Týmu brněnských vědců z VUT, Masarykovy univerzity a Botanického ústavu AV ČR se podařilo vyvinout zcela unikátní zařízení CaviPlasma, které dokáže z předčištěné odpadní vody odstranit i zbytky mnoha chemikálií a léčiv. „Naše zařízení dokáže spojením dvou dosud nespojitelných technologií tento problém vyřešit, a to v měřítku, které je bez problémů použitelné v praxi,“ říká vedoucí odboru fluidního inženýrství na FS VUT Pavel Rudolf.
Vaše zařízení získalo český patent a nyní čeká na udělení patentu evropského. Co je na něm tak tedy unikátního?
Naše řešení je jedinečné v tom, že kombinuje hydrodynamickou kavitaci a plazmový výboj.
Plazmové výboje se již pro čištění vody využívají, existuje například metoda, kdy, zjednodušeně řečeno, dochází k nízkoteplotnímu plazmovému výboji nad hladinou vody v nádobě. Využití této metody by ale bylo ve vodárenské praxi extrémně neefektivní, protože takto lze pročistit jen zhruba sklenici vody za hodinu. I proto je vhodná maximálně pro laboratorní účely.
My jsme se vydali jinou cestou a začali uvažovat nad tím, jak by se dala plazma zapálit přímo v objemu vody.
Což je na první pohled nemožné.
Na ten první ano, protože plazmový výboj vyžaduje plynné prostředí. To se dá udělat například tak, že se za vysokých energetických nároků mezi elektrodami nejprve voda odpaří a potom může následovat vlastní výboj. To je metoda, kterou známe, ale ani ta nám nevyhovovala, protože její efektivita by nebyla příliš velká. Proto jsme zkusili jít cestou kavitace.
Vzali jsme trubku, již jsme vhodně vytvarovali, a vytvořili tak úzké místo, kterým proudí voda vysokou rychlostí. Lokálně zde poklesá tlak pod hodnotu tlaku sytých par a dochází ke vzniku parních bublin, což je proces nazývající se hydrodynamická kavitace. Uvnitř trubky plné vody nám tedy vznikly „kapsy“ vyplněné párou. A když se pak do těchto kapes umístí dvě elektrody s vysokým napětím, je možné realizovat plazmový výboj.
Díky této technologii je možné zpracovávat desetitisíce litrů vody za hodinu. Na našem nejmenším zařízení je to konkrétně 1 500 l, na středním 15 tisíc l a máme v plánu postavit ještě jedno zařízení, které by dokázalo zpracovat 80 tisíc l vody. Technologicky to možné je.
Spojení plazmatických výbojů a kavitace ještě nikoho nenapadlo. Co na tuto cestu navedlo vás?
Dlouho jsme se u nás na odboru zabývali kavitací jako negativním jevem, který dokáže ničit čerpadla a vodní turbíny. Zhruba před 10 lety jsme zkusili změnit pohled a na kavitaci nahlížet také jako na proces, který může být užitečný. Už tenkrát nás napadla myšlenka, že by mohla pomoci s ničením patogenních organismů.
Profesor Pochylý z našeho pracoviště se spojil s profesorem Blahoslavem Maršálkem z Botanického ústavu AV ČR a postavili jsme několik zařízení, která byla založena čistě jen na kavitaci, nebo na kavitaci s příměsí malého množství peroxidu vodíku jako dezinfekčního činidla. Ale i když naše metoda fungovala, pořád se nám zdála efektivita příliš nízká.
Pak jsem se na přelomu let 2017 a 2018 v rámci jedné spolupráce dostal k fyzikům na Masarykově univerzitě, kteří zase využívali plazma k dekontaminaci vzduchu. Tenkrát od nás strojařů potřebovali postavit ventilátor, kterým by se nasával kontaminovaný vzduch a oni by zde zapálili plazmový výboj. Právě tehdy jsem se zeptal doc. Pavla Sťahela, zda by se dala plazma použít i na čištění vody, pokud bychom použili hydrodynamickou kavitaci k vytvoření plynného prostředí. Nápad ho zaujal a tak vlastně začala naše spolupráce, která vedla až ke CaviPlasmě.
A jakou roli hraje v projektu Botanický ústav AV ČR?
Potřebovali jsme si ověřit, že metoda funguje, tedy že skutečně dochází k dekontaminaci a k ničení mikroorganismů a chemických látek. V tom nám pomohl právě profesor Maršálek, který se celoživotně zabývá toxikologií a sinicemi, má na to vybavení i perfektní tým. Takže jsme začali CaviPlasmou prohánět sinice, řasy, bakterie i zbytky různých léčiv a další chemikálie.
(Celý článek naleznete v aktuálním vydání Technického týdeníku.)