zpravodajství životního prostředí již od roku 1999

Od mincí přes hnojiva až po nanotechnologie

23.07.2013
Obecné
Geologie
Recyklace
Od mincí přes hnojiva až po nanotechnologie

Tam všude bylo v běhu dějin využíváno drahých kovů....

Zatímco největší inovací starověkého světa bylo v oblasti drahých kovů, tehdy představovaných pouze zlatem a později i stříbrem, jejich použití jako univerzálního směnečného prostředku, dnes nás drahé kovy ve svém již širším spektru obklopují téměř na každém kroku. Svoji funkci globálně využitelného platidla si do jisté míry ovšem udržely dodnes. Investiční drahé kovy, nejvíce známé je zlato, mají právě tu výhodu, že mohou býti využity kdykoliv a kdekoliv na světě. Dnes drahé kovy sehrávají klíčovou roli hned v několika odvětvích průmyslu, farmacii a lékařství.

Výjimečného, i když velmi pravděpodobně nevědomého vizionářství dosáhli lékaři ve 12. století. Nemocným bohatým klientům ordinovali speciální lék na všechno - tzv. Aurum Potabile, pitné zlato. Jednalo se o roztok koloidního zlata, tj. roztok s částicemi velikosti nanometrů, a tudíž lze tvrdit, že již středověk aplikoval pokročilé nanotechnologie. Na svůj další boom si nanotechnologie v oblasti drahých kovů musely počkat až do dvacátého a dvacátého prvního století. Obzvláště poslední dvě dekády byly ve znamení významných nanotechnologických objevů v lékařství. Zmínil bych určitě léky na bázi platiny pro léčbu rakoviny, kdy tento konkrétní kov již zachránil miliony životů. Intenzivní výzkum v oblasti katalytických vlastností platinoidů přináší každý rok nové sloučeniny pro praktický život. Kromě platiny je třeba v oblasti drahokovových nanotechnologií využívaných v medicíně počítat také antibakteriální a antivirotické vlastnosti nanostříbra a kancerostatické vlastnosti nanozlata. Moderní medicína se k terapeutickým, zejména kancerostatickým vlastnostem koloidních nanočástic zlata tedy vlastně vrací a do výzkumu v této oblasti renomované farmaceutické firmy investují nemalé prostředky.

Drobné částice drahých kovů, které ale mají větší velikost než v případě nanotechnologií, se dnes hojně využívají i v různých průmyslových aplikacích. Opustíme-li tedy farmacii a budeme se věnovat průmyslovému rozvoji, tak za vyzdvihnutí bezesporu stojí technologie, která je dnes realizována i v České republice, jedná se o Cold Spray, tzv. studené naprašování. Jde o proces, při kterém se kov v práškové formě, zejména stříbro a platinové kovy, velkou rychlostí nanáší na daný povrch. K přenosu kovového prášku dochází v plynném prostředí. Procesní plyn se urychlí expanzí v Lavalově trysce až na nadzvukovou rychlost. Do takto proudícího plynu se iniciují částečky kovového prášku. Když plynem unášený kov dosáhne příslušné kinetické energie - takové, která při nárazu na stříkaný podklad umožňuje dostatečně velkou plastickou deformaci kovu, vznikne celistvá, pevně přilnavá vrstva. Při nárazu uvolněná kinetická energie vede k částečnému roztavení kovových částiček a společně s uvedenou plastickou deformací vede k extrémně jemné a homogenní struktuře vznikající vrstvy. Tato technologie je průlomová v oblasti zpracování drahých kovů pro průmyslové využití. Lze takto nanášet mikroskopické vrstvy například při výrobě targetů neboli terčů určených pro produkci tabulí okenního skla nebo paměťových disků. Studený nástřik byl původně vyvinut akademiky v rámci ruského výzkumného programu propulsivních technologií. Průmyslové aplikace jsou v současné době studovány na univerzitách v USA, Německu a Japonsku. První známou aplikací svého druhu je výroba automobilových pojistek nástřikem měděného prášku na plastovou fólii. V rámci českého trhu se studené naprašování pro výrobu targetů podařilo poprvé uvést do komerčního provozu v závodě ve Vestci u Prahy.

Platinový blahobyt

Ačkoliv zlato a stříbro provázejí lidský rod po tisíce let, jsou platina a skupina platinových kovů poměrně novou záležitostí. V průběhu 18. a 19. století byly tyto kovy postupně objevovány několika vědci. Platina svojí barvou odpovídala stříbru, a proto byla i velmi podobně pojmenována. Platina je zdrobnělina pojmu plata, španělského slova pro stříbro. Na to, že je tato skupina, do níž kromě platiny patří i palladium a rhodium, známá pouze dvě stě let, prošla již překotným vědeckým zkoumáním. Již na počátku devatenáctého století objevil Wilhelm Ostwald, profesor chemie na univerzitě v německém Lipsku, katalytickou schopnost platiny k oxidaci čpavku a následně její pomocí jako katalyzátoru zahájil výrobu kyseliny dusičné, která je primární surovinou pro masovou výrobu hnojiv. Málokdo si uvědomuje, že platina stojí za naším potravinovým blahobytem a globálně tak umožnila expanzi světové populace: naše pole díky platině můžeme masově hnojit, a tak vyrábět více potravin pro více lidí. Kromě Německa bylo v 19. století pro využití drahých kovů zásadní carské Rusko, kde se vyvinula drahokovová chemie jako nový obor. Později se přidala Anglie, která se podílela na rozsáhlém výzkumu v oblasti katalýzy drahých kovů.

Současné využití platiny je mnohem širší. Od již zmíněné technologie Cold Spray přes automobilový průmysl, kde jsou platinové kovy používány při snižování nežádoucích emisí CO2. Využití technologií v oblasti katalýz a procesů snižujících emise tzv. skleníkových NOx plynů je především v oblasti výroby autokatalyzátorů a průmyslových katalyzátorů.

Společně s rhodiem tvoří platina základní surovinu pro výrobu kvalitních termočlánků, které dokážou změřit vysoké teploty a velmi dobře odolají vnějším chemickým vlivům. Výroba termočlánků je dnes poměrně rozsáhlá a existují různé specializace. Například termočlánky z výrobního programu ve Vestci u Prahy, kde byla zvolena specializace právě na platinu a rhodium, se využívají zejména pro měřicí zařízení v hi-tech odvětvích, kde je hlavní prioritou absolutní bezpečnost a ochrana lidského života. Jedná se zejména o letecký (např. řízení chodu proudových motorů), chemický (citlivé chemické technologie), jaderný, sklářský (zvlákňování skla), ocelářský, automobilový (bezpečnostní čidla), vojenský a elektrotechnický průmysl. Tyto termočlánky slouží pro měření teploty také v četných přístrojích využívaných ve zdravotnictví a ve vědě a výzkumu, jsou i součástí aplikací pro NASA.

Kopnout jen do země již nestačí

Těžba zlata a stříbra patří již do pradávného seznamu lidských činností. Naleziště se velmi brzy objevila i na našem území, nicméně hlavní velká ložiska drahých kovů se nacházejí v Africe, Austrálii nebo Číně. Největším nalezeným jednolitým kusem zlata a vůbec drahého kovu byl v 19. století "Welcome Stranger" z Austrálie, nuget vážil 78 kg. Zásoby drahých kovů se logicky se zvýšením jejich využití postupně tenčí některé doly byly již vytěženy, jinde zamezuje začátku těžby finanční rentabilita či ekologicky náročná zátěž. V současné době se na našem území žádné drahé kovy netěží. Kromě těžby je proto třeba najít další zdroj drahých kovů. V dnešní době nezastupitelnou roli tedy sehrává jejich recyklace. Klíčovým zdrojem recyklovaných drahých kovů je průmyslový sektor, který vyžaduje použití speciálních technologií pro vzorkování a zpracování odpadů. Jedná se zejména o oblast sklářského, elektronického a chemického průmyslu, zpracování ropy a ropných produktů. Recyklace drahých kovů proto zahrnuje především použité průmyslové katalyzátory, autokatalyzátory, ostatní průmyslové materiály a chemikálie s obsahem drahých kovů.

Vzhledem k narůstajícím nárokům na provedení recyklace z hlediska ekonomické výhodnosti pro zákazníka a environmentální legislativy v průmyslovém sektoru byl v České republice, jmenovitě ve Vestci u Prahy, vystaven ojedinělý vzorkovací soubor zařízení, který je schopen vzorkovat velké objemy sypkého materiálu. V oblasti recyklace drahých kovů je zcela zásadní oblast vzorkování materiálu, kde konečný, několik gramů vážící reprezentativní vzorek musí být shodný se vstupním materiálem, dosahujícím až desítky tun. Pro zpracování refraktorních materiálů, jako jsou průmyslové katalyzátory nebo autokatalyzátory, byl vyvinut a uveden do provozu inovativní plazmový proces, který je klasifikován jako BAT (Best Available Technique), pod názvem PlasmaEnvi. Tato technologie je kromě zařízení v již zmíněném Vestci u Prahy dostupná už jen ve Spojených státech, jedná se tedy o unikát v Evropě, ale i v celosvětovém měřítku.

PlasmaEnvi je technologie recyklace použitých průmyslových katalyzátorů s hlavním zaměřením na obsah s drahými kovy. Jedním z jejích hlavních prvků je spojení plazmového tavení s mikroturbínami. Tento způsob využití je maximálně ohleduplný k životnímu prostředí, a to z toho důvodu, že neprodukuje žádné přímé ani nepřímé odpady, umožňuje návrat důležitých surovin do opětovného užívání a současně využívá uvolněnou energii k výrobě elektrické energie a tepla. Proces zajišťuje emisní limity několikanásobně nižší, než je současný požadavek legislativy EU, a je z hlediska recyklace a výtěžnosti drahých kovů zařazen do kategorie "Nejlepší recyklační technologie" (Best Reclamation Technique).

Do budoucna...

Těžko predikovat, jaký drahý kov bude hrát v blízké budoucnosti nejvýznamnější roli. Ve světě ekonomiky to bude jistě stále zlato, ale průmyslové aplikace se natolik rozvíjejí, že by šlo pouze o věštění z křišťálové koule. Lze si pouze zaspekulovat, že půjde o objevy na poli elektroniky, optiky a medicíny, ale co bude dříve a čeho bude více, to se nedá samozřejmě odhadnout. Nové technologie naprosto transformovaly využívání drahých kovů. Vzpomeňme například na dobu nedávno minulou, kdy měl každý správný cestovatel na krku fotoaparát na kinofilm. Zdánlivě nezastupitelnou roli stříbra v procesu vyvolávání fotografií zcela s přehledem zastoupily digitální fotoaparáty a tiskárny. Původně byl fotografický proces vyvolávání filmu založen na reakci jemně rozptýlených sloučenin stříbra v želatině na světlo.

Každopádně je ale jisté, že drahé kovy neztratí nic na svém významu, vzhledem k jedinečným fyzikálně-chemickým vlastnostem, které mají. Proto budou pro potřeby lidstva zcela určitě uplatňovány i nadále, a to i v nových aplikacích a oborech. Tak jako tomu bylo po veškerá předchozí tisíciletí.

Martin Bouša
strategický marketing, SAFINA, a.s.

Zdroj: Technik

Komentáře k článku. Co si myslí ostatní?

Další články
Chystané akce
INISOFT s.r.o.
20
11. 2019
20.11.2019 - Seminář, školení
Brno, ApS Brno s.r.o.
INISOFT s.r.o.
5
12. 2019
5.12.2019 - Seminář, školení
Praha, ČVUT
6
12. 2019
6.12.2019 - Seminář, školení
Ostrava - Kunčičky, Severomoravský vzdělávací institut
Podněty ZmapujTo
Mohlo by vás také zajímat
Naši partneři
Složky životního prostředí