetrí energia rovnajúca sa približne 300 000 tonám ropy.

•

45

Skôr, než sa pozrieme na moderné vedecké riešenia osvetlenia, pozrime sa na zdroje svetla, ktoré máme k dispozícii na zemi:

teóriA SvetlA

Svetelné zdroje AleBo zAriAdeniA,ktoré SA pouŽívAjÚ nA výroBu viditeľnéHo SvetlA, moŽno rozdeliť do dvoCH Skupín.

primárne svetelné zdroje samy vyžarujú svetlo.

Sekundárne svetelné zdroje iba odrážajú alebo rozptyľujú svetlo pochádzajúce z iných svetelných zdrojov.

podľA prinCípu FunGovAniA zASArozliŠujeme tieto primárne Skupiny:

prírodné: svetlo emitujúce hviezdy, blesk, polárna žiara, bioluminiscencia vyžarovanie svetla živými organizmami

spaľovacie: pochodeň, sviečka, plynová lampa, oheň, magma

1.

1.

2.

2. 5.

3.

4.

elektrické: žiarovka volfrámové a halogénové žiarovky elektroluminiscencia led nízkotlaková plynová výbojka (kompaktná) žiarivka, indukčná lampa vysokotlaková plynová výbojka ortuťová výbojka, xenónová výbojka

chemické: chemiluminiscencia tento jav sprevádza chemické reakcie, pri ktorých vzniká produkt v excitovanom stave, a keď tento stav skončí, vznikne určité kvantum svetla

sekundárne: tepelné žiarenie, laser

46

Svetelná revolÚCiA

v porovnaní s inými oblasťami vedy je prekvapujúce, aký pomalý bol vývoj osvetlenia. na prvú úspornú žiarovku sme museli čakať viac ako sto rokov: verte či nie, no na mnohých miestach sa dodnes používajú žiarovky, ktoré fungujú na rovnakom princípe, ako vynašiel edison v 19. storočí.Ale prečo bolo potrebné vo vývoji pokročiť? Žiarovka nie je efektívna, pretože až 90 % energie sa stráca vo forme tepla a len 10 % sa využije na výrobu svetla. to je vskutku mimoriadne plytvanie, keď vezmeme do úvahy, že naše energetické zdroje sú obmedzené (viac o tejto téme nájdete v našom článku „energia“). S plytvaním musíme

urýchlene prestať, preto európska komisia prijala zelenú knihu a začala konzultácie o budúcnosti ekologicky šetrného a energeticky úsporného osvetlenia. Cieľom do roku 2020 je znížiť spotrebu energie súvisiacu s osvetlením v európskych krajinách o 20 percent. predaj žiaroviek v európskej únii v najbližších rokoch postupne vymizne, a v dôsledku toho budú musieť byť žiarovky v domácnostiach, kanceláriách a verejných priestoroch nahradené úspornými svetelnými zdrojmi. v poslednom desaťročí sa začali šíriť aj energeticky úsporné halogénové žiarovky, v ktorých je umiestnený halogén (jód alebo bróm). toto vlákno má vyššiu

teplotu než volfrámové vlákno, preto je žiarovka vyrobená z tvrdého skla alebo kremeňa. pomerne populárne sú aj úsporné žiarivky, v ktorých vzniká viditeľné svetlo výbojom plynnej zmesi ortuti a argónu medzi vláknami. to vedie k vzniku ultrafialového žiarenia, ktoré uvádza luminofory v žiarivke do excitovaného stavu, pričom sa vyžaruje viditeľné svetlo. najsľubnejšou alternatívou je dióda led (angl. „light emitting diode“, dióda emitujúca svetlo) alebo jej organická verzia oled (angl. „organic light emitting diode“, organická dióda emitujúca svetlo), ktorá je známa aj ako svetelný zdroj v pevnej fáze (SSl).

Žiarovka nie je eFektívnA, pretože až 90 % energie sa stráca vo forme tepla a len 10 % SA vyuŽije na výrobusvetla.

vedeli ste, že...?verte či nie, no na mnohých miestach sa dodnes používajú žiarovky, ktoré fungujú na rovnakom princípe, ako vynašiel edison v 19. storočí.

•

47

diódy led A oled

Šírenie svetelnej technológie led a oled je nesporné. tieto svetlá majú v porovnaní s klasickými žiarovkami viacero výhod. po prvé, sú energeticky omnoho úspornejšie, po druhé, ich životnosť dosahuje 40 až 60 rokov. vo svetlách s technológiou led svetlo generuje dióda pripojená k elektrickému prúdu, ktorý excituje elektróny atómov v materiáli diódy a núti ich prejsť na vyššiu energetickú hladinu (elektrónový orbitál). pri návrate

do svojej pôvodnej energetickej hladiny vyžiaria fotóny, teda svetlo.rozdiel medzi diódami led a oled spočíva v písmene „o“, čo je skratka pre „organický“. kým diódy led využívajú drobné kryštály na báze napríklad nitridu gália, diódy oled sú vyrobené z organických zlúčenín podobných pigmentom, ktoré sa zvyčajne používajú ako náter základných materiálov pomocou naparovania. organické diódy

emitujúce svetlo (oled) vytvárajú svet, kde môžu existovať osvetlené tapety a okenné tabule, ktoré sa v noci menia na zdroje svetla. odborníci sú presvedčení, že v najbližších rokoch by tieto sľubné šetriče energie mohli spôsobiť revolúciu v odvetví osvetlenia. očakávania kladené na diódy oled sú vysoké: očakáva sa, že budú efektívnejšie než všetky existujúce zdroje svetla a že jedného dňa dokážu premieňať na svetlo takmer 100 % svojej energie.

oled spočíva v písmene „o“, čo je skratka pre „organický“.

48

inteliGentnýzdroj SvetlA

na udeľovaní prestížnych cien za osvetlenie edison lighting Award v roku 2014 získal zlatú medailu inteligentný zdroj svetla liFx. ide o energeticky úsporné svetlo led s meniacimi sa farbami, ktoré disponuje pripojením wiFi, takže ho možno ovládať inteligentným telefónom pomocou bezplatnej aplikácie. tento vynález ponúka používateľom neuveriteľný zážitok: 16 miliónov farieb, programovateľné osvetlenie a efekty, ba dokonca aj možnosť harmonizácie osvetlenia s vašou obľúbenou hudbou. Svetelný tok s maximálnou hodnotou 1 000 lúmenov možno používať až 25 rokov.

Svetelný tok S mAximálnou Hodnotou 1 000 lÚmenov moŽno pouŽívAť AŽ 25 rokov.

49

preHodnotenie oSvetleniA

mimoriadne výhody diód oled sa dajú účinne a tvorivo aplikovať v oblasti spotrebnej elektroniky. predstavte si napríklad pružný, rolovací televízor! jeho realizácia je možná – stačí použiť obrazovku s diódami oled vloženú do tenkej plastovej vrstvy. Škála možností je takmer nekonečná. odborníci

spoločnosti BASF už vyvinuli tenký svetelný zdroj, ktorý po umiestnení na strechu automobilu funguje ako solárny panel, hoci inak funguje ako zdroj svetla; a keď sa vypne, je úplne priesvitný. vozidlo s takouto „presklenou strechou“ cez deň zbiera energiu a vo večerných hodinách ňou osvetľuje interiér.

50

Ako FunGujÚ diódy oled?

diódy oled sú skonštruované ako sendvič, ktorého náplň tvoria tenučké vrstvy organického materiálu. tieto vrstvy sú umiestnené medzi kladne nabitú anódu a záporne nabitú katódu. keď cez ne prechádza elektrický prúd, elektróny

a kladné náboje prúdia do stredu „sendviča“ a zlučujú sa, pričom spôsobujú žiarenie prítomných molekúl. keďže organické vrstvy sú veľmi citlivé na vodu a kyslík, musia byť uložené v ochrannom puzdre.

Svetelnú technológiu led možno efektívne využívať aj v iných oblastiach, napríklad pri pestovaní izbových rastlín, kde dokáže dokonale napodobniť slnko. na experimentálnej stanici americkej pestovateľskej firmy Green Sense Farms sa pestuje šalát, kel, bazalka a pažítka v priestoroch s klimatizáciou a umelým osvetlením s technológiou led. rastliny sa pestujú 22 hodín denne a 365 dní v roku v 7,5-metrových vežiach, nedotknuté škodcami a zaliate neprirodzeným ružovým svetlom. toto svetlo, samozrejme, nie je rovnaké, ako vyžarujú bežné diódy led, ale ide o vlnovú dĺžku potrebnú pre rast rastlín. toto riešenie je obzvlášť vhodné pre malé, listnaté plodiny, no veda zrejme vyvinie umelé a výživné svetlo aj pre obilniny, ktoré sa produkujú vo veľkých objemoch, ako je napríklad kukurica či pšenica.

šalát

, kel,

baz

alku

a pa

žítku

pestu

jú 22

Hodín

denne

v 7,5

met

rovýCH vež

iach

365

dní v

roku

51

Fakty a čísla

v elektrickýchžiarovkách, halogénových žiarovkách a úsporných žiarovkách sa veľká časť energie premieňa na teplo namiesto svetla – napríklad teplota povrchu svietiacej 100-wattovej elektrickej žiarovky dosahuje viac ako 200 °C. oproti tomu diódy oLED, ktoré sa momentálne vyvíjajú v drážďanoch, si zachovávajú teplotu okolo 30 °C, takže sú stále bezpečne chladnejšie než teplota ľudského tela.

jednA diódA oled vydrŽí päť- AŽ 10-krát dlHŠie neŽ klASiCká ŽiArovkA.

počet Hodín, ktoré vydrŽí diódA led.

počet Hodín, ktoré v SÚčASnoSti vydrŽí diódA oled.

5-10

40.000

10.000

52

Automatizácia zasiahla, samozrejme, aj oblasť osvetľovacej techniky. v inteligentnej domácnosti, ktorá je vybavená inteligentným ovládacím systémom, dokážeme nielen vypínať a zapínať svetlo, či regulovať jeho intenzitu, ale môžeme si uložiť aj osobné nastavenia. obľúbené nastavenia je možné kedykoľvek vyvolať z pamäte a všetky svetlá v dome si môžeme nastaviť jediným dotykom podľa svojej

aktuálnej nálady, časti dňa alebo činnosti, ktorú práve vykonávame.potenciál technológie oled však ďaleko presahuje funkciu obyčajných svetiel či programov osvetlenia. Svetlo týchto diód je oveľa príjemnejšie, mäkšie a miernejšie než akýkoľvek iný zdroj svetla, preto ho vynálezcovia označujú za „svetlo duševnej pohody“. tajomstvo faktora „prívetivosti“ tejto technológie spočíva v spôsobe, akým

vyžaruje svetlo. diódy oled na rozdiel od všetkých ostatných minulých či súčasných umelých zdrojov svetla nevyžarujú svetlo bodovo, ale sú to ploché svetelné zdroje. pomocou diód oled je tiež možné regulovať teplotu farieb a prispôsobovať svetlo rôznym častiam dňa. takže pre ranné a večerné hodiny si môžeme zvoliť teplé biele svetlo, kým cez deň môžeme používať chladné biele svetlo.

inteliGentná domáCnoSť, inteliGentné oSvetlenie

Svetlo týCHto diód je oveľA príjemnejŠie, mäkŠie A miernejŠie neŽ Akýkoľvek iný zdroj SvetlA, preto Ho vynálezCoviA oznAčujÚ zA „Svetlo duŠevnej poHody“.

53

návrhárov osvetlenia inšpiruje aj ďalšia vlastnosť diód oled. Sú vyrobené z tenučkých organických materiálov a je možné, že v dohľadnom čase nimi bude možné potiahnuť tapety, stropy či okná ako „druhou kožou“. vďaka tomu by mohol napríklad strop miestnosti vytvoriť dokonalú ilúziu letnej oblohy, alebo stena by sa mohla premeniť na virtuálnu jarnú lúku. keď sú vypnuté, vrstvy diód oled

sú biele, reflexné alebo priesvitné – takže by sa mohli použiť pri tvorbe okenných tabúľ, ktoré cez deň vpúšťajú dnu svetlo a potme sa menia na ploché osvetlenie. nízkoenergetické diódy inšpirujú nielen dizajnérov, ale možno ich použiť napríklad aj v móde, nábytkárstve, pri navrhovaní šperkov alebo vo výtvarnom umení. ich prirodzené „prívetivé“ svetlo by sa v budúcnosti mohlo používať aj v

nemocniciach a lekárskych ordináciách. dopyt prichádza aj zo strany múzeí, ktoré majú záujem o jemné osvetlenie bez ultrafialových lúčov a silného tepelného vyžarovania. japonsko je v tomto smere už o krok vpred: prvé tamojšie výstavné siene sú už vybavené osvetlením s diódami oled.

proBlém modrej FArBy

Biele svetlo organickej diódy emitujúcej svetlo (oled) dosiahneme len správnou zmesou červeného, zeleného a modrého svetla. Až doteraz si však výrobcovia museli vystačiť s modrou farbou, ktorá je pomerne neúčinná. Žiarivkové žiariče aktuálne dostupné na trhu premieňajú na svetlo len štvrtinu energie a zvyšok sa vyžiari v podobe tepla. Chemici spoločnosti BASF preto začali pred pár rokmi

hľadať riešenie „problému modrej farby“. objavili molekuly, ktoré žiaria namodro a takmer všetku energiu dokážu premeniť na svetlo. tieto molekuly patria k vysoko účinným fosforeskujúcim žiaričom používaným v diódach oled. malo to však jeden háčik: vydržali len pár minút. do roku 2016 by mala mať modrá farba od spoločnosti BASF už potrebnú sýtosť, ktorú môže využiť zobrazovací priemysel.

54

možno to znie neuveriteľne, ale je možné, že v budúcnosti nebudeme potrebovať pouličné lampy. namiesto nich budú osvetlenie zabezpečovať rastliny rastúce pri ceste. výskumný tím z amerického San Francisca pracuje na výrobe svietiacich rastlín s využitím syntetickej biológie. podľa ich plánov sa budú do rastlín implantovať segmenty syntetickej dnA, ktorá je založená na dnA svätojánskej mušky a svetielkujúcich morských baktérií.

SvietiACe rAStliny – lAmpy z rAStlín produkujÚCiCH Svetlo

pre väčšinu z nás je laser pestrofarebná zmes blikajúcich svetiel, ale nie je to tak u každého. Steven denBaars, vedecký pracovník z kalifornskej univerzity v Santa Barbare, si myslí, že laserové svetlo by mohlo dokonale nahradiť tradičné lampy – napríklad celý strop miestnosti by sa mohol rozsvietiť, ako keby to bolo jedno veľké strešné okno. Alebo si predstavte hotelové tanečné sály, kde desiatky či stovky žiaroviek nahradí len hŕstka veľmi jasných svetelných zdrojov.

na prvý pohľad sa zdá, akoby teplé

svetlo žiarovky, ktorá produkuje svetlo zohrievaním vlákna, až kým sa nerozpáli dobiela, nemalo nič spoločné s laserom, ktorý generuje svetlo jedinej vlnovej dĺžky a vystreľuje sústredený lúč na nepatrný cieľ. niečo však spoločné predsa len majú – technológiu led. ukazuje sa, že tie lasery, na ktorých pracuje denBaars, sú založené na existujúcich diódach emitujúcich svetlo a označujú sa ako „laserové diódy“.

Sú veľmi podobné svetlu s technológiou led. Skladajú sa z rovnakých materiálov, len po oboch stranách svetla led

umiestnite dve zrkadlá a je z toho laser. len čo odraz prejde tam aj späť, vznikne zosilnenie účinku a bežná emisia svetla prechádza do stimulovanej emisie – je to ako lavína. najlepšie laserové diódy dosahujú pri premene elektriny na svetlo približne rovnakú účinnosť ako bežne kupované svetlá s diódami led – len s jedným podstatným rozdielom: do laserovej diódy sa vojde viac ako2 000-násobne viac elektriny. teoreticky to znamená, že laserová dióda dokáže vyrobiť na štvorcový centimeter 2 000-krát viac svetla.

lASer Ako zdroj SvetlA

55

najúspornejším zdrojom svetla je jednoznačne Slnko, ktoré sa moderná architektúra snaží využiť používaním presklených striech a átrií. veľmi jednoduché riešenie, ktoré je už čoraz bežnejšie, je založené na privádzaní priameho slnečného svetla do obydlí. Aj keď to nie je nič nové, toto kreatívne riešenie sa často používa v technicky zaostalejších oblastiach: použitá fľaša pet sa naplní vodou a pridá sa do nej malé množstvo bielidla, ktoré vodu

dezinfikuje a prečistí. Fľaša sa potom vertikálne zakliesni do otvoru v streche, zabezpečí sa proti pádu a utesní kúskom gumy. A je hotová provizórna žiarovka. keď na fľašu zvonka svieti slnko, voda v nej spôsobuje lom slnečných lúčov a osvetľuje interiér chatrče bez použitia elektriny.

modernejší prístup predstavuje privádzanie slnečného svetla do miestnosti pomocou solárnej trubice,

ktorá je priamo zabudovaná do strešnej konštrukcie a funguje ako aktívny hranol. vo vonkajšej strane je svetelný kolektor, odkiaľ svetlo prúdi na druhú stranu trubice (ktorá je už vo vnútri miestnosti) pomocou zrkadiel. najvyspelejšia konštrukcia dokáže posunúť svetlo bez strát aj na vzdialenosť šesť metrov. takto možno poľahky osvetliť slnečným svetlom aj miestnosť bez okien s rozlohou do 25 metrov štvorcových.

v roku 2014 získali nobelovu cenu za fyziku dvaja japonskí a jeden americký vedec – isamu Akasaki, Hiroshi Amano a Shuji nakamura – „za vynález účinných diód emitujúcich modré svetlo, ktorý umožnil vznik jasných a úsporných bielych svetelných zdrojov“. laureátom sa podaril tento epochálny objav začiatkom 90. rokov minulého storočia.

prvé diódy emitujúce svetlo, teda led, boli vyrobené už v 60. rokoch 20. storočia. dokázali však vyrábať len infračervené svetlo: dodnes ich možno nájsť v

diaľkových ovládačoch. vedci vyrábali jasnejšie a jasnejšie diódy led, až sa na stupnici vlnových dĺžok objavili červené a následne zelené diódy led. modré svetlo však stále odolávalo a nikto nevedel vyrobiť diódu emitujúcu modré svetlo – a bez modrej zložky nie je možné vyrobiť ani biele svetlo. modré diódy led na báze nitridu gália vyrobené pred dvadsiatimi rokmi boli prvými, ktoré dokázali generovať svetlo s vysokým jasom, a tak sa konečne otvorila cesta k výrobe kombinovaného (červená + zelená + modrá) bieleho svetla s technológiou led.

nA prirodzenomSvetle záleŽí!

noBelovA CenA zAteCHnolóGiu led

56

nové perspektívy v dopravedoprava sa stala dôležitou súčasťou nášho každodenného života – no napriek tomu spotrebuje obrovské množstvo energie a má za následok enormné množstvo emisií znečisťujúcich látok; deň čo deň znečisťujú ovzdušie výfukové plyny zo stámiliónov vozidiel. je zrejmé, že súčasťou udržateľného rozvoja musí byť aj revolúcia v oblasti dopravy, a v tom nám môže prísť na pomoc veda.

nAŠi kAŽdodenníSpoločníCi: Autá

Automobily sa stali súčasťou nášho každodenného života len za posledných sto rokov – zvykli sme si však na ne do takej miery, že si už ani nevieme predstaviť, čo by sme robili, keby sme ich nemali. narastajúci počet motorových vozidiel však veľkou mierou prispieva k vyčerpávaniu zásob ropy a uhlia, teda fosílnych zdrojov energie na zemi, keďže väčšina vozidiel jazdí na benzín alebo naftu, ktoré sa vyrábajú z ropy. navyše ich výfukové plyny obsahujú znečisťujúce plyny ako

oxid uhličitý, oxid uhoľnatý, oxidy dusíka a uhľovodíky. podľa odhadov bude do roku 2021 jazdiť na cestách vo svete okolo 1,2 miliardy automobilov, čo je v porovnaní s dneškom nárast o takmer 300 miliónov. k dnešnému dňu je doprava zodpovedná za 50 percent celkového znečistenia ovzdušia, čím sa stáva jednou z najnáročnejších oblastí, v ktorej bude potrebné dosiahnuť dramatický pokles.

57

reneSAnCiABiCyklA

mnohí presedlali zo štyroch kolies na dve – niektorí preto, aby chránili životné prostredie, iní z praktických dôvodov – a cestujú z domu do práce alebo do školy na bicykli. zaujímavé je, že ročne sa vyrobí dvakrát viac bicyklov ako automobilov, a v minulom desaťročí sa predalo oveľa viac bicyklov než predtým. niektoré národy majú záľubu v bicyklovaní už v rámci svojej tradície, ako napríklad Holanďania: v Holandsku prevyšuje počet bicyklov dokonca počet obyvateľov. podobná je situácia v číne a v krajinách juhovýchodnej ázie, aj keď tam sa častejšie používajú elektrické bicykle vzhľadom na väčšie vzdialenosti.

čoraz väčšia obľúbenosť bicyklovania je zjavná aj z narastajúceho počtu unikátnych materiálov a moderných dizajnov, vďaka ktorým sú bicykle dnes ešte pohodlnejšie, bezpečnejšie a jedinečnejšie. jednou z najhorúcejších noviniek sú rámy bicyklov vyrobené z dreva alebo bambusu, ktoré sú mimoriadne pružné a znesú veľké zaťaženie.

Spoločnosť BASF, ktorá sa podieľa na vývoji inovačných materiálov, vytvorila svoj vlastný koncepčný bicykel, v ktorom sa spája spomienka na minulosť s prísľubom budúcnosti. Bicykel s názvom Concept 1865 vyzerá ako bicykle, ktoré sa vyrábali pred 150 rokmi, no obsahuje 24 druhov vysoko odolných technických plastov, špeciálnej peny, epoxidovej živice a polyuretánových materiálov. vďaka nim je bicykel unikátny nielen vonkajším vzhľadom, ale aj z hľadiska používateľskej skúsenosti.

Fakty a čísla

denne pribudne na svetových cestách95 500 nových vozidiel.do roku 2021 bude na svetových cestách jazdiť približne 1,2 miliardy áut. motorové vozidlá sú zodpovedné za 40 % znečistenia ovzdušia v európe.viac ako 80 % ciest autom v európe sa uskutoční na vzdialenosť menšiu ako 20 kilometrov.

58

výrobcovia a dodávatelia automobilov sa snažia prísť na to, ako znížiť celkovú spotrebu paliva aj produkciu emisií napriek prudkému nárastu používania vozidiel. prvým navrhnutým riešením bol vývoj elektrických vozidiel, ktoré poháňa elektromotor napájaný dobíjateľným akumulátorom. Ako prvé sa vo veľkom počte na verejných komunikáciách objavili hybridné vozidlá, ktoré prinášajú spojenie spaľovacieho motora a elektromotora, čo má zabezpečiť zníženie spotreby paliva aj produkcie emisií. ich výhodou je, že efektívne využívajú elektrický pohon v mestskej premávke, kde sú vzdialenosti kratšie, kým pri dlhších vzdialenostiach sa prepnú na pohon s tradičným motorom, ktorý umožňuje jazdiť vyššou rýchlosťou.najdôležitejšou súčasťou elektromobilu je akumulátor, v ktorom sa ukladá energia.

Skutočný prielom sa podarilo dosiahnuť zavedením lítiových akumulátorov, ktoré sú omnoho výkonnejšie než ich predchodcovia. na jedno nabitie dokážu pokryť vzdialenosť 150 až 200 kilometrov, čo je na priemerné vzdialenosti v mestách viac než dosť, a večer možno vozidlo pripojiť k nabíjačke, podobne ako mobilný telefón. Snom vedcov je však nájsť také riešenie, ktoré by umožnilo absolvovať na jedno nabitie oveľa väčšie vzdialenosti. inžinieri chemickej firmy BASF už pracujú na vývoji akumulátorov novej generácie. kombináciou lítia so sírou alebo vzduchom by akumulátory mohli získať vyššiu hustotu energie, vďaka čomu by vozidlo mohlo teoreticky prejsť až 400 kilometrov na jedno nabitie.Ďalším riešením na zvýšenie účinnosti nabíjania by mohol byť nový hybridný

elektromobil typu plug-in (pHev). tieto vozidlá majú výkonnejší akumulátor a možno ich dobíjať z bežnej elektrickej zásuvky. pHev majú taktiež spaľovací motor, ktorý môže pomáhať pri nabíjaní elektrického akumulátora a zároveň fungovať ako predlžovač dojazdu, no jeho použitie značne minimalizuje lepšia výdrž akumulátora. Sľubnou novinkou môžu byť aj panely karosérie, ktoré ukladajú energiu. niektoré európske firmy už v súčasnosti skúmajú a testujú panely karosérie, ktoré dokážu uchovávať energiu a nabíjajú sa rýchlejšie než dnešné konvenčné akumulátory. testované panely karosérie sú vyrobené z polymérového vlákna a uhlíkovej živice, ktoré sú dostatočne pevné na použitie v automobiloch a zároveň dostatočne pružné na to, aby sa dali vyformovať do tvaru panelov.

elektromoBily – vozidlá BudÚCnoSti?

vedeli ste, že...?Nie je pravda, že vozidlá na elektrický pohon sú pomalé. Jedným z najrýchlejších elektromobilov na svete je koncept Rimac Concept One, ktorý vyvinul mladý chorvátsky vynálezca mate Rimac. Vozidlo poháňa motor s výkonom1 088 k a dokáže vyvinúť rýchlosť až 300 km/h.

•

Fakty a čísla

500 000 –počet elektromobilov na celom svete.+ 100 % – predpokladaný nárast počtu elektromobilov do roku 2022. 2040 –každý druhýautomobilbude hybridný.

59

vodíkováelektráreň v Aute

perspektívnou možnosťou, ktorá by mohla viesť k vzniku ekologicky šetrných a stopercentne čistých automobilov s nulovým znečistením, je palivový článok, ktorý na palube vozidla vytvára elektrickú energiu chemickou reakciou medzi vodíkom a kyslíkom. Chemická energia z reakcie týchto dvoch prvkov sa premieňa na elektrinu, teplo a vodu – takže z výfuku vychádza len para. vozidlá vybavené palivovými článkami majú dojazd porovnateľný s dnešnými vozidlami

s pohonom na zážihový motor. ponúkajú rovnaký výkon aj dojazd ako tradičné vozidlá – hoci vývojári musia prekonať ešte množstvo prekážok. musia nájsť vo vozidle miesto, kde by sa dala umiestniť veľká vodíková nádrž, a tiež znížiť hmotnosť palivového článku. A v neposlednom rade je potrebné vybudovať sieť vodíkových čerpacích staníc, kde budú môcť automobily na palivový článok dopĺňať vodík namiesto benzínu.

60

nemecké stredisko pre letectvo a vesmír (dlr) v spolupráci s nemeckým výrobcom vetroňov lange Aviation pred pár rokmi skonštruovali historicky prvé lietadlo s čisto vodíkovým pohonom. vetroň s malým motorom Antares dlr-H2 je takmer nehlučný a nevypúšťa žiadny dym, len paru. podstatou systému palivových článkov, ktoré sú umiestnené pod krídlami, je zostava membránových elektród vyvinutá spoločnosťou BASF. ich revolučnosť spočíva v tom, že umožňujú prevádzkovú teplotu až 180 °C, čím sa mnohé drahé diely, vrátane chladiaceho systému, stávajú nepotrebnými. nemecké stredisko pre letectvo a vesmír plánuje inštalovať tento revolučný palivový článok aj do osobného lietadla Airbus A320 s cieľom zlepšiť účinnosť palubného napájania tohto veľkého stroja.

jednou z kľúčových podmienok pre automobily budúcnosti je bezpochyby starostlivý výber materiálov: vývojoví pracovníci musia zabezpečiť, aby boli panely karosérie bezpečné, pohodlné a čo možno najľahšie. najmä s touto poslednou požiadavkou sa pasujú aj konštruktéri Formuly 1: chceli by znížiť hmotnosť vozidiel kvôli vysokým rýchlostiam, zatiaľ čo pri každodennej preprave spočíva výhoda hmotnosti „ľahkej ako pierko“ v tom, že vozidlo má nižšiu spotrebu paliva. na dosiahnutie nižších hmotností sa čoraz viac používajú inovačné plasty, ktoré vyvíja chemický priemysel.

lietAdlo nA vodíkový poHon –Aj to je dneS uŽ reAlitA

CHémiA Si nACHádzA CeStu do AutomoBilov

Fakty a čísla

moderné automobily už dnes obsahujú približne 15 % plastov.o niekoľko rokov sa môže tento podiel zvýšiť na 25 %.

61

62

už sme si zvykli na to, že v interiéroch automobilov nachádzame plasty, avšak aj čoraz väčšie množstvo ďalších dielov, vrátane krytov a dielov motora, sa už vyrába z technických plastov. divízia spoločnosti BASF pre automobilový priemysel vyvinula niekoľko druhov plastov so špeciálnymi vlastnosťami, ktoré sú mimoriadne odolné voči vysokým teplotám, ako napríklad stabilné časti systému mazacieho okruhu, alebo sú veľmi pružné, a tak ich možno použiť ako mechanické časti motora. Ďalšou revolučnou novinkou nemeckého chemického priemyslu je ráfik vyrobený z vysoko odolného plastu, ktorý umožňuje výrazné zníženie hmotnosti každého kolesa (až o tri kilogramy). na rozdiel od

tradičných, polyamidových kompozitných materiálov obsahuje nový plast dlhé spevňujúce sklenené vlákna, ktoré zabezpečujú vysokú odolnosť voči napätiu. takéto plastové kolesá boli vyvinuté pre inteligentné elektrické vozidlo smart forvision, ktoré vzniklo v spolupráci s nemeckou automobilkou daimler. táto malá štvorkolka má dvere a ďalšie prvky podvozka vyrobené z vysoko odolného kompozitného materiálu, epoxidovej živice vystuženej uhlíkovými vláknami, vďaka ktorým má vozidlo polovičnú hmotnosť v porovnaní s automobilom vyrobeným z tradičných materiálov. toto vozidlo je vybavené najmodernejšími novinkami v automobilovom priemysle, konkrétne v ňom možno nájsť nasledovné prvky:

inFrAčervenáreFlexná FóliA

vySoko odolný rám z kompozitnéHo mAteriálu

na čelnom skle a bočných sklách je použitá nová infračervená reflexná fólia, ktorá chráni interiér vozidla pred prehriatím.

Bunka pre cestujúcich a ďalšie komponenty, ako napríklad dvere, sú vyrobené z epoxidovej živice vystuženej uhlíkovými vláknami – čo je vysoko odolný kompozitný materiál. takéto materiály umožňujú viac ako 50-percentné úspory v oblasti hmotnosti v porovnaní s oceľou.

vySoko odolné izolAčné peny

v paneloch karosérie sú vysoko odolné peny od spoločnosti BASF, ktoré prispievajú k vytvoreniu príjemného prostredia vo vnútri vozidla.

63

inFrAčervenéreFlexné nátery

prieSvitná Slnečná StreCHA

ráFik Celý z plAStu

infračervené reflexné nátery odolné voči poškriabaniu podporujú systém riadenia teploty. vďaka použitiu špeciálnych pigmentov od spoločnosti BASF sú pred prehriatím chránené aj tmavé prvky interiéru.

priesvitné šesťuholníkové organické fotovoltaické články (opv) aj pri zhoršených svetelných podmienkach generujú dostatočné množstvo energie na napájanie komponentov multimediálneho systému a ventilátorov, ktoré napomáhajú pri ovládaní klímy vo vnútri vozidla. keď sa otvoria dvere alebo stlačí tlačidlo, interiér osvetlia priesvitné organické diódy emitujúce svetlo (oled). keď sú vypnuté, umožňujú voľný výhľad von.

prvý celoplastový ráfik na svete, vyrobený z nového vysoko odolného materiálu, umožňuje zníženie hmotnosti každého kolesa až o tri kilogramy. nový plast má lepšie vlastnosti: vynikajúcu tepelnú a chemickú stabilitu, dynamickú pevnosť a tuhosť, ako aj dobré vlastnosti v nepretržitej prevádzke.

64

multiFunkčné komFortné SedAdlo

e-textílie

Sedadlá ponúkajú jedinečnú kombináciu riadenia teploty a odľahčenej konštrukcie. základ sedadla tvorí nová samonosná plastová škrupina sedadla. penová sedacia časť zabezpečuje pohodlie i úsporu v oblasti hmotnosti. Flísová tkanina obsahuje „super pohlcovače“, ktoré vďaka pohlcovaniu vlhkosti prispievajú k ďalšiemu zvýšeniu komfortu.

e-textílie sú tenké tkaniny s vodivými vrstvami prispôsobenými na mieru a nahrádzajú konvenčné vyhrievanie sedadiel. vďaka priamemu vyhrievaniu operadiel v tesnej blízkosti tela vytvárajú príjemný pocit tepla.

65

vedci už dlhší čas pracujú na vytvorení automobilu, ktorý by jazdil na iné palivo, než je benzín či nafta. zatiaľ sa ako najbežnejšie alternatívne palivá používajú bioetanol a bionafta, ktoré sa vyrábajú z rastlín pestovaných špeciálne na tento účel, nie z fosílnych zdrojov energie, ktoré sa ťažia z hlbín zeme. na výrobu bioetanolu sa používajú takzvané energetické plodiny, ako je červená repa či kukurica, kým bionafta sa vyrába z rastlín s vysokým obsahom oleja, vo väčšine prípadov z repky alebo slnečnice. na výrobu týchto palív sú však potrebné obrovské množstvá rastlín: na výrobu 100 litrov bioetanolu je potrebnej viac kukurice, než dokáže skonzumovať jeden človek za celý rok. z

tohto dôvodu nemožno biopalivá reálne považovať za šetrné voči životnému prostrediu – ani napriek tomu, že automobil pri ich využívaní produkuje menej znečisťujúcich látok.

najperspektívnejšie palivo nie je nič iné než vzduch. Francúzske automobilky peugeot a Citroën spoločne vyvinuli hybridné vozidlo, ktoré poháňa hydraulický systém pracujúci na báze stlačeného vzduchu. vozidlo je vybavené aj zážihovým motorom, ktorý preberá iniciatívu pri vysokom zaťažení – napríklad pri stúpaní alebo pri jazde vysokou rýchlosťou. Automobil sa nazýva Hybrid Air a bude komerčne v ponuke od roku 2016.

ľudia sa prestanú dívať na svoje vozidlo ako na osobný majetok a viac sa rozšíri spoločné používanie (zdieľanie) automobilov. predchodcami tohto prístupu sú siete pre nástup a výstup cestujúcich, ktorí majú namierené do rovnakého cieľa ako majiteľ vozidla. jednou z najobľúbenejších služieb tohto druhu je uber, ktorá je dnes dostupná už vo viacerých stredoeurópskych krajinách. jej podstata spočíva v tom, že pomocou mobilnej aplikácie sa záujemcovi zobrazia vodiči služby uber dostupní v jeho okolí, ktorých si môže zavolať rovnako ako taxi, len za nižšiu cenu, a niekedy sa môže podeliť o vozidlo aj s ostatnými cestujúcimi.nové návyky používania automobilov si vyžiadajú aj nové typy automobilov: vozidlo budúcnosti bude omnoho ľahšie

než predchádzajúce modely, spotrebuje veľmi málo energie a bude menej zaťažovať životné prostredie. je isté, že dopravu v rámci veľkých miest budú zabezpečovať vozidlá, ktoré budú jazdiť bez vodiča, po vopred stanovených trasách, na základe systému GpS. tieto automatické vozidlá rýchlej osobnej prepravy (prt) sa budú pohybovať po koľajniciach alebo po magnetických dráhach a naraz prepravia maximálne troch až šiestich cestujúcich, ktorí si budú môcť vybrať cieľ cesty na vopred určenej trase. Aj keď to možno znie futuristicky, vo svete je dnes v prevádzke už viac ako desať takýchto systémov. najstarší a najrozsiahlejší systém prt na svete je na univerzite west virginia university v meste morgantown v americkom štáte západná virgínia, odkiaľ prepravuje študentov a návštevníkov na obľúbené miesta po celom meste. okrem tejto lokality sa malé automatizované vozidlá tohto typu používajú aj na londýnskom letisku Heathrow a vo futuristickom ekologickom meste masdar, ktoré je v súčasnosti vo výstavbe na území Spojených arabských emirátov.Bežné osobné automobily bez vodiča dávno nie sú iba frázou z ríše vedeckej fantastiky: spoločnosť Google už roky využíva automatizované automobily toyota prius, ktoré zaznamenávajú nielen fotografie ciest, ale aj ich počítačom upravené mapy a dopravné značky,

vyhľadávajú alternatívne trasy, a dokonca dokážu zaregistrovať semafor skôr, než ho vidí človek. pomocou laserov, radarov a kamier vedia tieto vozidlá analyzovať a spracovávať informácie o svojom okolí rýchlejšie než človek. inžinieri spoločnosti Google už vyskúšali svoj samojazdiaci automobil na verejných cestách aj diaľniciach, kde prešiel vyše 300 000 kilometrov. v zavádzaní noviniek nie je žiadnou výnimkou ani verejná doprava. v tejto oblasti sa javia najsľubnejšie magnetické vlaky, označované aj ako vlaky typu maglev. tieto prostriedky sú plne šetrné k životnému prostrediu, pretože jazdia len po koľajniciach a poháňa ich magnetické pole. pomocou tejto technológie dokážu vyvinúť rýchlosť vyše 400 km/h, jazdia bezpečne a takmer nehlučne. v súčasnosti sa vlaky maglev používajú v nemecku, japonsku a číne, pričom najrýchlejší z nich prejde 30-kilometrovú vzdialenosť za sedem minút. tradičnému vlaku by to trvalo najmenej trikrát tak dlho.rozširuje sa aj používanie elektrických autobusov a vývojoví pracovníci sa nepretržité snažia zlepšovať ich vlastnosti. napríklad v Holandsku sa uskutočnili pokusy s takzvaným super autobusom s pohonom na lítiovo-polymérový akumulátor, ktorý do značnej miery pripomína obrovský športový automobil a pri rýchlosti 250 km/h dokáže prepraviť 23 cestujúcich.

niečo nové, čo nAHrAdí Benzín

nové perSpektívydoprAvy BudÚCnoSti

vývojári mieSt BudÚCnoSti zAStávAjÚ názor, Že nአpoStoj k oSoBným AutomoBilom SA nevyHnutne zmení.

66

Fakty a čísla

90 % ľudí vo veľkých mestách pravidelne využíva verejnú dopravu.

neustále narastajúca hustota leteckej dopravy stavia pred vedcov ďalšiu úlohu: ako dosiahnuť, aby prevádzka lietadiel menej znečisťovala životné prostredie. denne sa vypraví na celom svete približne 90 tisíc letov, pri ktorých sa do ovzdušia uvoľňujú obrovské množstvá skleníkového oxidu uhličitého a spotrebuje sa obrovské množstvo paliva, leteckého petroleja, ktorý sa vyrába z minerálnych olejov. tieto lietadlá spália počas dvojhodinového letu približne 30 tisíc litrov paliva, čo by vystačilo na naplnenie nádrže priemerného automobilu 600-krát.

keby sa nám podarilo nahradiť letecký petrolej alternatívnym palivom, urobili by sme významný krok smerom k udržateľnejšej leteckej doprave. Biopalivá pre lietadlá sa vyrábajú na viacerých miestach: napríklad v Holandsku plánujú do roku 2020 zdvojnásobiť kapacitu prístavu na biopalivá rotterdam Bio port, s výhľadom zníženia emisií Co2 z lietadiel až o 80 % pomocou udržateľného paliva, ktoré sa tu vyrába. Ďalší aktívny projekt sa nazýva „GreenSky london“ a jeho cieľ je využívať zhruba 500 000 ton odpadu ročne na výrobu 50 000 ton leteckého paliva a rovnaké množstvo bionafty.

letecká doprava sa nemôže vyhnúť používaniu obnoviteľných zdrojov energie, z ktorých najevidentnejšie je využívanie slnečnej energie. malé lietadlá už využívajú napájanie solárnymi panelmi. prvý takýto dopravný prostriedok na svete je Solar impulse so 17 200 solárnymi panelmi na krídlach, pomocou ktorých zhromažďuje energiu a prenáša ju do motora. toto lietadlo už preletelo oceány a v roku 2015 obletí celú zem.poháňať veľké dopravné lietadlo solárnymi panelmi je stále ešte snom. je však celkom pravdepodobné, že vedci vyvinú hybridné riešenie, ktoré bude schopné udržať veľké lietadlo vo vzduchu pomocou rôznych obnoviteľných a ekologicky šetrných druhov energie.

A uŽ máme Aj oBloHu

lietAjÚCeAuto

prvé lietajúce auto už absolvovalo prvé

skúšobné lety a čoskoro bude uvedené do sériovej výroby. vozidlo s názvom

terrafugia transition vyrobila súkromná

americká firma terrafugia a v priebehu 30 sekúnd

sa dokáže premeniť z bežného automobilu na

dvojmiestne ľahké lietadlo. pri štarte s plnou nádržou

má dolet 644 km a ustálenú rýchlosť letu

185 km/h.

67

Galvanický článok, akumulátor, palivový článok – z funkčného hľadiska sú si všetky podobné, a to konkrétne v tom, že vo všetkých dochádza k prenosu elektrónov, t.j. redoxným (oxidačno-redukčným) reakciám. podstatou výroby elektrickej energie je, že prijatie a uvoľnenie elektrónu je v priestore oddelené, takže elektróny musia prúdiť z anódy (oxidácia) ku katóde (redukcia).v prípade, že galvanickému článku dôjde reagujúca zložka (reaktant), nie je už vhodný na výrobu ďalšej elektriny, čo znamená, že proces výroby elektrickej energie je len jednosmerný.

v akumulátoroch sa vyrába elektrická energia podobným procesom, tento proces je však elektricky reverzibilný, teda akumulátor je možné dobiť. napríklad v lítiových akumulátoroch migrujú ióny lítia (li+) pri nabíjaní k zápornej uhlíkovej elektróde a pri vybíjaní prúdia ku kladnej elektróde na báze oxidu kovu. v najnovších lítiovo-polymérových akumulátoroch kvapalinovú elektródu nahradil špeciálny plast, a tak možno vyrobiť veľmi malé a flexibilné zdroje energie.

najväčšou výhodou palivových článkov je, že fungujú dovtedy, kým sú naplnené palivom. týmto palivom je zvyčajne vodík, no existujú aj varianty, ktoré fungujú na metán alebo metanol. Chemický proces, ktorý v nich prebieha, je prakticky spaľovanie paliva, nie však konvenčným spôsobom: reaktanty nie sú vo vzájomnom kontakte, ale k prenosu elektrónov dochádza cez membránu. z vodíka vzniká počas reakcie voda a z uhlíkových zložiek sa vytvára oxid uhličitý.

vedA v motorovom prieStore

68

veda je zodpovedná aj za výrobu primeraného množstva a kvalitu potravín pre rastúcu populáciu našej planéty. to všetko by sa malo realizovať s čo najnižším negatívnym vplyvom na životné prostredie v rámci celého dodávateľského potravinového reťazca.

prečítajte si o inovačných vedeckých riešeniach, ktoré sa používajú pri pestovaní plodín, o novej generácii potravinových obalov, a nazrite aj do zákulisia kuchyne budúcnosti.

69

trvAlo udrŽAteľný dodávAteľSký potrAvinový reťAzeC

70

Ako nakŕmiť budúce generácie?veda zrejme nikdy nestála pred takou náročnou úlohou ako dnes. musí položiť základy pre ďalší rozvoj obyvateľov zeme, ktorých počet rýchlo a nerovnomerne narastá. jednou z najdôležitejších úloh je zabezpečiť pre ľudstvo dostatok potravín čo najudržateľnejším spôsobom.

HlAd A nAdmerná SpotreBA

potreby ľudstva týkajúce sa potravín z roka na rok výrazne rastú. dopyt po živočíšnych bielkovinách sa zvyšuje ročne o dva milióny ton, zatiaľ čo potreby ľudstva týkajúce sa obilnín prestavujú ďalších 26 miliónov ton ročne. Hlavným dôvodom je rast populácie: každoročne treba nakŕmiť ďalších 80 miliónov úst. k narastajúcemu dopytu po potravinách prispieva aj skutočnosť, že v rozvinutých krajinách prevláda nadmerná spotreba a mnoho ľudí nakupuje zbytočne veľa potravín, ktoré

nakoniec končia v odpadkoch. na druhej strane rozvojové krajiny trpia hladom, pretože tamojšia poľnohospodárska výroba nedokáže držať krok s rastom populácie, a tak je tu trvalý nedostatok potravín. A nemali by sme zabúdať ani na ľudí, ktorí trpia nie v dôsledku nízkej kvantity, ale nízkej kvality potravín, teda sú podvyživení, pretože ich strava im nezabezpečuje dostatok bielkovín, vitamínov a stopových prvkov.

Fakty a údaje

ročná spotreba ľudstva:7 miliárd ton obilnín – čo si vyžaduje 746 milión hektárov ornej pôdy.210 miliónov ton cukru,259 miliónov ton tuku.

71

mAtkA zem dávA potrAvu Aj Život

pôda istým spôsobom súvisí s našou potravou: so zeleninou, ovocím, ba dokonca i s mäsom, pretože zvieratá sa živia krmivom, ktoré taktiež produkuje pôda. vo svete je však čoraz menej ornej pôdy, pretože rozrastajúce sa mestá a ich aglomerácie, ako aj rýchlo sa rozvíjajúca cestná sieť zaberajú čoraz viac pôdy.

okrem toho stojí orná pôda pred ďalším závažným problémom, a tým je pôdna erózia, čo znamená, že v pôde klesá obsah

živín. pestovanie rastlín má za následok stratu dusíka, fosforu a draslíka z pôdy. pred stáročiami ľudia jednoducho nechali ležať pole úhorom a na čerstvo zožaté či pozberané plochy nič nevysadili. v súčasnosti si však výrobcovia nemôžu také niečo dovoliť, pretože výroba musí držať krok s narastajúcim dopytom. A preto okrem tradičných organických hnojív zohrávajú veľkú úlohu pri hnojení najmä chemické hnojivá, ktoré sú obzvlášť vhodné na dopĺňanie stratených pôdnych živín.

72

Až 78 % zemskej atmosféry tvorí atmosférický dusík, ktorý vyššie rastliny nedokážu priamo využívať. na svoj rast využívajú dusičnany z pôdy. Ak však pôda obsahuje viac dusičnanov, ako dokážu rastliny využiť, má to škodlivý vplyv na životné prostredie. v takom prípade pôdne baktérie premieňajú dusičnan na skleníkový plyn oxid dusný (n2o), ktorý má tristokrát silnejšie účinky

než oxid uhličitý. k tomuto problému prednedávnom obrátili pozornosť výskumní inžinieri spoločnosti BASF a vyvinuli inhibítor nitrifikácie, ktorý v zmesi s hnojivom optimalizuje proces nitrifikácie a zabezpečuje, aby koncentrácia dusičnanov v pôde neprekročila potreby rastlín. používanie hnojív je tak účinnejšie a výrazne znižuje produkciu skleníkových plynov.

proGreSívny SpôSoB oCHrAny pôdy pred GloBálnym otepľovAním

Fakty a čísla

80 % všetkej pôdy vo svete je poškodených. degradácia pôdy je17-krát rýchlejšia ako jej obnova.z povrchu zeme každoročne zmizne75 miliárd ton úrodnej pôdy.

73

peS

tovA

nie nA kruHovýCH ploCH

áC

H

udržateľné poľnohospodárstvo znamená, že obrábame plochy dostupnej pôdy pomocou čo najnižšieho množstva vody a energie, pričom súčasne produkujeme čo najmenej odpadu a vyrábame dostatočné množstvo potravín pre spoločnosť. odvetvie poľnohospodárstva už predložilo zopár nápadov, ktoré by mohli viesť k udržateľnejšej produkcii plodín. tu sú niektoré hlavné iniciatívy:

v suchých oblastiach s malým množstvom zrážok sa často pestujú plodiny na kruhových plochách. tomuto spôsobu sa

hovorí zavlažovanie s centrálnym pivotom a jeho výhoda spočíva v tom, že sa pri ňom spotrebuje

menej vody ako v prípade tradičných zavlažovacích techník.

poľnohospodárski inžinieri a vývojári miest budúcnosti si uvedomili, že zásobovanie občanov potravinami by bolo ekonomicky najvýhodnejšie, keby sa niektoré plodiny pestovali priamo v mestách, pretože ovocie a zelenina by sa tak nemuseli dovážať do miest z veľkých vzdialeností. keďže mestá sú zaľudnené, rastliny je možné pestovať len vertikálne, a preto sa pestujú v skleníkových mrakodrapoch zriadených na tento účel. okrem nich si možno všimnúť na múroch domov aj čoraz viac okrasných záhrad, ktoré popri estetickej funkcii prispievajú aj k čisteniu ovzdušia v meste.

v poľnohospodárskej revolúcii zohráva dôležitú úlohu akvapónia, teda systém výroby potravín, v ktorom sa spája intenzívny chov rýb v nádržiach (akvakultúra) s pestovaním plodín vo vode (hydropónia). v uzavretom systéme pracuje vodné obehové čerpadlo, ktoré čerpá vodu z nádrže s rybami s obsahom organických výlučkov zvierat ku koreňom rastlín, ktoré potom z tejto vody čerpajú živiny. plodiny sa pestujú na zásobníkoch naplnených štrkom alebo hlinenými guľôčkami, cez ktoré pomaly preteká voda, a prečistená voda sa potom vracia späť do nádrže s rybami, kde sa celý proces začína odznova. najväčšou výhodou akvapónie je, že je takmer úplne samoregulačná; jej účinnosť možno zvýšiť už len pridaním baktérií či doplnením odparenej vody.

v chladnejších oblastiach sa často stavajú skleníky do zeme. tieto skleníky v sebe spájajú výhody pasívneho vykurovania slnečnou energiou a ekologických domov s technológiou earthship: keďže zem má veľmi dobrú izolačnú schopnosť, tieto domy dokážu udržať teplo zo slnka, ktoré prúdi dnu cez okná. takýmto spôsobom sa vytvára teplé, svetlé a stabilné prostredie pre rast rastlín, ktoré je dostupné počas celého roka.

CeloSvetová ÚloHA: zABezpečiť udrŽAteľnoSť poľnoHoSpodárStvA

ve

rti

ká

lnA

zá

Hr

Ad

A

AkvApóniA

podzemný Skleník

74

vedeli ste, že...?V ostatných rokoch sa na sídliskách vo viacerých európskych mestách začali budovať komunitné záhrady, kde si obyvatelia pestujú zeleninu, bylinky a ovocie pre vlastnú spotrebu. Na niektorých miestach je povolený aj chov hydiny a včiel.

•

do boja za udržateľný rozvoj sú aktívne zapojení aj vývojoví inžinieri, ktorí skúmajú možnosti udržania vysokých výnosov pri nižšej spotrebe vody alebo v extrémnych poveternostných podmienkach. na čele tohto výskumu stojí divízia spoločnosti BASF na ochranu plodín. vyvinula rastliny odolné voči stresu, ktoré sa vyznačujú napríklad vyššou odolnosťou voči suchu. vedci skúmali kaktusy a machy rastúce v horúcich a suchých oblastiach a identifikovali viac ako 100 génov, ktoré sú zodpovedné za mieru odolnosti rastlín voči stresu. Štúdie ukázali, že rastliny s takýmito génmi prežijú bez vody aj dva týždne, zatiaľ čo „normálne rastliny“ by za takýchto podmienok vyschli. vedci začali nedávno pracovať aj na vývoji hybridných rastlín, ktoré by mohli pomôcť dosiahnuť takúto odolnosť voči suchu aj

u poľnohospodárskych plodín. inžinieri spoločnosti BASF navyše vyvinuli aj pesticídne prípravky, vďaka ktorým sú rastliny odolnejšie voči chorobám a nepriaznivým vplyvom životného prostredia, a tým je možné dosiahnuť vyššie výnosy. veda dokáže prispieť aj k dosiahnutiu vyššej nutričnej hodnoty potravín, čo je obzvlášť dôležité najmä v rozvojových krajinách, kde je veľmi rozšírená podvýživa. výskumná skupina spoločnosti BASF zameraná na výživu vyrába niekoľko potravinových zložiek, ktoré možno použiť na obohatenie potravín. k týmto funkčným ingredienciám patria vitamíny a karotenoidy, ako aj omega-3 mastné kyseliny. tieto zložky je možné použiť v tekutej alebo tuhej forme a pridávajú sa do potravín, ako sú obilniny obohatené

vlákninou, mliečne výrobky ako jogurtové nápoje, či dojčenská a detská výživa.nemecká vývojová spoločnosť je taká oddaná trvalo udržateľnému rozvoju, že vyvinula aj metódu komplexného hodnotenia udržateľnosti v odvetví poľnohospodárstva pod názvom AgBalance™. metóda hodnotí 69 ukazovateľov z troch pohľadov – životného prostredia, spoločnosti a hospodárstva. AgBalance napríklad posudzuje také parametre, ako je nutričná rovnováha pôdy, biodiverzita druhov žijúcich na poľnohospodárskej pôde, rezíduá v potravinách a krmivách, ako aj fixné a premenlivé náklady. prvá štúdia AgBalance analyzovala produkciu repky olejnej v nemecku v rokoch 1998 až 2008 a výsledky ukázali, že celková miera udržateľnosti sa zlepšila o 40 %.

Ako môŽe pomôCť BioteCHnolóGiA?

75

dlhodobo žiaducim cieľom je presné poľnohospodárstvo, čo znamená, že hnojenie, postreky, polievanie a zber plodín by sa vykonávalo s čo najväčšou presnosťou. tým by sa znížilo množstvo použitých pesticídov aj pohonných hmôt pre kombajny. navyše kombajny by menej znečisťovali životné prostredie, keby sa pohybovali po presnejších dráhach. preto je dnes už také rozšírené riadenie poľnohospodárskych vozidiel pomocou systému GpS – umožňuje ich presnejší pohyb po parcelách.

táto oblasť ponúka množstvo zaujímavých príležitostí. Spojením rôznych technológií a odvetví výskumu môžu vzniknúť mimoriadne zaujímavé riešenia, ako je napríklad využitie tzv. nanomrakov. ide vlastne o drobné snímače, ktoré dokážu zachytávať environmentálne faktory ovplyvňujúce produkciu plodín, ako je napríklad vietor, vlhkosť vzduchu, teplota či vlhkosť pôdy, a to na ploche až 12 hektárov. takéto špičkové bezdrôtové snímače na báze najnovších technológií sa už úspešne používajú vo viniciach v kalifornii.

Ďalším zariadením je čoraz rozšírenejšie bezpilotné lietadlo, nazývané tiež dron, ktoré sa ovláda na diaľku a pomáha poľnohospodárom vo vzdušných „obchôdzkach“ nad pozemkami, vďaka čomu majú lepší prehľad o svojich plodinách. tieto nízko letiace ľahké prieskumné lietadlá dokážu robiť detailné fotografie, ktoré poľnohospodárom ukazujú, kedy, kde a koľko herbicídov majú použiť a ktoré oblasti treba zavlažiť. najvyspelejšie drony robia infračervené zábery listov rastlín s vysokým rozlíšením, z ktorých sa dá vyčítať, či má rastlina dostatok vody a živín. Bezpilotné lietadlá sa navyše používajú v japonsku aj na postrekovanie, vďaka čomu sa dostávajú pesticídy tým rastlinám, ktoré ich naozaj potrebujú.

Bezpilotné lietAdlá AnAnomrAky nAd poliAmi

76

je zjavné, že chov hospodárskych zvierat je mimoriadne neefektívny z hľadiska skonzumovaného krmiva aj množstva používanej pôdy; a je krutý aj k samotným zvieratám. okrem toho je chov dobytka hlavnou príčinou globálneho otepľovania a jeho vedľajšie produkty navyše znečisťujú pitnú vodu.

zdá sa, že situáciu nie je možné riešiť iba obmedzením výroby, ale potrebné sú omnoho radikálnejšie riešenia, s ktorými by mohla pomôcť veda. vedci od roku 2008 experimentujú s výrobou živočíšneho mäsa v laboratóriu. získali vzorky tkaniva z dvoch kusov bežného hovädzieho dobytka a z tejto želatínovej bunkovej kultúry začali pestovať svalové tkanivo. napríklad mäso v jednom hamburgeri obsahuje 20 tisíc svalových vlákien. mäso vyrábané takýmto spôsobom však nie je geneticky modifikované; bunky sú presne tie isté, ktoré sa „vyvinuli“ konvenčným spôsobom, teda ako súčasť živého zvieraťa. tento proces je veľmi efektívny, pretože z jedinej vzorky je možné vyrobiť až 20 tisíc ton hovädzieho mäsa. touto metódou by sa znížilo používanie vody a pôdy pri chove hospodárskych zvierat až o 90 % a spotreba energie o 70 %. Hoci je potrebné ešte množstvo ďalšieho výskumu, aby sme dokázali v laboratóriu úspešne vyrábať mäso pre ľudskú spotrebu, motivácia je jasná: organizácia na ochranu zvierat petA vypísala cenu v hodnote jeden milión dolárov pre prvý výskumný tím, ktorému sa podarí úspešne vyrobiť jedlé kuracie mäso.

mäSo Bez mäSA Fakty a čísla

70 % – najviac pôdy používajú hospodárske zvieratá.50 % – polovicu pitnej vody spotrebujú hospodárske zvieratá.50 % – za polovicu produkcie skleníkových plynov sú zodpovedné hospodárske zvieratá.

77

riasy sú jednou z najsľubnejších rastlín, ktorá môže zachrániť svet pred hladom. keďže riasy sú vodné rastliny, rastú omnoho rýchlejšie. vďaka tomu dokáže jeden hektár rias vyprodukovať rovnaké množstvo bielkovín ako 8,5 hektára sójových bôbov alebo 20 hektárov kukurice. navyše riasy sa vyznačujú obrovskou biodiverzitou: na zemi ich existuje viac ako 800 tisíc druhov. existujú jednobunkové ako aj mnohobunkové riasy, akou je napríklad gigantická chaluha, ktorá má dĺžku až 60 metrov. riasy produkujú sacharidy, oleje, bielkoviny, vitamíny, farbivá a organické látky, čo umožňuje ich rozsiahle využitie v rôznych priemyselných odvetviach, ako je potravinárstvo, krmivá, kozmetický či farmaceutický priemysel, ale môžu sa použiť aj pri výrobe biopalív. A majú ešte ďalší význam: až 90 percent kyslíka na našej planéte produkujú riasy pomocou fotosyntézy, takže materiály z nich sú vhodné aj na pohlcovanie oxidu uhličitého.

riasy pestované vo fotobioreaktoroch možno použiť na výrobu veľmi dôležitých látok, pretože zmena optimálnych podmienok vyvoláva stresovú reakciu, ktorá často vedie k vzniku novej látky alebo k náhlemu zvýšeniu produkcie látky už vyrábanej. takýmito systémami sú napríklad bioreaktory, ktoré sú schopné vyrábať vodík. o niektorých zelených riasach je dávno známe, že dokážu vyrábať vodík: za určitých okolností spotrebúvajú živiny, ktoré vyrobili pri fotosyntéze, čo sa nazýva biofotolýza. depriváciou síry a kyslíka dochádza u nich k takej zvýšenej produkcii vodíka, ktorá umožňuje výrobu energie. (nedostatok síry „vypína fotosyntézu“, čím sa pre riasy stáva dôležitejší proces výroby energie, v ktorom dochádza aj k produkcii vodíka.) vzniklo už množstvo patentov na výrobu účinných látok (napríklad zložky liekov, doplnky výživy); jednou z najdôležitejších je olej z rias, ktorý je veľmi zdravý: obsahuje množstvo nenasýtených zložiek, no v dôsledku určitého stresu sa v ňom výrazne zvyšuje aj obsah omega-3 mastných kyselín. príjem omega-3 mastných kyselín je mimoriadne dôležitý, avšak mnoho ľudí ich neprijíma v dostatočnom množstve, v dôsledku čoho sa potom mení aj pomer medzi omega-3 a omega-6 mastnými kyselinami.

potrAvinA BudÚCnoSti: mikroriASy

jedli BySte Hmyz?

organizácia spojených národov (oSn) nedávno zverejnila podrobnú správu o jedlom hmyze. v správe sa počíta s tým, že v dôsledku nadchádzajúcej potravinovej krízy bude čoraz viac ľudí nútených konzumovať hmyz bohatý na bielkoviny. pre mnohých je už len

samotná predstava nechutná, no mali by sme si uvedomiť, že niektoré kultúry jedia hmyz už tisíce rokov. A hmyz je dodnes súčasťou jedálneho

lístka dvoch miliárdľudí na svete.

FotoBioreAktor

šírenie rias v priemyselnom rozsahu je v našom podnebí možné len umelo. Preto sa riasy produkujú v uzavretých systémoch, kde je ich produkcia optimalizovaná zmesou umelého a prirodzeného svetla a tiež teploty. Tieto zariadenia sa nazývajú fotobioreaktory.

78

inteligentné balenie potravín zajtrajškav súčasnosti sa takmer rovnaký objem výskumu a vývoja venuje baleniu potravín ako potravinám samotným. inovácie a moderné technologické riešenia znamenajú, že kartóny, fólie a fľaše dnes zabezpečujú čerstvosť a bezpečnosť potravín. okrem bezpečnosti potravín však musí byť prioritou aj ochrana životného prostredia – čo motivuje vedcov vyvíjať nové technológie.

nová érA BAleniA

existuje viacero dôvodov, prečo na celom svete narastá množstvo potravinových obalov. viac ako polovica svetovej populácie žije v mestách, kde je len málo možností samostatného pestovania plodín. tri a pol miliardy obyvateľov miest na našej planéte si tak musia kupovať výrobky mimo domova – a tie sú zvyčajne balené. okrem toho narastá nielen počet jednočlenných domácnosti, ktoré dávajú prednosť menším baleniam, ale aj trend stravovania sa „za pochodu“, čo prispieva k vzniku čoraz väčšieho množstva balených potravín. Samotný obal však, bohužiaľ, končí v koši takmer okamžite po rozbalení pokrmu, pričom veľké percento týchto obalov, ako sú

plasty, pet fľaše či kovové plechovky z nápojov, sa rozkladá aj celé desaťročia.

ohromujúce je navyše nielen množstvo obalových materiálov, ale aj množstvo zvyškov potravín, najmä v rozvinutých krajinách. vyhadzujeme zvyšky, ktoré nám zostanú pri príprave jedál, rovnako ako aj potraviny, ktoré neskonzumujeme. najsmutnejšie však je, že do koša často hádžeme aj potraviny spolu s obalom: to, čo neskonzumujeme včas, vyhodíme bez toho, aby sme to vôbec otvorili.

Fakty a čísla

1,3 miliardy –počet metrických ton potravín, teda asi jedna tretina celkovej potravinovej produkcie, ktoré sa na celom svete vyplytvajú alebo vyhodia za rok.95 – 115 kg – množstvo konzumovateľných potravín na osobu, ktoré sa za rok zbytočne vyplytvá alebo vyhodí v priemyselných krajinách.

79

vedci sa snažia riešiť tento komplexný problém zavádzaním rôznych inovačných riešení potravinových obalov. jedným z hlavných cieľov tohto úsilia je výrazne znížiť plytvanie potravinami predĺžením času, ktorý daná potravina vydrží čerstvá vo svojom obale. to možno dosiahnuť napríklad tým, že sa potravina nedostane do styku s kyslíkom, čím sa zabráni množeniu baktérií spôsobujúcich rozklad. divízia spoločnosti BASF pre plasty vyvinula tiež špeciálne kompozitné materiály, ktoré sa používajú najmä na balenie plátkov krájaného mäsa a syra na podnosoch. Samotný podnos, ktorý je v priamom kontakte s potravinou, je vyrobený z polyamidu. tento materiál je pevný a súčasne pružný, a čo je ešte dôležitejšie, zadržiava kyslík a oxid uhličitý. vrchná fólia je vyrobená na

báze biaxiálne orientovaného polyamidu (BopA), ktorý je mimoriadne pružný a odolný voči roztrhnutiu, kým vnútorná vrstva slúži ako bariéra chrániaca pred stykom so vzduchom.

Ďalšia technológia zachovávajúca čerstvosť potravín je balenie v ochrannej atmosfére, alebo mAp. pomocou tejto technológie sa vzduch obklopujúci potravinový výrobok nahradí ochrannou atmosférou špeciálne prispôsobenou danej potravine. jedným z príkladov je zmes oxidu dusičitého a uhličitého. tieto pomaly reagujúce plyny nahrádzajú kyslík a spomaľujú rast choroboplodných zárodkov, a to všetko bez použitia akýchkoľvek konzervačných látok.

Ďalším významným cieľom

potravinárskeho priemyslu je vyrábať obalové materiály, ktoré budú nielen hygienické, ale aj šetrné k životnému prostrediu. práve tomuto účelu slúžia biologicky rozložiteľné materiály: jedným z nich je aj materiál, s ktorým sa budeme stretávať čoraz častejšie, pretože sa z neho vyrábajú napríklad nákupné tašky či vrecká na odpadky. Chemická spoločnosť BASF je lídrom aj v oblasti vývoja rozložiteľných plastov. jedným z nich je aj polyester ecoflex®, ktorý sa vyrába pomocou baktérií, húb, vody, oxidu uhoľnatého a biomasy a rozloží sa bezo zvyšku v priebehu niekoľkých týždňov. ecoflex® sa používa ako povlak papierových pohárikov, na výrobu potravinových fólií a tiež na výrobu tašiek, ktoré možno použiť doma na kompostovanie.

80

AkoFunGuje

kompoStovAnie?kompostovanie je biologický

proces, počas ktorého sa organický odpad (ako napríklad

zvyšky jedla, čaju, záhradný odpad) prirodzeným rozkladom

premieňa na látku podobnú humusu. táto látka sa nazýva kompost a možno ju použiť

napríklad na zvýšenieúrodnosti pôdy.

vedeli ste, že...?Recyklovateľnosti obalových materiálov môžu napomôcť aj prísady. Výrobky od spoločnosti BASF prispievajú k dosiahnutiu cieľa, ktorým je zníženie požiadaviek na materiály a zvýšenie miery ich recyklácie. Patria k nim prísady, vďaka ktorým sú plasty elastickejšie a odolnejšie voči opotrebovaniu. Používajú sa pri procesoch, akým je napríklad recyklácia PET fliaš. Vďaka prísadám z rodiny Joncryl® od spoločnosti BASF získava recyklovaný materiál kvalitu nového PET (polyetyléntereftalátu). Navyše papierové chemikálie od spoločnosti BASF umožňujú vyrábať nový papier a lepenku z recyklovaných vlákien.

•

BAlenie: inteliGentný potrAvinovýinŠpektor

je ťažké určiť presný dátum spotreby potravinového výrobku, ktorý podlieha skaze, pretože to vo veľkej miere závisí od skladovacej teploty. potravinársky výrobok sa môže pokaziť desaťkrát rýchlejšie pri teplote 8 – 10 °C v chladničke než pri teplote 0 °C. preto sa pre potravinársky priemysel vyvíjajú inteligentné ukazovatele, ktoré okamžite odhalia, ak potravinu už nie je možné konzumovať. Švajčiarski vedci budujú do potravinových obalov „čuchové systémy“ na sledovanie kvality potravín. Systém meria teplotu, vlhkosť a zmeny niektorých zlúčenín. napríklad pri dozrievaní ovocia sa mení obsah etylénu, zatiaľ čo vzhľad hexanolu ukazuje, kedy sa kazí. Snímače zaznamenávajú aj prítomnosť ďalších

patogénov a účinkov ultrafialového žiarenia, ako aj presakovanie, vysychanie či iné poškodenie obalu. zmena sfarbenia obalu znamená zlú kvalitu a tiež sa môže stať, že obal sa nedá otvoriť.dileme týkajúcej sa dátumu spotreby sa nevyhli ani mrazené potraviny, keďže nemôžeme s istotou vedieť, či bola potravina riadne hlboko zmrazená. ukazovateľ teploty a času, ktorý vyvinula spoločnosť BASF, nám pomáha sledovať potraviny na ceste od výrobcu k predajcovi, takže zákazníci dokážu už len pohľadom na etiketu rozpoznať, či bol výrobok nepretržite udržiavaný v hlboko zmrazenom stave a riadne skladovaný, kým sa dostal do mrazničky zákazníka. na tlač etikiet

onvu™ iCe sa používa atrament citlivý na teplotu; čím je jeho farba tmavšia, tým dôslednejšie bol dodržaný chladiaci reťazec a tým lepšie boli chladené a mrazené potraviny skladované.Ďalšou technológiou, ktorá vám môže pomôcť overiť si skutočný stav potravín, je rádiofrekvenčná identifikácia (rFid). tradičné čiarové kódy tu nahradili elektronické čipy, ktoré sú umiestnené na obale potravinového výrobku a obsahujú o ňom všetky dôležité informácie, ako je zloženie, obsah prítomných alergénov a, samozrejme, dátum spotreby. čipy rFid sa rýchlo a ľahko čítajú a pomocou nich možno zistiť napríklad aj to, kedy presne bol daný výrobok vyrobený a akou cestou sa dostal ku konečnému spotrebiteľovi.

zmena sfarbenia obalu znamená zlú kvalitu a tiež sa môže stať, že obal sanedá otvoriť.

81

zjeSť AjS oBAlom? ??

Svetová SenzáCiA: prváSAmoCHlAdiACApleCHovkA

Samochladiaca plechovka ChillCan dokáže v priebehu troch minút znížiť teplotu nápoja o1 °C. obsahuje valcovú komoru s vysokotlakovým oxidom uhličitým (Co2) zakončenú ventilom, ktorá prechádza po jej spodnej strane a je uzavretá tlačidlom. keď používateľ stlačí tlačidlo, ventil sa otvorí a stlačený Co2 vytryskne zo spodnej časti plechovky do vzduchu. Ako sa plyn rozpína, pohlcuje teplo z okolitej tekutiny, čím sa znižuje jej teplota. Špeciálna plechovka obsahuje energetický nápoj a je už v predaji v Spojených štátoch.

podľa niektorých sa budú obaly novej generácie odlišovať dokonca aj svojou funkciou: nielenže budú uchovávať potraviny, ale jedlý bude aj samotný obal. na čele vývoja jedlých potravinových obalov stojí dr. david edwards, profesor aplikovaného biomedicínskeho inžinierstva Harvardovej univerzity. Spolu so svojím vedeckým tímom vytvoril jedlú membránu vyrobenú z biologicky rozložiteľného polyméru a častíc potravy, ktorá by mala nahradiť tradičné balenia z celofánu či lepenky. jedlá membrána nazvaná wikicell slúži ako prirodzene sa vyskytujúca „fľaša“ podobná kôre alebo šupke ovocia, ktorá chráni dužinu vo vnútri. edwards je presvedčený, že vo vnútri membrány wikicell je možné uchovať akúkoľvek chuť či arómu. jeho tím zatiaľ vytvoril napríklad paradajkovú membránu obsahujúcu studenú polievku gazpacho, hroznovú membránu ukrývajúcu víno a ďalšie. edwards tiež vyvinul prototyp fľaše s povrchovou vrstvou podobnou vaječnej škrupine, ktorú možno buď olúpať, alebo celú zjesť spolu s membránou pod ňou.táto membránovitá látka pripomína v súčasnosti módne pracie kapsuly, v ktorých je tekutý prací prostriedok. kapsulu tvorí priesvitný materiál podobný fólii a v priebehu prania sa rozpustí v práčke v dôsledku kontaktu s odpadom.Aj keď dnes sa nám zdá nepredstaviteľné, že by sme sa zahryzli do sendviča aj s jeho obalom, jedlé obaly budú v budúcnosti zohrávať nepochybne významnú úlohu. výskumné tímy v rôznych častiach sveta už pracujú na vývoji jedlých obalových materiálov – ktoré sa budú môcť použiť na balenie nealkoholických nápojov, cukroviniek, či dokonca čerstvého mäsa.

82

dizAjn v SluŽBáCH udrŽAteľnýCH oBAlov

Ako vyplýva z vyššie uvedených pasáží, dávno preč sú časy, keď jedinou funkciou potravinových obalov bolo uchovávať potraviny, prípadne upútať pozornosť zákazníka príťažlivým vzhľadom. ten je, samozrejme, dôležitý dodnes – no napriek tomu sa dnes hlavná pozornosť dizajnérov sústreďuje na výrobu špičkových obalov, ktoré by boli maximálne funkčné a zároveň prírodného charakteru. v dôsledku tohto úsilia narastá množstvo potravinových obalov vyrobených z recyklovaného papiera, do ktorého sa s obľubou balia biovýrobky. vedci však varujú, že tieto recyklované materiály môžu obsahovať zvyšky atramentu, a teda aj škodlivých minerálnych olejov. z tohto dôvodu a s ohľadom na bezpečnosť potravín sa musí medzi recyklovaný papier a potravinu, ktorá je doň zabalená, vkladať tenká ochranná vrstva.

na pultoch predajní môže vyzerať pôsobivo aj takzvaná „inteligentná fľaša“, ktorá

predstavuje akýsi prechod od tradičných pevných nádob k pružným obalovým vreckám. vyrába sa z pružnej fólie a v rohoch sú použité ploché, pevné tesnenia, ktoré spevňujú obal a udržiavajú jeho tvar. tak vzniká obal, ktorý sa pred naplnením dodáva v plochom stave, čím sa po vyprázdnení obsahu znižujú nároky na jeho likvidáciu.

k umeniu obalového dizajnu patria aj etikety a tlač. zdraviu škodlivé olejové farby sa čoraz viac nahrádzajú farbami na báze vody, ktoré sú šetrnejšie k životnému prostrediu. ku skutočnému prielomu v oblasti dizajnu etikiet však dôjde vtedy, keď sa na obale objaví prvý pohyblivý obrázok. znie to futuristicky? nuž, zopár vedeckých skupín na takomto riešení už pracuje a obal s pohyblivými obrázkami bol už použitý v skúšobných projektoch. dôvod, prečo ho nenájdete v obchodoch, je jednoduchý – žiadny výrobca ho nepoužíva, pretože je stále veľmi drahý.

vedeli ste, že...?Japonsko je baštou potravinových obalov: pochádzajú odtiaľ rôzne druhy obalov, ktoré získali množstvo ocenení v oblasti dizajnu. V Japonsku sa na obaly často používa bambus a ďalšie materiály rastlinného pôvodu, ba dokonca sú z bambusového vlákna často vyrobené aj taniere a paličky na jedenie. Japonci stoja na čele nielen v oblasti používania materiálov, ale aj v oblasti technológií. Jedným z ich hlavných vynálezov je mraziaci konzervačný systém na uchovávanie vysokej čerstvosti potravín ultra-Freshness Preservation Freezing System, ktorý sa využíva na balenie surových rýb. Tento rýchlo mraziaci systém využíva súčasne striedavý aj jednosmerný prúd, vysoký „elektrický potenciál“, pomocou ktorého sa výrobok rýchlo schladí bez oxidácie. Tým sa zmenší aj veľkosť ľadových kryštálikov, ktoré sa vytvárajú v bunkách potravín.

•

83

vedA ukrytáv mrAzení

veľkosť ľadových kryštálikov, ktoré vznikajú pri procese mrazenia, výrazne ovplyvňuje kvalitu mrazených potravín. veľké kryštály totiž poškodzujú bunkovú stenu/membránu, takže po rozmrazení sa potravina už nevráti do svojho pôvodného tvaru. malé kryštáliky spôsobujú menšie poškodenie. veľkosť kryštálov, ktoré vznikajú počas mrazenia (alebo keď sa vyzrážajú z roztoku), závisí od rýchlosti dvoch procesov: od rýchlosti formovania jadier a od rýchlosti rastu kryštálov. Ak je prvý proces rýchly a druhý pomalý, vzniká množstvo malých až mikroskopických kryštálikov a naopak, tvorí sa len veľmi málo veľkých kryštálov – v prírode sa vyskytujú aj obrie kryštály vážiace niekoľko ton. rýchle ochladenie zvyšuje rýchlosť nukleácie, preto sa v technológii uchovávania potravín dáva prednosť prudkému ochladzovaniu. najvhodnejší na tento účel je tekutý dusík, ktorý dokáže schladiť potraviny až na mínus 196 °C.

na znehodnotenie potravín bohatých na bielkoviny môže poukazovať aj zvýšené množstvo biogénnych amínov. Biogénne amíny sa tvoria z aminokyselín (produktov hydrolýzy proteínov) dekarboxyláciou počas procesu fermentácie a znehodnocovania kvality. Fermentované výrobky (ako sú syry či víno) vždy obsahujú látky, ktoré sú vo veľkých množstvách toxické. Celkové množstvo štyroch hlavných biogénnych amínov – histamínu, tyramínu, putrescínu a kadaverínu (posledný z nich je „toxický odpad“) – ukazuje mieru kazenia mäsa. takéto inteligentné balenie v podobe malej nálepky už existuje a zmenou farby indikuje zvýšené množstvo uvedených amínov, čo znamená, že mäso je pokazené.

Fermentované výrobky (ako sú syry či víno) vždy obsahujú látky, ktorésú vo veľkýchmnožstváchtoxické.

84

veda v kuchyniinovácie nám v mnohých ohľadoch uľahčujú každodenný život. platí to aj o jedle, ktoré zasiahol technologický rozvoj rovnako ako každú oblasť nášho života. oblasť výživy a prípravy jedál prejde v nadchádzajúcich desaťročiach takou zmenou, že ani nespoznáme, čo máme na tanieri. Ale ono spozná nás...

inteliGentná kuCHyňA, inteliGentné zAriAdeniA

vývoj domácich spotrebičov, tak ako akákoľvek iná oblasť, závisí od meniacich sa potrieb ľudí. čoraz menej času chceme tráviť prípravou jedla, no zároveň chceme jesť zdravé a výživné jedlá, ktoré sú navyše chutné a dobre vyzerajú. okrem toho by sme radi mali v kuchyni aj technologicky vyspelé nástroje a zariadenia, pretože sme si na ne už zvykli v iných oblastiach. vybavenie kuchyne budúcnosti sa pokúsi splniť tento cieľ a nám sa možno bude zdať rovnako fascinujúce, ako boli naše staré matere uchvátené chladničkou či mikrovlnnou rúrou, keď sa s ňou stretli po prvý raz. kuchyňa budúcnosti si nás bude pamätať vďaka tomu, že sme z nej urobili dobre vybavené laboratórium plné funkčných technológií. keď vstúpime do kuchyne, inteligentné prístroje, teda vlastne rôzne senzory, rozpoznajú náš hlas a automaticky rozsvietia svetlo. naša

kuchyňa bude poznať naše stravovacie návyky a odporučí nám potraviny, nápoje a vôbec zdravú výživu, o ktorej nás možno bude informovať náš holografický kuchár. pomocou dotykovej obrazovky si vyberieme oblasť, ktorú chceme na sporáku ohriať, a budeme si tiež pestovať vlastnú zeleninu v hydropónii, teda v „kuchynskej záhrade“ bez pôdy.kuchynské náradie bude schopné medzi sebou komunikovať, takže ak si v digitálnej kuchárskej knihe vyberieme napríklad recept na pečené hovädzie, inteligentná chladnička okamžite spustí program na rozmrazovanie mäsa. keď je reč o chladničkách, projektanti už plánujú chladničky, o ktorých by sme si na prvý pohľad pomysleli všeličo, len nie to, že toto zariadenie by malo byť v kuchyni. takýto unikátny nápad stelesňuje koncepcia biorobotickej chladničky Bio robot refrigerator. Chladnička

využíva špeciálnu gélovitú látku, ktorá potraviny sama uloží a ochladí, len čo ich do nej vložíme. Chladnička získala ocenenie za dizajn a nezvyčajný je nielen jej vzhľad, ale aj spôsob fungovania, pretože nemá motor ani iné tradičné technické zariadenie, aké má väčšina chladničiek, ale namiesto toho je v nej špeciálny biopolymérový gél, ktorý zabezpečuje chemické chladenie. Ak chcete chladničku použiť, v podstate stačí strčiť potravinu do tohto gélu, ktorý je bez zápachu a nie je ani lepkavý, a zostane tam uložená a chladená, až kým ju nebudete znova potrebovať. Chladiacimi látkami sú „bioroboty“ prítomné v géle, ktoré na uchovávanie potravín využívajú luminiscenciu, teda svetlo vznikajúce pri nízkych teplotách. Spotrebič využíva nulovú energiu na chladenie, potrebuje len energiu na svoj malý ovládací panel.

85

poSAĎte SA nA CHlAdničku!

HodinA vAreniAA CHémie v jednom

Štipku soli, za hrsť ryže – takéto výrazy určite nebudeme počuť v kuchyni budúcnosti, kde sa bude teplota nastavovať s presnosťou pol stupňa Celzia a čas varenia sa bude merať na sekundy. to však, samozrejme, neznamená, že sa budeme musieť zriecť radosti z tvorenia a experimentovania v kuchyni, vďaka ktorým sa z varenia stalo umenie – ibaže budúcim kuchárom budú pri varení pomáhať celkom iné postupy, ktoré si budú vyžadovať takmer vedeckú presnosť. podnikaví šéfkuchári a vedci vyvinuli fyzikálne a chemické procesy, ktoré sa dnes už využívajú v molekulárnej gastronómii, a my ich onedlho budeme môcť napodobniť. základ tohto nového spôsobu prípravy jedál spočíva v tom, že zo surovín, ktoré sa chemicky štiepia na drobné kúsky, sa pomocou špeciálnych techník a vyspelých technologických zariadení vyrábajú potravinové divy zvláštnej chuti aj textúry. Hlavnou myšlienkou je, že varenie poňaté z vedeckého hľadiska sa stáva každodennou činnosťou, a jej výsledkom je nový a nevšedný kulinársky zážitok. v dôsledku tohto vývoja môžu vzniknúť nezvyčajné až extrémne jedlá, ako napríklad jablkový puding s čučoriedkovými špagetami, vybuchujúce hráškové guľôčky, či molekulárna malinová pena.

inžinieri spoločnosti BASF pre vývoj plastov taktiež vytvorili chladničku budúcnosti, ktorá je vyrobená takmer výlučne zo špeciálnych plastov. vďaka dobrej tvárnosti materiálov však nemá koncepčná chladnička Coolpure 1.0 tvar obvyklej kocky: je to dizajnový objekt, ktorý možno použiť v kuchyni aj na sedenie. keďže plasty majú dobré izolačné vlastnosti, tieto chladničky predstavujú energeticky úsporné zariadenia.

86

GAStronomiCké reFormy

termín molekulárna gastronómia vznikol v čase, keď sa fyzik maďarského pôvodu nicholas kurti stretol s fyzikálnym chemikom Hervé thisom. Špecializáciou nicholasa kurtiho bola termodynamika a tento vedec vykonával množstvo experimentov s materiálmi pri extrémne nízkych teplotách. Bolo mu ľúto, že ľudia vedia viac o teplote vo vnútri hviezd než o teplote vo vnútri ryžového nákypu, a tak sa rozhodol, že

širokú verejnosť oboznámi s vedeckou stránkou kulinárskeho umenia. Bol to on, kto vytvoril termín molekulárna gastronómia, a bol to taktiež on, kto usporiadal prvú konferenciu o molekulárnej gastronómii. Bol hlboko presvedčený, že chémiu a fyziku nemožno oddeliť od procesov prebiehajúcich v kuchyni. preto naliehal, aby sa šéfkuchári zúčastňovali na vedeckom vzdelávaní na vysokej úrovni.

Ale Ako A z čoHo SA tieto ŠpeCiAlity vyráBAjÚ?

okrem bežných surovín, ako je napríklad zelenina či ovocie, potrebujete aj materiály, ktoré menia obvyklý tvar a štruktúru týchto surovín. tieto materiály a základné procesy molekulárnej gastronómie sa už bežne používajú v potravinárskom priemysle, aj keď ich vzhľad tam nie je až taký podstatný. v molekulárnej kuchyni však ide o to, že jedlá by mali byť neočakávané, teda že ich vzhľad a chuť na prvý pohľad nejdú celkom dokopy. ochutnali by ste napríklad špagety, keby ste dopredu vedeli, že chutia ako červené ríbezle? Alebo dali by ste si kaviár, keby ste vedeli, že má vanilkovú chuť namiesto očakávanej rybacej?

A teraz sa oboznámte s niektorými procesmi molekulárnej gastronómie, ktoré slúžia na úpravu textúry jedál:

pri tejto metóde sa z prírodných surovín, ako sú vajíčka či sója, extrahuje

lecitín. používa sa na penenie a aerifikáciu nielen v

molekulárnej gastronómii,ale aj v potravinárstve.

Aerifikácia

často používanou prísadou je emulgačná pasta, ktorá sa vyrába

zo živočíšneho a rastlinného tuku. pomocou tohto materiálu je

možné miešať zložky, ktoré sú inak nespojiteľné, na úrovni koloidných

častíc, a dosiahnuť tak úžasné chute a textúru jedál.

Sférifikácia je postup, pri ktorom sa tekutina mení na gél. dospieť možno k dvom výsledkom: pri pomalej gelifikácii

vznikne želatína z celého materiálu, alebo je možné vytvoriť guľôčky, ktoré vo vnútri zostávajú tekuté (druhému procesu sa

hovorí sférifikácia). Sférifikačné vlastnosti má napríklad alginát získaný z rias a

chloridu vápenatého, pretože vytvára vo vode nerozpustnú zlúčeninu, ktorá vytvorí povlak na povrchu kvapôčky (do roztoku chloridu vápenatého sa kvapne ochutený,

prifarbený roztok alginátu).

EmulgáciaSférifikácia

87

na teplé penenie surovín sa používa metilgél, materiál vyrábaný z

celulózy. jeho hlavnou vlastnosťou je, že pri teplote nad 60 stupňov Celzia sa ľahko mení na želatínu

a pri chladnutí je mäkší. vo veľkej miere sa preto používa

v potravinárskom priemysle na prípravu niektorých predvarených

polotovarov, zatiaľ čo v kuchárskom umení sa používa ako lepiace

činidlo.

na miešanie surovín s rôznou polaritou, napríklad na hladké vymiešanie oleja s

octom, je účinnejšie použiť ultrazvukovú homogenizáciu než mechanické

miešanie. oscilácia zvukových vĺn s frekvenciou medzi 20 kHz až 10 mHz

spôsobí pohyb materiálu na úrovni molekúl, vďaka čomu je možné zmiešať

spolu viacero zložiek, napríklad olej a ocot, a vytvoriť takdokonalú emulziu.niet pochýb o tom, že najnápadnejším

prvkom molekulárneho varenia je kúpeľ v tekutom dusíku. pri teplote mínus 196 stupňov Celzia je možné v tejto kvapaline zmraziť rôzne druhy potravín, čo navyše sprevádza aj vizuálny zážitok v podobe efektnej studenej pary. napríklad stačí

zmiešať jednotlivé ingrediencie zmrzliny, a ak na túto zmes nalejeme tekutý dusík, okamžite zmrzne. takýmto spôsobom môžeme rýchlo zmraziť aj mäso, ktoré

chceme uchovať.

Teplé penenie

ultrazvuková homogenizácia

Tekutý dusík

88

vedeli ste, že...?Naše vnímanie chuti môže ovplyvniť aj hmat. Vyskúšajte to!Ochutnajte kopček zmrzliny so zatvorenými očami a dotýkajte sa pritom zamatovej látky: budete mať pocit, že zmrzlina je krémovejšia. Potom skúste pri ochutnávaní trieť ruky o brúsny papier. Nemáte pocit, že štruktúra zmrzliny je hrudkovitejšia?

Ak si chcete vyskúšať molekulárnu gastronómiu, môžete si zaobstarať základné náradie a pomocou neho vytvárať zvláštne pokrmy. Napríklad so súpravou na prípravu špagiet „Spaghetti kit“ si pripravíte jedlo v tvare špagiet z akéhokoľvek tekutého materiálu. Pomocou kaviárovej súpravy „Caviar Box“ si zasa môžete vyrobiť malé farebné guľôčky, taktiež z akéhokoľvek tekutého materiálu.

• •

TIP!

mAjSter SvetA vmolekulárnej kuCHyni

v súčasnosti využíva postupy molekulárnej gastronómie čoraz viac slávnych šéfkuchárov, avšak titul „najlepší šéfkuchár na svete“ získal iba jeden – Heston Blumenthal. v jeho reštaurácii v Anglicku si hostia môžu pochutnať na špeciálnych pokrmoch, ako je napríklad chrumkavý zelený čaj, marinovaný losos mignon s japonskými morskými riasami a vanilkovou majonézou, alebo slimačia kaša so zeleným petržlenom.

1

89

mAjSter SvetA vmolekulárnej kuCHyni

poĎme vAriť vo vákuu!

väčšina kulinárskych procesov sa začína „vo veľkom meradle“, teda najprv sa aplikujú vo veľkých kuchyniach a reštauráciách a až neskôr sú dostupné aj pre kuchárov, ktorí varia iba zo záľuby. inak to nebolo ani so sous-vide, teda vákuovým varením, ktoré je dnes čoraz módnejším trendom. Spočiatku ho používali len špičkoví kuchári s hviezdičkami od michelina, bolo však také praktické, že sa začalo veľmi rýchlo šíriť. pomocou tohto postupu sa dajú pripraviť chutné a zdravé pokrmy, ktoré možno skladovať aj niekoľko týždňov. metóda spočíva v tom, že suroviny – mäso, vnútornosti či zelenina – sa zabalia do vákuového vrecka a takto sa pomerne dlho, až 72 hodín, varia vo vode pri nízkej, stálej teplote okolo 60 °C. vákuum je

dôležité z toho hľadiska, že neprítomnosť vzduchu zabraňuje oxidácii potravín, takže potravina nestratí farbu a nepreniknú do nej ani aerobné baktérie spôsobujúce rozklad.

výhodou varenia vo vode pri nízkej a stálej teplote je, že voda je takto schopná prenášať teplo na potravinu pomaly, no konštantne, pretože voda ako látka prenáša teplo desaťkrát účinnejšie než vzduch. mäso je tak chutnejšie, pretože pri teplote 50 až 60 stupňov Celzia je tepelný rozklad jeho zložiek menší, a navyše sa v ňom zachová aj tuk. A v neposlednom rade sa v potravine uchovajú aj všetky živiny, minerály, soli a vitamíny. teplota a čas varenia jednotlivých surovín sa, samozrejme, odlišujú; závisia

predovšetkým od bodu topenia tukov v mäse a od vlastností bielkovín. napríklad hovädziu lopatku je potrebné variť 24 hodín pri teplote 54,5 stupňa Celzia, kým stehno z hydiny stačí variť 4 až 8 hodín pri teplote 71 stupňov.

niektoré pokrmy pripravené technikou sous-vide, napríklad zeleninu, možno konzumovať ihneď, mäso zasa stačí osmažiť na niekoľkých kvapkách oleja. Ak však chcete pokrm konzumovať neskôr, musíte ho hneď po vytiahnutí z vody prudko ochladiť, čo znamená, že pokrm sa musí náhle schladiť na teplotu nižšiu ako tri stupne Celzia. potom ho môžete bezpečne skladovať 21 až 40 dní.

Fakty a čísla

50 % – v kuchyniach, kde sa využíva technika sous-vide, sa pravidelne ušetrí 50 % energie.

90

Ako FunGuje 3dtlAčiAreň potrAvín?

trojrozmerné tlačiarenské stroje vyrábajú špeciálne materiály a ukladajú ich do kaziet po vrstvách, ktoré pri tvrdnutí k sebe navzájom priľnú, vďaka čomu vznikne trojrozmerný objekt. na rovnakom princípe funguje aj 3d tlačiareň potravín – jediným rozdielom je, že materiály v kazetách nahradili jedlé látky, ako sú sacharidy, proteínové prášky a vitamíny. tlačiareň tieto zložky ukladá na seba, až kým nie je hotový jedlý pokrm.

tlač čokolády alebo sušienok už dnes nie je žiadny problém pre spoločnosti zaoberajúce sa tlačou potravín. známy výrobca amerických kakaových sušienok oreo nedávno predstavil 3d tlačenú verziu tohto výrobku. vývojoví pracovníci teraz pracujú na vytvorení zložitejších potravín, ako je napríklad pizza, pri ktorej je počas tlače potrebné najprv upiecť cesto, a až po potom sa naň môžu poukladať paradajky a ďalšia obloha.

vytlAčte mi oBedtrojrozmerná (3d) tlač je nová technológia, ktorá môže ovplyvniť mnohé oblasti nášho života, a nevyhne sa ani kuchyni. tento pohodlný a rýchly spôsob bol pôvodne

vynájdený na výrobu prototypových dielov pre priemyselnú výrobu, ktoré boli navrhnuté na počítači, neskôr však túto

metódu objavil aj potravinársky priemysel. Hoci by väčšine ľudí ani nenapadlo, že by sa dal jesť rezeň vyrobený na 3d tlačiarni,

tlačiareň potravín sa zrejme už čoskoro stane základným kuchynským prístrojom.

91

Ale prečo je to tAké revolučné zAriAdenie?

na jednej strane môže zastaviť plytvanie potravinami, pretože materiály naplnené v kazetách tlačiarne sa nemôžu pokaziť. v týchto „potravinových kazetách“ sú sacharidy, bielkoviny, makro- a mikroživiny a vitamíny v práškovej forme, ktorých skladovateľnosť dosahuje až 30 rokov.

Ďalšou veľkou výhodou tlače potravín je, že umožňuje výrobu zdravej a rozmanitej stravy prispôsobenej osobným potrebám jednotlivca. Akýkoľvek recept je možné okamžite zmeniť stlačením jediného tlačidla v závislosti od konzumenta, ktorým môže byť staršia osoba, tehotná žena, dieťa či osoba vyžadujúca špeciálnu diétu. v prípade tejto kuchynskej technologickej novinky sa preto kladie dôraz nielen na pohodlie, ale aj na omnoho dôležitejší faktor, a tým je skutočnosť, že stravovanie sa dá prispôsobiť osobným potrebám, vďaka čomu možno ľahšie uspokojiť aj potreby ľudí so špeciálnou diétou.

vedeli ste, že...?Technológiu trojrozmernej tlače potravín podporuje aj americký Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA), ktorý uzavrel zmluvu so spoločnosťou vyrábajúcou tieto tlačiarne. NASA mala totiž problém s poskytovaním primeraného množstva potravín astronautom na vesmírnej stanici.

•

Ste to, čo jete

toto príslovie platí už tisíce rokov. väčšina nečistôt sa dostáva do nášho tela práve prostredníctvom toho, čo konzumujeme, no potraviny sú zároveň zdrojom dôležitých (esenciálnych) živín. preto je mimoriadne dôležité, čo jeme. základom je pestrá strava. dôležitou súčasťou zdravej výživy je, aby sme živiny, ktoré sú nevyhnutné pre fungovanie nášho tela, prijímali v dostatočnom množstve, a to bez ohľadu na to, či ide o makroživiny (sacharidy, tuky, bielkoviny) alebo mikroživiny (stopové prvky, vitamíny, antioxidanty). k potravinám

moderného vývoja patria aj potraviny posilňujúce zdravie – takzvané funkčné potraviny. jednou z prvých a dodnes najpredávanejších funkčných potravín je jodidovaná soľ. (jód je nevyhnutný prvok pre správnu funkciu štítnej žľazy.) inovačné techniky varenia zabezpečujú vysokú nutričnú hodnotu pokrmov, pretože v potravinách uchovávajú aktívne zdravé zložky, a vytvárajú nové možnosti začleňovania látok na ochranu zdravia do našej stravy.

totopríslovieplatí už

tisíce rokov.

92

oBSAH

Úvod 2,3

Život v mestách 4,5

Budúcnosť vody – ako môže veda uhasiť náš smäd? 6-11

čistý vzduch – pomocou vedeckých metód 12-19

moderné mestá budúcnosti 20-31

inteligentná energia 32,33

prehodnotenie zdrojov energie 34-43

Svetelné zdroje budúcnosti 44-55

nové perspektívy v doprave 56-67

trvalo udržateľný dodávateľský potravinový reťazec 68,69

Ako nakŕmiť budúce generácie? 70-77

inteligentné balenie potravín zajtrajška 78-83

veda v kuchyni 84-91

93

poznámky

9494