Výzkumníci z Brna umí pomocí plazmatu vyčistit vodu od mikroorganismů a zbytků chemikálií

S novou technologií pro dočišťování vody pomocí nízkoteplotního plazmatu přišli brněnští vědci. Zařízení umí z vody odstranit zbytky chemikálií, například estrogeny z antikoncepce, a hubí i patogenní mikroorganismy jako jsou sinice a bakterie. Podobná zařízení dosud existovala pouze v laboratorním měřítku, nový vynález má naopak potenciál zvládnout velké objemy vody a tedy i najít využití v praxi. Pro technologii CaviPlasma, chráněnou českým patentem, nyní výzkumníci hledají investora.

„V současné době je kontaminace vod velký problém, ať už mluvíme o vodě odpadní, užitkové nebo pitné. Vody mohou obsahovat například patogenní mikroorganismy, typicky sinice u povrchových vod, splašková voda zase může být kontaminována zbytky léčiv nebo estrogeny z antikoncepce. Čistírny odpadních vod využívají biologický proces čištění a ten ne všechno zvládne odbourat,“ nastínil problém Pavel Rudolf z Fakulty strojního inženýrství VUT v Brně.

Rudolf se svým týmem už 15 let zkoumá možnosti dočišťování vod pomocí tzv. hydrodynamické kavitace, fyzikálního jevu, kdy lze pomocí snížení tlaku dosáhnout toho, že se ve vodě začnou objevovat bublinky páry podobně jako při varu. Když se pak bublinky mění zpět na kapalinu, jde o tak dramatický kolaps, že vyzářená tlaková vlna je schopná roztrhat některé mikroorganismy a tím je zneškodnit. Při jevu se navíc dočasně mění chemické složení kapaliny a vzniká peroxid vodíku, který funguje jako dezinfekce. Tyto efekty jsou známé a pro dočišťování vody se používají například v laboratořích. „Problém je, že kavitace sama o sobě není příliš efektivní. Používá se pouze laboratorně, na objemy v řádech mililitrů nebo jednotek litrů. Kapalina navíc musí projít kavitačním cyklem třeba i stokrát. To je samozřejmě v průmyslové praxi nepoužitelné,“ vysvětluje Rudolf.

Z jednotek litrů na deset tisíc

Vědci ze strojní fakulty proto spojili síly s týmem Pavla Sťahela na Masarykově univerzitě a kavitaci doplnili o výboj nízkoteplotního plazmatu. Fungovalo to. „Je překvapující, jak efektivně lze upravovat kapaliny pomocí této technologie. Po otestování kavitační plazmové trysky v průtocích kolem tisíce litrů za hodinu včetně efektivity úpravy následovaly testy pro desetkrát větší průtoky kapalin a zařízení fungovalo stále dobře. V současnosti se nám povedlo desetinásobně rozšířit zónu, kde je generován plazmatický výboj, což ještě více zefektivnilo plazmovou úpravu kapalin. Když si uvědomíme, že doposud technologie pracovaly při plazmových úpravách s průtoky v řádu nejvýše jednotek litrů za hodinu, považujeme tento vynález za opravdový úspěch,“ chválí si Pavel Sťahel z Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity.

Bylo jasné, že po fyzikální stránce zařízení funguje. Aby bylo možné ověřit, jak efektivně likviduje kontaminanty ve vodě, přispěli k výzkumu odborníci z Botanického ústavu Akademie věd ČR. Jimi připravené vzorky prošly dekontaminací v novém zařízení a vrátily se k vyhodnocení na Akademii věd. „Náš tým se dále podílí na rozvoji této metody směrem k čištění vody od psychofarmak, pesticidů, ale také od bakterií, plísní, řas a aktuálně i virů, což má reálný potenciál využití v předčištění a dočištění odpadních vod, v technologiích prádelen a čistíren například pro nemocnice, kde se předpokládá infekční kontaminace, v provozech vyrábějících farmaka a pesticidy, kde mohou rozkládat kontaminaci ve výrobě a recyklovat značné objemy vod, všude tam, kde je potřeba snížit kontaminaci tak, aby splnila možnost vypouštět odpadní vody do kanalizací a podobně. Nejnovější výsledky ukazují, že projde-li pitná voda zařízením s kavitací a plazmou, nerostou v této vodě mikroorganismy ani po šesti měsících, což je prakticky využitelné v mnoha oblastech energetiky, teplárenství, lázeňství, bazénů či wellness,“ věří Blahoslav Maršálek z Botanického ústavu Akademie věd ČR.

Hledá se investor

Kromě vysoké efektivity je u nové technologie důležitý i její výkon. „Máme postavena tři tato zařízení různých velikostí. Všechna jsou odzkoušená a máme potvrzeno, že náš princip funguje stejně dobře v malém i velkém měřítku, což je pro využití v praxi zásadní. Aktuálně zvládáme desítky metrů krychlových vody za hodinu, což už není jen akademická záležitost, ale zařízení průmyslově využitelné,“ dodává Rudolf.

Nyní se hledá investor, který by chtěl technologii dotáhnout do podoby produktu a uvést ji na trh. Podle Rudolfa je provoz zařízení relativně levný a výrobní náklady by mohly být v řádech desítek až stovek tisíc korun podle velikosti, technologie by tak byla pro zákazníky poměrně cenově dostupná.

Vynález je od loňského září chráněn českým patentem a chystá se i podání mezinárodní patentové přihlášky. Ta by měla budoucímu výrobci umožnit technologii chránit v zemích, jejichž trhy vyhodnotí jako klíčové. Vynález byl v prosinci vyhlášen nejlepším projektem Transfera Technology Day 2020, který pořádal spolek Transfera.cz ve spolupráci s agenturou CzechInvest s cílem propojit českou vědu a business prostředí.