Když se v roce 1902 vědcům J. F. Cooleymu a W. J. Mortonovi podařilo patentovat vynález výroby nanovláken pomocí elektrostatického zvlákňování, bylo jasné, že bude mít tento objev v budoucnu široký dopad na nejrůznější průmyslová odvětví. Jednotnost vlákenných vrstev, tenkost a jejich vysoká propustnost či adhezivita činí z nanovláken klíčový materiál nejen pro automobilový, oděvní, potravinářský a farmaceutický průmysl, ale i pro čištění vody a získávání a uchovávání elektrické energie. Velký význam mají nanovlákna i pro ochranu životního prostředí nebo biomedicínu na poli tkáňového inženýrství pro pěstování lidských buněk.
Největší výhodou metody elektrostatického zvlákňování je možnost připravovat vlákna o velmi malém průměru, a to několika nanometrů až po rozměry mikrometrů. Z nanovláken se vyrábějí například vysoce účinné filtry, textilní látky se speciálními vlastnostmi nebo kompozity a jsou nadějí při hledání řešení zásadních problémů lidské společnosti. Používají se k čištění a výrobě pitné vody, mobilních zdrojů energie a baterií, které umožňují její skladování.
V současnosti lze v průmyslovém měřítku získávat nanovlákna z několika desítek polymerů (makromolekulárních látek) včetně snášenlivých v biologickém prostředí nebo přirozeně odbouratelných polymerů šetrných k životnímu prostředí. Pro zvlákňování bývají využity nejrůznější polymery, jednak přírodní látky, jako jsou třeba hedvábí, chitosan nebo kyselina hyaluronová, kolagen, celulóza a další, ale i látky syntetické, jako je např. polyvinylalkohol, polykaprolakton a mnoho dalších.
Výrobou nanovláken se zabývá česká společnost Nafigate, která zaznamenala úspěch na posledním Expu a za svou biotechnologii získala v květnu 2015 mezinárodní cenu Frost&Sullivan Innovation Award za nejlepší inovaci. Nafigate vyrábí nanovlákna z biopolymeru PHA, jenž vzniká z použitého fritovacího oleje. O technologii této společnosti jsme si promluvili s Lenkou Mynářovou, členkou představenstva.
Vaše společnost se prezentuje pěti know-how v oblasti biotechnologií, čištění odpadních vod, čištění vzduchu a v oblasti energií. Můžete nám přiblížit tyto technologie?
Lenka Mynářová: Pro oblast nanovláken své aplikace vyvíjíme na technologii Nanospider. Aplikační oblasti jsou filtrace vod, vzduchu, energie, ale i kosmetika. V oblasti biotechnologií se jedná o českou biotechnologii Hydal, která z použitého fritovacího oleje umí vyrobit biopolymer PHA.
Můžete technologii Nanospider popsat?
Je to průmyslová technologie, stroj schopný vyrobit nanovlákna ve velkém měřítku, tj. kilometry čtvereční, podle potřeby aplikace. Je to technologie firmy Elmarco a jedna z českých technologií, které opravdu dobyly svět.
V čem je tato technologie přelomová? Proč využíváte použitý fritovací olej?
Tato technologie je průlomová proto, že jako vstupní surovinu používá odpad – použitý fritovací olej. A byla první na světě. Konkurence Hydalu používá přírodní zdroje – kukuřici, cukr, jedlý rostlinný olej. Jsou to suroviny, které mohou být užity jinak. Další průlom spočívá v tom, že z odpadu, kterého je v řadě zemí velký nadbytek, vyrobíte biopolymer, kterého je naopak nedostatek, a z něj velmi žádané bioplasty. Kromě toho, že je to koncept tzv. Circular Economy a Zero Waste Management, je i velmi ekonomický – biopolymer je výrazně levnější díky využití odpadu.
„Trendem je elektromobilita, nikoli zastaralá a cenově nekonkurenceschopná paliva."
Odkud tento olej získáváte?
I pro své výzkumné účely dovážíme olej z Číny. S výstavbou továren v EU se zatím vůbec nepočítá, protože téměř veškerý použitý fritovací olej v EU končí v biodieselu, a dokonce podle informace z USA jsme popelnicí, i ty svůj olej vyvážejí k nám. EU je už jedním z mála uskupení, které koncept biodieselu podporuje – USA i Čína už dávno podporu zastavily. Trendem je elektromobilita, nikoli zastaralá a cenově nekonkurenceschopná paliva. Snad se někdy dočkáme změny.
V současnosti v naší kultuře představuje problém neschopnost čističek odpadních vod odbourat z vody antibiotika a hormony. Bude v budoucnu možné od nich vodu vyčistit?
V této fázi vývoje se zaměřujeme na filtraci především bakterií, které ve třetím světě zabíjejí nejvíce lidí. Do budoucna je určitě možné odstraňovat i antibiotika a hormony.
A jak fungují nanovlákna při čištění vzduchu? Je možné se jimi chránit a čistit vzduch od smogu?
Ano, právě uvádíme na trh produkt – síťku do oken s nanovlákny, která umí zachytit prachové částice malé velikosti a další škodliviny jako např. alergeny.
Jak z biopolymerů nanovlákna vyrábíte?
Biopolymery mají největší aplikační potenciál v bioplastech – tj. v náhradě syntetických plastů novými materiály, které již nijak nezatěžují životní prostředí. Nanovlákna z biopolymeru PHA vyrábíme stejně jako z jiných polymerů – zvlákňováním.
„Je to oblast budoucnosti, která již dnes existuje v laboratořích."
V souvislosti s nanovlákny se zabýváte i vývojem tzv. nanobio smart packaging. Co je to?
Nanobio smart packaging, tzv. chytrý obal, v sobě kombinuje výhody nano- a biotechnologií. To znamená, že obal může být biodegradabilní a nezatěžovat přírodu a nanosenzory umí detekovat kvalitu potravin v obalu – přítomnost bakterií a dalších látek. Je to oblast budoucnosti, která již dnes existuje v laboratořích.
Jak probíhá vývoj v oblasti energií?
Zde probíhá výzkum v oblasti bateriových separátorů – a momentálně jsme ve fázi průmyslového výzkumu.
Spolupracuje firma Nafigate s českými vysokými technickými školami?
Spolupráce s českými vysokými školami je pro nás klíčová. Máme společné výzkumné týmy např. s VUT v Brně, s Mikrobiologickým ústavem AV v Praze či s TUL v Liberci.