Aerogel - zázračný materiál z vesmíru

Demonstrace unikátních tepelně 
izolačních vlastností aerogelu. Demonstrace unikátních tepelně 
izolačních vlastností aerogelu. "Mražený kouř" se říká materiálu fascinujících vlastností, který by mohl znamenat převrat v mnoha oborech. Vědci věří, že právě technologické pokusy prováděné ve vesmíru by mohly přinést odpověď na některé nedořešené otázky jeho výroby.

Aerogel je vůbec nejlehčí známá pevná hmota: má pouze třikrát větší hustotu než vzduch. Díky tomu je obdařen celou řadou mimořádných vlastností, z nichž především fantastická odolnost vůči teplu a tepelně izolační schopnosti budí naděje inženýrů mnoha oborů od stavebnictví až po letecké a kosmické konstrukce.

Hmota snů a její vrtochy

Aerogel Blok aerogelu velikosti člověka váží méně než půl kilogramu, přesto je schopen unést dvoudvéřový osobní automobil o hmotnosti půl tuny. Okenní tabule vyrobená z této hmoty má stejné tepelně izolační schopnosti, jaké by mělo 15 stejně silných skleněných tabulí. Přitom aerogel je jediná hmota s výraznými tepelně izolačními schopnostmi, která je současně také čirá. Není divu, že podle některých architektů by šlo o převrat ve stavbě budov a možná dokonce o impuls ke vzniku zcela nového stavebního slohu.

A tak by se dalo ve výčtu fantastických vlastností pokračovat. Jen jeden příklad: vnitřní povrch kousku velkého jako kostka cukru má rozlohu basketbalového hřiště. Když položíte na tenký blok aerogelu zápalky, nevznítí se, ani když jej zespoda zahříváte propanovým hořákem...

Objev aerogelu není nijak nový. Už ve 30. letech 20. století přišli na postup jeho výroby vědci z americké Stanford University. Vedle fantastických vlastností se však brzy projevily také problémy: navzdory teoretickým předpokladům se nikdy nepodařilo vyrobit aerogel přesně definovaných vlastností. Potíže byly zejména s dodržením velikosti pórů v materiálu, poměru a rozměrů pevných částic a podobně. Díky tomu se zdálo být prakticky nemožné připravit sériovou výrobu aerogelu pro technické využití. Aerogel vyráběný v pozemských podmínkách také nikdy nebyl čirý, ale pokaždé měl vykazoval různé druhy zákalu.

Laboratoř v raketě

Nakonec byl perspektivní materiál díky těmto nectnostem téměř zapomenut. Výjimkou se stalo vozítko Mars Pathfinder, které zkoumalo na Rudou planetu v létě roku 1997.

"Kdbychom míto aerogelu použili běžnou izolační hmotu, rover by zmrzl," konstatovala Donna Shirley, vedoucí výzkumu Marsu v Jet propulsion Laboratory NASA.

"Vyrobit čirý aerogel předem definovaných vlastností, to je velká výzva," říká dr. David Noever, jeden ze tří členů výzkumného týmu, který má v Marshallově středisku NASA na starosti experimenty s novou hmotou. "Jakmile se to podaří, bude na světě zcela nový produkt, který otevře dosud netušené možnosti. Snažíme se proto zjistit další možnosti pomocí výzkumu ve vesmíru a přinést americkému průmyslu poznatky, které by umožnily hospodárnou výrobu tady na Zemi."

První experimenty s kosmickou výrobou aerogelu zahájilo Marshall Space Flight Center v roce 1996. Tehdy odstartovalo několik raket Starfire na krátké suborbitální lety, při nichž se 16 vzorků aerogelu dostalo do stavu beztíže na pouhých 7 minut. Přesto byly výsledky nadějné: ukázalo se, že vnitřní struktura hmoty má čtyřikrát až pětkrát lepší parametry než aerogel vyrobený v pozemských laboratořích. Následovaly proto další experimenty na palubách raketoplánů. Předpokládá se rovněž, že další výzkum aerogelu bude významnou náplní činnosti amerických astronautů na palubě Mezinárodní kosmické stanice.

Netušené možnosti

"Výsledky, které přinesly pokusy s aerogelem ve vesmíru, jsou velmi povzbuzující," uvedl Laurent Sibille, další člen skupiny řešící tento problém v Marshallově středisku.

Cílem vědců ale není vyrábět unikátní materiál ve stavu beztíže, protože při současném stavu kosmonautiky by to nemohlo být hospodárné. Při kosmických letech však mají být získány poznatky o tom, které faktory a jakým způsobem ovlivňují velikost částic aerogelu, jeho vnitřní strukturu a optické vlastnosti.

Další osudy aerogelu proto záleží na tom, zda se podaří vyvinout ekonomicky přijatelnou technologii jeho velkovýroby na Zemi. Pokud k tomu dojde, pak čekají celou řadu odvětví dramatické změny - už dnes probíhají vědecká shromáždění zabývající se hledáním uplatnění pro nevšední hmotu.

Výčet nápadů vzešlých z těchto diskusí by byl velmi dlouhý, proto jen několik namátkou. Budovy izolované touto hmotou dosáhnou dosud nevídané energetické úspornosti, stejně tak se ale dramaticky změní konstrukce ledniček a dalších chladících zařízení, topných soustav, klimatizací a podobně. Nové obzory se otevírají také pro ukládání teplené energie získané z alternativních zdrojů - například střádání denního slunečního tepla na noční čas, nebo dokonce letního pro zimní období. Obrovský vnitřní povrch je nadějí pro výrobu účinných filtrů, katalyzátorů a dalších zařízení pro chemii, potravinářství, nebo ekologii. Izolační a mechanické vlastnosti nové hmoty se uplatní v dopravních prostředcích všeho druhu od automobilů až po letadla a rakety. Odporníci NASA zase věří ve skvělé možnosti aerogelu při stavbě kosmických lodí, orbitálních stanic a planetárních základen. Objevily se dokonce návrhy, jak s pomocí unikátních vlastností aerogelu sestrojit malé a extrémně výkonné počítače.

Jan Novák