Elektrody z vodního květu. Kredit: Da Deng, Wayne State University.

Minulé léto narostl nebezpečně toxický vodní květ (harmful algal bloom, HAB) v jezeru Erie natolik extrémně, že otrávil pitnou vodu ve městě Toledo (stát Ohio) a zkomplikoval život téměř půl milionu místních obyvatel. Zároveň toho ale využil vědecký tým, který vedl environmentální inženýr Da Deng ze Statní university Wayne v Detroitu.

Da Deng vpravo. Kredit: University of Minnesota.

Vědci neohroženě nabrali vzorky toxického vodního květu a zahřáli ho na 700-1000 °C v atmosféře z argonu. Vodní květ se jako mávnutím kouzelného proutku proměnil v uhlíkový materiál, který lze využít jako vysoce účinné a zároveň cenově příznivé elektrody pro sodík-iontové (Na‑Ion) baterie.

Vodní květy – tedy nápadné zbarvení vody do zelena, které mají na svědomí mikroorganismy, v převážně většině sinice – mohou být nepěkně toxické. V takovém případě ohrožují všechny kolem, včetně lidí, kteří jsou ve špatnou chvíli na špatném místě. Když na to přijde, dovedou i zabíjet. Podle Denga byla právě krize s pitnou vodou v Toledu v roce 2014 názorným příkladem nebezpečnosti takových vodních květů.

Když chceme s podobnými vodními květy bojovat, máme k dispozici převážně jen pasivní technologie, které mají navíc svá omezení. Postup Dengova týmu nejen masu vodního květu spolehlivě zlikviduje, ale také z ní vyrobí velmi zajímavý produkt. Deng a spol. tomu přístupu přezdívají „poklad z odpadu“ (trash-to-treasure). Sodík-iontové baterie jsou vnímané jako velmi slibné a mají prý potenciál nahradit dnes široce rozšířené lithium-iontové baterie.

Da Dengovi studenti s vodním květem. Kredit: Da Deng, Wayne State University.

Deng upřímně přiznává, že technologie sodík-iontových baterií ještě trpí dětskými neduhy. A jedním z klíčových problémů jejich vývoje je právě nalezení vhodného materiálu k výrobě elektrod. Na elektrody lithium-iontových baterií se obvykle používá grafit, problém je ale v tom, že ionty sodíku jsou větší, než ionty lithia, a příliš nepasují do struktury grafitu. Uhlíkový materiál z vodního květu je ale na úrovni atomů oproti grafitu méně uspořádaný a obsahuje více velkých defektů a dutin, kam se mohou nacpat sodíkové ionty.

Vodní květ na vesnické říčce v Číně. Kredit: Felix Andrews / Wikimedia Commons.

Uhlíkový materiál, jaký Deng a spol. vytvořili z vodního květu, se obvykle vyrábí z ropy. Jak je ale vidět, jde to i z biomasy. Vodní květ je sice toxický hnus, zároveň ale skvěle roste a nepotřebuje k tomu zemědělskou půdu. Jeho přeměna na materiál pro elektrody sodík-iontových baterií je navíc velice jednoduchá a nevyžaduje žádné čištění nebo podobné procedury.

Na elektrodách pro sodík-iontové baterie z vodního květu je ještě co optimalizovat. Tahle technologie ale krásně zabíjí dvě mouchy jednou ranou. Likviduje biomasu vodního květu ze sladkovodních nádrží a zároveň poskytuje slibný materiál pro tolik potřebnou novou generaci dobíjecích baterií. Cena soudobých lithium-iontových baterií činí asi 410 dolarů za jednu kilowatthodinu, zatímco maloobchodní cena elektřiny ze sítě v USA se pohybuje kolem 10 centů za kilowatthodinu. Sodík-iontové baterie by brzy mohly tenhle strašný rozdíl výrazně snížit.


Literatura
PhysOrg 9. 10. 2015, Environmental Science & Technology online 22. 9. 2015.