-
Pasirinkti leidinį
Leidiniai
Uždaryti
Leidiniai
Pasaulyje vis plačiau sklinda žaliojo vandenilio garų debesys, galintys iš esmės pakeisti planetą. Žaliasis vandenilis šiandien įvardijamas kaip vienas efektyviausių atsinaujinančių energijos šaltinių. Prie švarios energijos revoliucijos prisideda ir lietuvis mokslininkas Vytautas Kavaliūnas, kuriantis hibridinį titano dioksido fotoelektrodo įrankį (TiO2 HPE), kuris bus skirtas vandenilio gavybai naudojant tik saulės šviesą.
Tokiu būdu išgautas vandenilis yra vadinamas žaliuoju, kadangi gavybos metu nėra išskiriamas anglies dvideginis.
Paprastai tariant, proceso metu saulės šviesa generuoja teigiamus ir neigiamus krūvininkus. Pastarieji pasiekę fotoelektrodo paviršių dalyvauja redukcijos bei oksidacijos reakcijose, skaidant vandens molekulę į vandenilį ir deguonį.
„Viena iš pagrindinių problemų, su kuria susiduriama tokio proceso metu, yra šių dviejų krūvininkų rekombinacija. Kita – jautrumas šviesai. Pirmoji problema gali būti išspręsta sukuriant elektrinį lauką, kuris teigiamus ir neigiamus krūvininkus nukreips skirtingomis kryptimis, taip išvengiant rekombinacijos“, – apie savo kuriamą įrankį pasakoja V. Kavaliūnas.
Jautrumo šviesai savybė priklauso nuo pačios medžiagos elektrinių savybių – TiO2 yra jautrus tik ultravioletinei spinduliuotei, o tai yra tik maža dalis saulės šviesos, pasiekiančios žemės paviršių.
„Norint pilnai išnaudoti saulės šviesą, reikia jog turima medžiaga būtų jautri ir regimosios šviesos diapazone. Šią problemą galima spręsti modifikuojant patį TiO2 ar kuriant kombinuotas monolitines puslaidininkių struktūras“, – sudėtingus procesus aiškina mokslininkas.
Pasak Vytauto, kalbant apie vandenilį ir jo „spalvas“ galima paminėti tris plačiau naudojamus terminus: žaliasis vandenilis – kai gavybos metu visiškai nėra išskiriamos anglies dioksido dujos, mėlynasis vandenilis – kai išskiriamos anglies dioksido dujos, tačiau jos surenkamos ir sandėliuojamos. Dar yra pilkasis, labiausiai žinomas vandenilis, kai vykdant gavybos procesą išskiriamos anglies dioksido dujos ir jos patenka į atmosferą, taip artindamos planetą prie klimato katastrofos. Deja, šiuo metu žaliasis vandenilis užima tik labai mažą viso pagaminamo vandenilio dalį.
V. Kavaliūno kuriama sistema žaliajam vandeniliui išgauti galėtų būti plačiai naudojama energetikos srityje, vandenilio gavyboje. Visgi pats įrankis tikriausiai nebūtų laisvai prieinamas visiems žmonėms dėl gana sudėtingų bei brangių procesų vandenilio „surinkimui“. Tačiau pats vandenilis gali pakeisti iškastinį kurą ar gamtines dujas tiek pramonės sektoriuje, tiek buityje, taip sumažinant anglies dioksido emisiją iki nulio.
„Paprastai tai galima sulyginti su saulės baterijomis. Pastarasis būdas nenaudoja papildomos energijos šaltinių, o panaudoja tik saulės šviesą ir ją konvertuoja į elektros energiją. Mūsų atveju būtų panaudota saulės šviesa. Su jos pagalba gauta energija būtų panaudota vandens molekulės skaidymui į vandenilį ir deguonį, nenaudojant kitų energijos šaltinių“, – pasakoja mokslininkas.
Anot V. Kavaliūno, jo tikslas labai aiškus ir paprastas: kardinalus anglies dioksido emisijos sumažėjimas.
„Norint pasiekti tokį tikslą, neužtenka tik rasti efektyvų būdą vandeniliui gauti. Globaliu mastu prireiks labai daug politinės valios, jog vandenilis pakeistų taršius energijos šaltinius“, – pabrėžia tyrėjas.
V. Kavaliūnas šalia vieno iš pasaulio gamtos stebuklų – Fuji ugnikalnio Japonijoje.
Šiandien vis garsiau kalbama apie klimato kaitą, globalinį atšilimą ir dėl to planetai tenkančius iššūkius. Tačiau, anot V. Kavaliūno, daug svarbiau ne žodžiai, o realūs veiksmai.
Apie klimato kaitą, globalinį atšilimą ir anglies dioksido išmetimą į atmosferą kalbama jau nuo 1992 metų, kai įvyko pirmoji klimato kaitos konferencija Rio de Žaneire. Žymiausios tokio tipo konferencijos surengtos 1997 metais Kiote bei 2015 metais Paryžiuje.
„Nepaisant to, jog konferencijoje Kiote buvo nutarta sumažinti anglies dioksido emisija, šio sutarimo laikėsi tik Europos šalys ir dar keletas kitų. Nors iš tiesų tuo metu šiose šalyse anglies dioksido emisija sudarė vos 15 proc.“, – pasakoja Vytautas.
Nors Amerikos lyderiai konferencijos metu pritarė šiam susitarimui, tačiau jis nebuvo ratifikuotas Amerikoje. Pagrindinis argumentas buvo tas, jog Indija ir Kinija nesumažins savo anglies dioksido emisijos, tuomet kodėl tai turėtų daryti Jungtinės Amerikos Valstijos. Negana to, Amerikoje anglies dvideginio emisija pagal gyventojų skaičių smarkiai lenkė Kiniją ir Indiją.
Pasak V. Kavaliūno, norint išvengti katastrofos, reikia daug politinės valios ir jos tuo metu turėjo tik Europa, tad pasiekti susitarimo nepavyko.
Kita viso pasaulio dėmesį pritraukusi konferencija yra COP21 – Paryžiaus susitarimas. Visgi Vytautas apgailestauja, kad praėjo aštuoniolika tokio pobūdžio konferencijų, tačiau norimas rezultatas dar nepasiektas.
„Aišku viena – tol, kol šalių lyderiai matuosis kariuomenei skirtų biudžetų dydžiais, o ne anglies dioksido emisijos sumažėjimu, tol mūsų laukia ne tokia linksma ateitis“, – apgailestauja mokslininkas.
V. Kavaliūnas atkreipia dėmesį, kad, remiantis statistika, pasaulyje yra tam tikri anglies dvideginio, nulemiančio šiltnamio efektą Žemėje, emisijos sumažėjimai. Tačiau jie dažnu atveju susiję su ekonomika. 2008 metų ekonominės krizės laikotarpiu ir dabar, pasaulį sukausčius COVID-19 pandemijai, anglies dvideginio į atmosferą išmetami kiekiai žymiai mažesni. Tačiau yra kita, ne tokia graži medalio pusė – po ekonominių krizių anglies dioksido emisija šokteli į viršų ir kilimo tendencija išlieka tokia pati ar net didesnė.
Pasak V. Kavaliūno, kylant vidutinei metinei temperatūrai kenčia ne tik žmonės. Tai paliečia ir sausumos bei vandens gyvūniją. Vandens gyvūnams yra sunkiau prisitaikyti prie šylančio vandens nei sausumos gyvūnams prie aukštesnės temperatūros, nors praradimų galima skaičiuoti abiejose pusėse. Taigi, trumpai tariant, – kenčia visa ekosistema.
„Kalbant apie klimato kaitą reikia suprasti, jog kartu su kylančia vidutine metine temperatūra ateina ir kiti pavojai: globali migracija, gamtos stichijos, potvyniai, sausros. Yra gana sudėtinga atrinkti sritis, kurios nukentėtų nuo klimato kaitos, kadangi klimato kaita sukels grandininę reakciją, kol galiausiai bus paliesti absoliučiai visi sektoriai“, – akcentuoja mokslininkas.
Vos trijų laipsnių vidutinės temperatūros skirtumas Žemėje reiškia absoliučiai kitokią planetą.
Tačiau Vytautas nebūtų linkęs drastiškai teigti, jog žmonijai gresia išnykimas. Anot jo, žmogus – toks gyvūnas, kuris turi galimybių prisitaikyti.
„Neneigiu, jog klimato kaita kainuoja daug gyvybių ir kainuos dar daugiau ateityje, jeigu nespręsime šios problemos čia ir dabar. Tačiau visiško žmonijos išnykimo neįsivaizduoju“, – sako mokslininkas.
„Nors Japonija iš šalies atrodo technologiškai išsivysčiusi, o tokia ir yra, tačiau kalbant apie technologijų pritaikymą kasdieniame gyvenime, Lietuva tikriausiai yra dešimtmečiu priekyje.“ V. Kavaliūnas
Atsižvelgdamas į pasaulio prognozes dėl globalinio atšilimo, V. Kavaliūnas nelinkęs į viską žiūrėti tik pesimistiški. Anot jo, kol yra vilties, visada yra ir optimizmo.
Juolab kad pasaulyje plečiasi žaliojo vandenilio kuro panaudojimo galimybės – japonai vandeniliu varomą automobilį, pavadintą papamobiliu, padovanojo pačiam popiežiui, Roterdamo uoste atsiras milžiniška žaliojo vandenilio gamykla. Tačiau, V. Kavaliūno manymu, tai, jog jau kitą dešimtmetį visoje Europoje riedėtų automobiliai, autobusai, traukiniai ar sunkvežimiai, kurie į aplinką neišmestų jokių teršalų, o tik vandens garus, yra neįmanoma.
Visų pirma, anot jo, reikia rasti efektyvius būdus, kaip gauti žaliąjį vandenilį. O tai gali užtrukti. Kitas etapas yra seno transporto pritaikymas vandeniliui arba naujo transporto gaminimas. Anot V. Kavaliūno, paskutinio etapo sėkmė didele dalimi pagrįsta žmonių gebėjimu priimti naujoves.
„Didžioji dalis žmonių, kurie buvo pripratę prie benzinu ar dyzelinu varomų automobilių, labai kritiškai žiūrėjo į elektromobilius ar hibridinius automobilius. Galiausiai galime paimti pavyzdį, jog pirmieji elektromobiliai gatvėmis riedėjo dar XX amžiaus antroje pusėje. Tuo metu žmonės galvojo, jog ateityje elektromobiliai bus ant kiekvieno kampo, tačiau realybė, kaip matome, kitokia“, – pabrėžia mokslininkas.
Analogiška situacija, jo nuomone, bus ir dėl vandeniliu varomų automobilių.
„Nors mano vizija yra, kad šis energijos šaltinis būtų prieinamas visiems, tačiau realybė tikriausiai bus tokia, kad vandeniliu varomus automobilius kitame dešimtmetyje ar dar vėliau turės tokia žmonių dalis, kurie dabar turi „Tesla“ automobilius, – mano mokslininkas. – Kita vertus, yra išeitis, jog mažiau finansų reikalaus senojo automobilio sistemos pritaikymas vandeniliui. Tad tokių žmonių galbūt bus tiek pat, kiek dabar yra tų, kurie turi hibridinius automobilius.“
V. Kavaliūno manymu, tikriausiai didžiausia sėkme švarios energijos srityje galėtume vadinti dar 1972 metais per atsitiktinumą atrastą unikalią titano dioksido savybę – vandens oksidaciją. Tuo metu būdamas studentas Akira Fujishima, įmerkęs titano dioksido plokšteles į vandenį ir apšvietęs saulės šviesa, pastebėjo, kad plokštelės paviršiuje kaupiasi burbuliukai. Atlikti tolesni tyrimai parodė, jog titano dioksidas geba skaidyti vandens molekulę. Būtent tai ir tapo fotokatalitinių tyrimų, naudojant titano dioksidą, pradžia.
„Kita sėkmės istorija gali būti saulės elementų kainos sumažėjimas iki beveik 81 proc. bei efektyvumo padidėjimas. Iš tiesų sėkmė retai kada lydi mokslo tyrimuose. Dažnu atveju tai būna sunkaus darbo rezultatai“, – sako Vytautas.
Pasak V. Kavaliūno, atsinaujinančios energijos sektorius ateityje tikrai tobulės ir plėsis, nes mokslas nėra baigtinis procesas. Nors ir turime komerciškai prieinamus saulės elementus, tačiau mokslininkai nesustoja ir toliau ieško būdų, kaip padidinti generuojamos elektros energijos kiekį. Taigi, kiek toli pasistūmės mokslas šioje srityje, taip keisis ir atsinaujinančios energijos sektorius.
„Šiuo metu plačiai kalbama jau nebe apie saulės baterijas ar vėjo jėgaines, tačiau apie vandenilio energetiką. Vadinasi, tiek politikai, tiek verslas mato perspektyvą vandenilio energetikoje, o tai reiškia didesnes investicijas mokslui šioje srityje. Tai duoda geresnius rezultatus greičiau. Manau, jog artimiausias dešimtmetis bus skirtas žaliajam vandeniliui“, – sako mokslininkas.
Mokslininko kelio pradžia V. Kavaliūnas vadina savo magistro studijas, kai atrado sritį, kurioje mato prasmę. Nors polinkį į mokslą juto dar mokykloje, tačiau nebuvo pavyzdinis mokinys.
„Įdomiausios pamokos buvo tos, kuriose vykdavo fiziniai eksperimentai, o ne teorijos. Kaip tuomet, taip ir dabar esu labiau linkęs į eksperimentais pagrįstą mokslą“, – šypteli V. Kavaliūnas.
Savo studijų kryptį jis pasirinko likus mažiau nei valandai iki stojimo sistemos uždarymo. Nors kaip pirmąjį buvo pažymėjęs visai kitą pasirinkimą, paskutinę minutę pakeitė jį į medžiagas ir nanotechnologijas.
Įstojo, sekėsi puikiai, tad gavęs darbo vadovo pasiūlymą, apie ką galėtų rašyti savo baigiamąjį darbą, pradėjo labiau domėtis atsinaujinančia energija.
Pagrindinė idėja, prie kurios V. Kavaliūnas šiuo metu dirba, gimė jam studijuojant Japonijoje ir atliekant darbus kartu su profesoriumi Y. Hatanaka.
„Kartu dirbome dvejus metus, vėliau atsitiko taip, jog likau vienas tęsti mūsų pradėto darbo. Kadangi tiek jis tikėjo, tiek aš tikiu mūsų idėjos sėkme, tai įkvepia bei veda į priekį“, – sako mokslininkas.
Po nakties praleistos ant Fuji ugnikalnio viršūnės.
Pasak V. Kavaliūno, netgi pasiekęs norimą gauti rezultatą, mokslininkas visada ras būdų, kaip jį patobulinti , o galbūt pradės kurti kažką naujo. Jo manymu, mokslininkas privalo gebėti prisitaikyti prie kintančios aplinkos, sekti kitų mokslininkų atliekamus tyrimus, skaityti straipsnius bei visada gilinti savo turimas žinias.
Norėdamas apibūdinti mokslininko darbą, Vytautas netgi pateikia pavyzdį:
„Įsivaizduokite, jog šiuo metu lauke yra 10 laipsnių šilumos, debesuota, pučia nestiprus vėjas. Jums reikia išeiti į miestą. Jūsų „tyrimo“ tikslas yra – jaustis komfortiškai lauke. Taigi prieš išeinant į lauką įvertinate oro sąlygas pagal turimus duomenis telefone ar kitur – tai yra jūsų duomenų surinkimas pagal kuriuos vykdysite eksperimentą“, – kalba V. Kavaliūnas.
„Vėliau, pagal pateiktus duomenis jūs pasirenkate savo aprangą. Galime teigti, jog iškeliate hipotezę, kad būtent toji apranga bus tinkama esant nurodytoms oro sąlygoms. Išėjimas į lauką yra jūsų atliekamas eksperimentas, o tai kaip jaučiatės lauke: šalta, karšta, o galbūt tinkamai priderinta apranga – tai yra jūsų atlikto eksperimento rezultatas. Jeigu jaučiatės gerai, vadinasi, eksperimentas pavyko ir toliau atliekate savo suplanuotus veiksmus. Tačiau jeigu jaučiate, jog yra per šalta ar galbūt per karšta, jūs galite pasirinkti: grįžti namo ir pakeisti aprangą arba toliau vykdyti savo suplanuotus veiksmus, tikintis jog apranga ilgainiui pasirodys esanti tinkama. Gali būti netgi taip, jog pradžioje bus šalta, tačiau dėl vykdomos veiklos, jūs sušilsite ir apranga taps tinkama.
Mokslininko darbas yra analogiškas, tik tyrimai užtrunka nuo kelių mėnesių iki kelių ar net keliasdešimt metų“, – sako Vytautas.
Daktaro laipsnį V. Kavaliūnas įgijo Japonijos Šidzuokos universitete. Iš tiesų, istorija, nuvedusi Vytautą į kitą pasaulio kraštą, labai paprasta. Įstojus į doktorantūros studijas, V. Kavaliūno vadovas pasiūlė pabandyti dvigubo laipsnio doktorantūros studijas. Vienas iš pasirinkimų ir buvo Šidzuokos universitetas. Tuomet lietuvis užpildė dokumentus dalyvauti stipendijos konkurse, jį laimėjo ir pradėjo planuotis didžiąją kelionę į Tekančios saulės ir samurajų šalį.
V. Kavaliūnui pirmoji diena Japonijoje buvo išties sudėtinga. Prieš pat nusileidžiant lėktuvui Nagojos mieste, pietine pakrante buvo praėjęs vienas iš stipriausių taifūnų. Dėl šios priežasties buvo uždaryti keliai, tad kelionė iš oro uosto iki gyvenamosios vietos vietoj įprastų dviejų valandų užtruko beveik dešimt. Negana to, atvykus į gyvenamąją vietą, dėl taifūno padarytos žalos nebuvo nei elektros, nei vandens.
„Mano mintys tuo metu tikrai nebuvo labai optimistiškos, – juokiasi V. Kavaliūnas. – Vis dėlto išlaikyti optimizmą padėjo japoniškas svetingumas ir noras padėti.“
Kelionėje iš oro uosto jam pagelbėjo vietinė mergina, kuri pavėlavo į savo skrydį. Vytautas juokiasi, jog taip jos nesėkmė tapo jo sėkme.
„Kadangi didžioji dalis japonų nekalba arba prastai kalba angliškai, man labai pasisekė, kad sutikau žmogų, puikiai kalbantį angliškai. Ir šiuo atveju supratau, kas yra japoniškas noras padėti“, – sako Vytautas.
Pasak V. Kavaliūno, visi japonai, kuriuos sutiko savo kelyje, labai draugiški, paslaugūs ir komunikabilūs žmonės. Nors kai kurie gali pasirodyti kuklūs, tačiau bare kaipmat atsipalaiduoja.
Mokslininkas svarsto,jog vargu ar būtų galėjęs pasiekti tokius rezultatus Lietuvoje, kokius pasiekė Japonijoje. Ten labai labai svarbu kokybė, prestižas, pagarba, tad šie trys dalykai labai ryškiai jaučiasi ir mokslo bendruomenėje.
Japonija V. Kavaliūnas pradėjo domėtis tik likus keliems mėnesiams iki kelionės pradžios. Niekada prieš tai neturėjo planų keliauti į Japoniją, o juolab ten gyventi. Neturėjo ir jokių išankstinių nusistatymų. Bet buvo dalykų, kurie išties nustebino.
„Nors Japonija iš šalies atrodo technologiškai išsivysčiusi, o tokia ir yra, tačiau kalbant apie technologijų pritaikymą kasdieniame gyvenime, Lietuva tikriausiai yra dešimtmečiu priekyje. Tai, ką Lietuvoje galime padaryti internetu per kelias minutes ar kelias valandas, Japonijoje reikia atlikti gyvai ir gali užtrukti iki kelių dienų ar savaičių“, – sako Vytautas.
