Cenu Vedec roka SR 2019 v kategórii inovátor roka získal Ján Híveš, riaditeľ Ústavu anorganickej chémie, technológie a materiálov Slovenskej technickej univerzity (STU) v Bratislave.
Vo svojom výskume sa venuje zefektívneniu výroby železanov, vďaka ktorým je možné ničiť škodlivé látky v životnom prostredí.
Ocenenie Vedec roka SR 2019 spoločne vyhlasujú Centrum vedecko-technických informácií SR, Slovenská akadémia vied a Zväz slovenských vedeckotechnických spoločností.
Tento rok ste získali cenu Vedec roka SR v kategórii inovátor roka. Prekvapilo vás to?
Áno, pretože si myslím, že na Slovensku je veľké množstvo šikovných ľudí. Len je škoda, že o nich veľa nevieme, nie je o nich počuť.
Myslíte, že pandemická situácia spôsobená vírusom COVID-19 by to mohla zmeniť?
Som o tom hlboko presvedčený, pretože je to jeden z mála prípadov, kedy si politici nechali poradiť od vedcov. Ani politici nie sú bohovia, ktorí vedia všetko, je preto veľmi rozumné, keď sa obklopia šikovnými a múdrymi ľuďmi, ktorí sú v daných oblastiach skutočnými odborníkmi. Dostanú tak relevantné odborné informácie, na základe ktorých sa môžu následne sami rozhodnúť.
A možno si verejnosť aj vďaka pandémii uvedomila, že na Slovensku máme vedcov, ktorí môžu priniesť odborné informácie.
Absolútne súhlasím. Vedci sa často nevedia sami prezentovať. Nehovoria o tom, akí sú skvelí a jedineční. V tomto máme tak trochu dlh oproti západným krajinám, kde je sebaprezentácia veľakrát až nadnesená. U nás to bolo presne naopak. Pracuj, ako najlepšie vieš a nepotrebuješ to dávať najavo, veď môžeš byť spokojný s tým, že sa ti darí. Tiež môžeš byť spokojný s tým, že to, čo robíš, robíš dobre. Verím, že si ľudia uvedomia, že vedomosti sú veľmi silnou devízou, ktorá aj z finančného hľadiska dokáže ušetriť veľké množstvo peňazí.
Vo svojom výskume sa snažíte nájsť efektívny spôsob, ako prostredníctvom železanov ničiť mikropolutanty. Začnime teda od začiatku. Čo sú mikropolutanty a kde ich nájdeme?
Mikropolutanty sú látky, ktoré znečisťujú životné prostredie. Nachádzajú sa všade okolo nás, vo vode alebo vzduchu. Predpona mikro- znamená, že ide o malé koncentrácie, väčšinou iba niekoľko desiatok nanogramov na liter. Patria sem všetky látky, ktoré znečisťujú odpadové vody. Sú to veľké organické molekuly, ktoré sú pozostatkami chemikálií používaných v prírode (pesticídy, herbicídy), prípadne látky, ktoré metabolizuje človek po užití nejakého liečiva (antibiotík, antikoncepcie, látky používanej v psychiatrii, proti bolesti alebo cievnym ochoreniam). Hlavným problémom týchto látok je to, že mnohé z nich sa len čiastočne odbúravajú prirodzenou cestou, ťažko sa rozkladajú.
Príroda nedokáže tieto látky sama spracovať?
Nielenže ich príroda nevie spracovať, ale čo je ešte horšie, dochádza k ich postupnej akumulácii. Napriek tomu, že ide o veľmi malé množstvá, hromadia sa a ich koncentrácia stále stúpa.
Nelikvidujú mikropolutanty čističky odpadových vôd?
Nie, čističky odpadových vôd nie sú stavané na to, aby likvidovali mikropolutanty. Náš výskum je prakticky zameraný na to, aby sme sa v tomto smere pripravili na budúcnosť, pretože mikropolutanty sa môžu z odpadových vôd dostať do spodných a odtiaľ do pitných vôd. Keď sa to stane, budeme mať naozaj problém, pretože tak, ako sa látky akumulujú v prírode, môžu sa hromadiť aj v živočíšnom či ľudskom tele a spôsobovať nemalé problémy.
Vieme číslo (koncentráciu látky), ktoré by pri kumulácii látky nemali presiahnuť?
Pri niektorých látkach je stanovená takáto hranica, pri iných nie. Niektoré nie sú stále ani monitorované.
Ako môžeme množstvo mikropolutantov vo vodných tokoch zmerať?
Analytická chémia má rôzne typy metód, pomocou ktorých sa dá zmerať množstvo mikropolutantov vo vodných tokoch. Dokážeme zmerať aj veľmi nízke koncentrácie látok a monitorovať ich. Výsledky týchto meraní sú presné a veľmi dobre odzrkadľujú, ako na tom sme. Hovoria o tom, čo sa deje vo vzduchu, vo vodných tokoch a v pôdach.
Existujú dáta, ktoré nám povedia, ako sú na tom naše rieky, čo sa týka množstva mikropolutantov?
Máme dáta ohľadne výskytu drog a farmák v odpadových vodách. Naši kolegovia zo životného prostredia odobrali vzorky z rôznych častí zberného kanalizačného systému. Pre nás sú zaujímaví najmä bodoví znečisťovatelia. V tomto prípade sú nimi miesta, kde je vysoká koncentrácia ľudí, ktorí používajú liečivá, napríklad nemocnice, domovy pre seniorov a psychiatrické liečebne. V týchto miestach sú koncentrácie odpadových látok výrazne vyššie ako v celom systéme.
Vo svojom výskume sa zaoberáte železanmi, čo sú látky, v ktorých sa železo nachádza v nezvyčajnom, vysokom oxidačnom stupni 6. Čo to znamená?
Štandardne sa vyskytujú v prírode soli železité a železnaté, čo znamená, že železo je v nich v oxidačnom stupni dva alebo tri. Vysoký oxidačný stupeň šesť znamená, že železany majú vlastnosti, ktoré z nich robia silné oxidačné činidlá. Vďaka tomu dokážu zlikvidovať mikropolutanty.
Vo vašom výskume ste sa zamerali najmä na samotnú výrobu železanov. Je ich výroba náročná?
Železany sú známe už od sedemnásteho storočia, nie je to teda nič nové. Spôsob ich prípravy je ale náročný. Môžeme ich vyrobiť termicky za vysokých teplôt alebo chemickou cestou. Problém je v tom, že pri výrobe železanov chemickou cestou vzniká množstvo vedľajších produktov, ktoré výrobu degradujú. Ak chcete vyrobiť čistý železan, musíte použiť veľa pomocných látok a zároveň vyprodukujete množstvo odpadu, takže tento proces nie je priateľský k životnému prostrediu. Chceli sme preto vymyslieť technológiu prípravy železanov, ktorá by bola bezodpadová. V roku 2005 sme začali spolupracovať s Vysokou školou chemicko-technologickou (VŠCHT) v Prahe a s Florida Institute of Technology. Naším cieľom bolo nájsť jednoduchší a lacnejší spôsob prípravy železanov. Nakoniec sme sa rozhodli ich vyrobiť elektrochemicky. Na systém aplikujeme jednosmerný elektrický prúd, čím spôsobujeme chemické zmeny v systéme. Pri výskume využívame taveniny (roztavené anorganické soli). Po ich roztavení v rádovo stovkách stupňoch Celzia pripravujeme zo zmesi hydroxidov prostredníctvom elektrolýzy výsledný produkt. Ide o hygroskopický materiál (je schopný absorbovať vodu), ktorý spôsobuje, že železan reaguje a kyslík sa uvoľňuje. Voda má teda na železan degradačný účinok.
Ako ste prišli na to, ktorý spôsob výroby železanov, je najlepší?
Metódou pokusov a omylov. Venovali sme tomu pätnásť rokov. Snažili sme sa, aby finálny prístup bol čo najjednoduchší, či už z hľadiska počtu krokov, alebo z hľadiska „dočisťovacích“ prác. Zisťovali sme, čo je pri príprave dôležité. Dospeli sme k záveru, že sú to prúdové hustoty, ktoré charakterizujú intenzitu prebiehajúceho procesu. Snažili sme sa preto, aby bola v smere želaných produktov, v našom prípade železanov, intenzita čo najväčšia. Ďalej sme zisťovali, akú potrebujeme pri príprave teplotu. Vieme, že železany sú stabilné v alkalickom prostredí. Tiež vieme, že materiál anód, z ktorých sa železany vyrábajú, je veľmi dôležitý a nemôže ním byť čisté železo. Postupne sa nám tak podarilo dosiahnuť situáciu, keď sme v laboratórnych podmienkach pripravili 70-percentný železan, čo je výrazný posun od troch hmotnostných percent, ktoré sme pripravovali na začiatku.
V akom skupenstve si máme predstaviť výsledný produkt? Je to prášok či tekutina?
Železany vznikajú z roztoku, následne z nich využitím bežných techník vyrábame prášok. Keďže tento spôsob vôbec nezaťažuje životné prostredie, dovolím si železany nazvať aj „zeleným“ oxidantom.
Ako sa bude železan správať, ak ho použijeme na vyčistenie vodného toku?
Železo v oxidačnom stupni šesť bude degradovať mikropolutanty a zároveň sa zredukuje na zlúčeniny železa v oxidačnom stupni dva alebo tri, ktoré sa v prírode nachádzajú bežne, takže sa nevytvorí žiaden odpad. Čistením vodných tokov, pôdy alebo vzduchu prostredníctvom železanov teda nedodávame a ani nevytvárame žiaden ďalší odpad. Látka iba spraví svoju prácu. Môže zostať voľne v prírode, pretože si s ňou príroda dokáže poradiť.
Ako je možné, že železan, dokáže rovnako efektívne zničiť škodlivú látku z pesticídov ako z antibiotík?
Molekuly mikropolutantov sú väčšinou veľmi stabilné, avšak keď ich „nahryzneme“, spôsobíme, že sa rozpadnú. Najväčšou výhodou železanov je to, že sú schopné práve tohto „nahryznutia“. Chemicky sú všetky mikropolutanty veľké organické molekuly, väčšinou tvorené heterocyklami, aromatickými zlúčeninami s benzénovými jadrami. Jednoducho povedané, všetky sú uhľovodíky. Železany dokážu atakovať molekuly mikropolutantov na tom najslabšom mieste, ktoré je pri každej molekule iné. Ich cieľom je rozbiť reťazec mikropolutantu, aby sa rozložil na jednotlivé zložky, ktoré sú tvorené uhlíkom, kyslíkom a nejakými heteroatómami – najčastejšie síra, dusík, fosfor. Tieto zložky dokáže následne príroda jednoducho spracovať.
Ako dlho vám trvalo, než ste vylepšili výrobu železanu tak, že ste sa dostali z troch hmotnostných percent na sedemdesiat?
Dvanásť rokov.
Čo bolo za tých dvanásť rokov pre vás najťažšie?
Chvíle, keď som musel kompletne otočiť predstavu, ktorú som mal o tom, ako to bude fungovať. Keď som si myslel, že som geniálny. Keď som si myslel, že cesta, ktorú som pôvodne vybral, je tá jediná správna, avšak po roku, dvoch, troch som s hrôzou zistil, že progres nastáva, ale po veľmi malých krôčikoch. V určitom momente som si musel povedať, že to týmto spôsobom nefunguje, tadiaľto cesta nevedie, musím to vymyslieť inak, začať ešte raz. Nie som Lomonosov ani Medelejev. Vytvoril som ale tím ľudí, ktorý ma vo chvíli, keď som to už chcel vzdať, podržal.
Akú dobu podľa vás potrvá, než naozaj začneme čistiť životné prostredie železanmi?
Na túto otázku by mala odpovedať ekonomika. Podľa našich rádových prepočtov je tento spôsob o niečo drahší, približne o desatinu eura na meter kubický, ako súčasné techniky, ktoré by sa tiež mohli použiť. Dnes sa často na čistenie vôd používa chlorácia, ktorou sa ale môžu vytvoriť ešte horšie medziprodukty, než sú mikropolutanty, na ktorých zničenie ich použijete. Pre nás je ešte stále dôležité zistiť, ako železany na mikropolutanty pôsobia v reálnom ekosystéme. Musíme nastaviť dávkovanie tak, aby ich bolo zničených aspoň 90 percent. Podstatné je aj to, v akej forme budeme železan dávkovať. Zatiaľ sme vymysleli jednoduché dávkovanie železanu pomocou tabliet.
Železan nemôžeme použiť na čistenie odpadových vôd, ktoré rádovo spracovávajú stovky metrov kubických vody za minútu. Mimoriadne dôležití sú ale bodoví znečisťovatelia, ktorí sú hlavnými zdrojmi znečisťovania odpadových vôd. V týchto oblastiach by sme chceli redukovať množstvo škodlivín prostredníctvom železanov.
