Bochi’s Thotful Spot

Jak už jsem předeslal v jednom z předchozích článků Jak získat peníze na perpetuum mobile, při výběru vhodných řešení nějakého produkčního problému (zde konkrétně výroby elektrické energie) je nejdříve dobré zvážit kapacitní omezení všech dostupných zdrojů. Zúžíme tak svůj záběr jen na cesty, které nejsou předem slepé.

Před několika týdny jsem se zúčastnil přednášky Prof. Daniela Nocery, který je mimo jiné i vládním poradcem USA pro energetiku. Budu zde vycházet z poměrně aktuálních čísel a úvah, které prezentoval. Z doby, kdy jsem se o podobné problémy začal zajímat (na konci 80. let), si pamatuji přibližnou hodnotu celkové energetické spotřeby lidstva, která tehdy odpovídala trvalému příkonu okolo 8 TW. Dle Nocery toto číslo do roku 2000 vzrostlo na 12.8 TW, v roce 2007 dokonce až na 14.6 TW.

Spotřebu energie (W) lze vystihnout poměrně jednoduchým vzorcem, který není ničím jiným, než definitorickým rozdělením do tří členů:

W = N × (GDP/N) × (W/GDP)

Co jednotlivé členy znamenají, proč zrovna takové rozdělení? Je to poměrně logické:

1. N je počet obyvatel; čím více obyvatel, tím vyšší spotřeba
2. GDP/N je hrubý národní produkt na obyvatele; vyjadřuje skutečnost, že čím více se vyrábí, tím více se spotřebuje energie
3. W/GDP je spotřeba na jednotku hrubého domácího produktu; ukazuje se, že tato hodnota je napříč různými ekonomikami téměř konstanta

Vzhledem k poslednímu bodu je tedy růst W dán hlavně nárustem počtu obyvatel a zvyšující se produkcí jednotlivých zemí. Např. kdyby měly všechny země na světě stejný hrubý domácí produkt na hlavu jako USA, byla by celosvětová spotřeba více než sedminásobná, konkrétně 102 TW.Energetický problém lidstva má tedy dvě východiska, která je možné nezávisle kombinovat. Prvním je snížení spotřeby energie, druhým zvýšení její produkce. Když se podíváme na výše uvedený vzorec, snížení spotřeby by bylo možné buď přes

1. Snížení počtu obyvatel,
2. Snížení celkové výroby,
3. Energetické zefektivnění výroby a domácností,

případně jejich kombinaci.

Asi tušíte, že pokud se na to díváme realisticky, ani jedna z těchto cest není příliš schůdná a těžko ji nějak direktivně ovlivnit, snad jen s výjimkou zefektivnění výroby (u domácností bychom nejspíš narazili, neboť by to vedlo k požadavku sníženého komfortu, na který jsou už lidé díky různým spotřebičům zvyklí). Nezbývá nám tedy než se soustředit na hledání nových zdrojů energie, případně lepší využití těch dosavadních. Nemůžeme očekávat, že lidé dobrovolně sníží svoji životní úroveň (nebo životní komfort, chcete-li), ale pokud se objeví nová výhodná a cenově dostupná technologie, začnou ji časem využívat.

Budeme tedy potřebovat stále více energie. Ale kde ji vzít? Ze současných nejvýznamnějších zdrojů by nám podle dosavadních odhadů ropa vystačila (při zachování konstantní spotřeby) na jedno až dvě století, zemní plyn asi dvakrát déle, uhlí bychom pak měli na možná 1000–2000 let. Za předpokladu pokračujícího růstu spotřeby však tyto hodnoty budou spíše poloviční až čtvrtinové. Až dojde ropa, mohli bychom současné ropné produkty (paliva, maziva, kosmetika, plasty apod.) vyrábět ještě nejakou dobu z uhlí, technologie k tomu máme již nyní, ovšem bylo by to mnohem dražší.

V každém případě jde o zdroje omezené a navíc při jejich spalování dochází k uvolňování nežádoucích plynů, zejména CO₂, jehož obsah v atmosféře je již nyní o třetinu vyšší než v předprůmyslové éře. Pro výrobu elektrické energie je tedy ze současných technologií nejlepší jaderná energie, která není zdrojem skleníkových ani zdraví škodlivých plynů a pro níž máme relativní dostatek paliva (řádově staletí, navíc je zde možnost recyklace jaderného odpadu). Ani to však není řešení navždy, nehledě na to, že v některých zemích je výstavba jaderných elektráren omezena nebo zcela zakázána z obavy před možnou havárií a kvůli potížím s likvidací jaderného odpadu. Ač nechci tyto záležitosti nijak bagatelizovat, s našimi současnými možnostmi je jádro jedinou rozumnou možností ve velkém měřítku.

Zároveň je však třeba intenzivně pracovat na výzkumu a vývoji nových způsobů získávání a skladování energie, které by využívaly obnovitelných nebo reálně nevyčerpatelných zdrojů. Alternativ tu máme již několik: vodní a příbojové elektrárny, větrné elektrárny, spalování biomasy, geotermální zdroje, sluneční elektrárny. Jaderná fúze je zatím pohádkou budoucnosti. Otázkou je, co z toho má potenciál vytrhnout lidstvu trn z paty.

Většina výše jmenovaných využitelných energetických zdrojů (a to i včetně té ropy, plynu a uhlí) má tak jako tak původ ve sluneční energii. Záleží však na tom, co vše stojí (a případně vzniká jako vedlejší produkt) na cestě mezi sluncem a místem, kde energii spotřebujeme, a samozřejmě také jak je tento proces účinný a jaká je jeho celková kapacita. Vezměme to popořadě:

• Biomasa: Teoretická účinnost fotosyntézy je 10.5%, ale u reálných rostlin a bakterií se pohybuje nejvýše v oblasti 0.5–1%. Kdybychom věnovali pětinu povrchu celé země výhradně produkci biomasy za účelem energetického využití, získali bychom celkově nejvýše 7–10 TW. Zpracování i spalování biologické hmoty je navíc zdrojem již zmíněných nežádoucích plynů. Obdělávání půdy pak vede k další spotřebě a emisi zplodin, paradoxně se k výrobě „bioenergie“ využívají zcela „nebio“ fosilní zdroje. To však lze pokládat za přechodný stav, postupem času by se mohla část produkce zpětně využívat ve vlastní výrobě.
• Vítr: Teoretický limit větrných elektráren při předpokladu průměrné rychlosti větru 5 m/s a umístění ve výšce 10 nad zemí jsou pouhé 2 TW. Celkové množství kinetické energie ukryté v pohybu atmosféry sice odpovídá výkonu 870 TW, omezená účinnost větrných elektráren a nemožnost využití atmosféry v celém jejím objemu nám však nedá k dispozici více než zlomek této hodnoty. V současné době těžíme z energie větru pouhých 75 GW celosvětově.
• Voda: Teoretický limit využitelné energie ze všech světových toků hydroelektrárnami je z globálního hlediska nepříliš významný – 7 TW, v praxi spíše o řád méně. Dalších několik stovek GW by nám mohlo přinést využití energie příboje a přílivu/odlivu, to se ale vzhledem k výrobním nákladům potřebných zařízení jeví jako značně neekonomické. Celkový výkon pohybu oceánských a mořských vod (příboj, příliv, mořské proudy) je v řádku desítek TW, ale využitelnost je malá a v praxi omezená spíše na pobřežní oblasti.
• Geotermální zdroje jsou na tom podobně, ani při nejlepší vůli z nich nevytěžíme více než několik málo desítek TW.
• Slunce: Teoretický limit je úctyhodných 120 000 TW. Jde o dobře distribuovaný zdroj, který navíc není svázán s žádným médiem – proud fotonů na Zemi dopadá přímo ze svého zdroje. Využití slunečního světla nevede k produkci zplodin.

Jak vidno, budoucnost je jednoznačně ve sluneční energii, resp. v jejím přímém využití. Ostatní typy elektráren budou vždy jen doplňkovými zdroji. Potíž solárních článků je bohužel zatím v tom, že elektřina jimi vyrobená je tisíckrát dražší než získaná konvenčními metodami a množství energie potřebné k výrobě článku se za celou jeho životnost nevrátí (nemluvě o surovinách, spotřebovaných a uvolněných během produkce). Mělo by však být jen otázkou času, kdy budou k dispozici technologie levnější a účinnější než ty dosavadní. Základní dva směry výzkumu jsou:

• Přímá výroba elektrické energie ze světla, ať už jde o systémy anorganické (typicky polovodiče nebo sofistikované nanostruktury) či organické (princip umělé fotosyntézy). Výhodou tohoto systému je jejich uzavřenost, tj. že nevyžadují žádný přísun materiálu.
• Přeměna světelné energie na chemickou, např. rozklad vody na vodík a kyslík nebo produkce kapalných paliv z jednodušších, běžně dostupných a obnovitelných látek. Výhodou této metody je, že zároveň řeší i problém skladování energie, neboť nevyrábí přímo elektřinu, ale energii ukládá do chemické vazby.

Osobně jsem přesvědčen, že se prosadí oba základní typy a budou existovat souběžně, každý tam, kde bude jeho využití výhodnější. Základní otázka pro hledače energetických alternativ má však každopádně jedinou rozumnou odpověď – Slunce. A jednou možná také jadernou fúzi, pokud se nám ji podaří někdy ochočit. To platí bez ohledu na to, co se nám snaží vsugerovat zelená lobby, které masivní dotování větrníků, vodních turbín a pěstování řepky připadá jako ta správná cesta z energetické kri­ze.

Hned z kraje musím prozradit, že je mi (hned po košili a kabátu) nejbližší politická pravice, a ačkoliv ta čistokrevná v české vládní i parlamentní politice pohříchu chybí, pořád raději vidím za naším politickým kormidlem současnou koalici než předchozí socialisty. To však mluvím spíše o „ideovém“ směru jako takovém, při pohledu na konkrétní politiky se má relativní spokojenost rychle vytrácí.

Sem tam si šťournu i do jiných postaviček českého politického bahňáku, ale nebude od věci začít pitvat tlející rybu od hlavy. Pan Topolánek je sice se mnou o poznání názorově kompatibilnější než předchozí čtyři předsedové vlád, ale sympatií k němu i tak mnoho nechovám. Není mi u něj většinou jasné, čí zájmy zastává a za jakými zásadami si skutečně stojí. Z vnějšího pohledu mi jako reprezenant ČR bohužel připadá nevýrazný a nespolehlivý.

Už jsem si do určité míry zvykl na skutečnost, že naši politici jsou neslavní mistři slovních klišé a nadužívaných (a často špatně pochopených) cizích termínů, které tak tvoří hlavní ingredienci jejich blátivého vyjadřování. Přesto musím občas kroutit hlavou nad perlami typu:

„Já si s tím takto jednoduše nehraji, není podle mě úplně přijatelné to spojovat. Ale pro poslance, kteří mají v tomto svobodnou volbu, to může být určitý aspekt, který bude při tom rozhodování spolupůsobit.“

Tohle není autentický záznam rozhovoru hospodských „filosofů“ čtvrté cenové, nýbrž vyjádření našeho hlavního vládního kormidelníka k naznačené souvislosti mezi vyslovením podpory Lisabonské smlouvě a schválením umístění amerického radaru na našem území. Je evidentní, že se vláda přesně tímto způsobem snaží kupčit (nebo možná přesněji vydírat), jenže to Topolánek jaksi nechce říci na plnou hubu. A tak vypouští zasmrádlou mlhu aspektů a spolupůsobení.

Dalším příkladem budiž premiérův postoj k letošní olympiádě. Co si budeme povídat, komunistická Čína není zrovna nejlepším místem pro pořádání olympiády, duch této země jde doslova proti duchu olympijskému. V poslední době pak Čína schytává hodně kritiky za okupaci Tibetu, obecné nerespektování lidských práv a pokračující omezování svobody slova. Naše vláda dala hlavy dohromady a svému předsedovi doporučila protestně vynechat svou účast na zahájení olympijských her. Ten svolil, ale s tím, že se na hry stejně pojede podívat, jen o pár dní později.

To jim to pašák nandal, pohrobkům Mao Ce-Tunga! Čin hodný chytré horákyně.

A to není vše! Na sako si „hrdinně“ připnul odznáček s vlaječkou Tibetu (který si prý poveze i na hry), čímž údajně pobouřil čínskou vládní garnituru, která ho ostentativně škrtla ze všech svých seznamů papalášských rautů a večírků. Škoda jen, že Topolánek své sympatie Tibetu a antipatie Číně nevyjadřuje nějakým zásadnějším a hmatatelnějším způsobem. Jestlipak svůj údajně kritický názor řekl do očí představitelům čínské vlády při jejich poslední návštěvě v Praze? Proč třeba nenavrhne (byť jen částečné) embargo na čínské výrobky? Nebo proč na protest nestáhne naše velvyslance v Číně?

Lze namítnout, že olympiáda je akce sportovní a tudíž by se do ní neměla míchat politika. Bohužel jde o akci takových rozměrů, že její nezpolitizovanost spadá do kategorie zbožných přání. A náš premiér se svými postoji k olympiádě rozhodně apolitický není. Proč to ale dělá tak polovičatě, nebo (alespoň já mám ten dojem) dokonce jen naoko?

To má snad být ten příslovečný „chlap z gulema“?

Nedávno jsem byl na dálku obdarován věcičkou, jejíž plné jméno zní Nokia Internet Tablet N800. Ovšem ne všechno, na čem je vyražená značka Nokia, musí být telefon a toto rozhodně ani žádný telefon není. S telefony se, upřímně řečeno, moc nekamarádím, ale zato tahle N800 je přesně věc, kterou jsem hledal. Tak dlouho jsem totiž uvažoval o nahrazení svého tříkilového notebooku menším a lehčím modelem a tak dlouho jsem tajně pokukoval po nějakém chytrém PDA (resp. Pocket PC), až jsem se stal majitelem něčeho, co je velké jako PDA a umí téměř vše, co běžný notebook. Tahle Nokia, která se svými parametry nachází někde mezi UMPC (ultra-mobile PC) a PDA, je z mého pohledu ideální kombinací obou kategorií. Co každého po zapnutí hned praští do očí je naprosto skvělá obrazovka s ostrým obrazem a vysokým rozlišením – 800×480 pixelů, které žádný z PDA ani v poslední době hlavně v USA hodně populární iPhone (resp. iPod Touch) nesahá ani po kolena. Oproti typickým UMPC s podobnými zobrazovacími možnostmi je pak menší a hlavně nesrovnatelně levnější – namísto obvyklých 1000 US dolarů a více ho seženete v současné době zhruba za $220–250 (já měl to štěstí, že jsem ho objednal za rovné dvě stovky v akci u Dellu, dva dny předtím, než ho úplně vyprodali). To je dokonce o poznání méně, než za „obyčejná“ Pocket PC, která stojí typicky dvojnásobek.

Vnitřně se v podstatě jedná o regulérní počítač s 400MHz procesorem, přiměřeně výkonným grafickým čipem, WiFi a bluetooth připojením, USB portem a audio vstupem a výstupem v jednom konektoru, vestavěným mikrofonem, kamerou a reproduktory. Roli harddisku přebírá vyměnitelná paměťová karta (v dnešní době už se dají sehnat i s kapacitou 32 GB) a jeho 128 MB operační paměti (rozšiřitelné pomocí virtuální RAM na dvojnásobek) pak bohatě stačí na běh speciálně upravené Debian distribuce Linuxu a multitasking (běh více programů zároveň). Typičtí windowsáři se však nemusí lekat, práce v něm a instalace většiny aplikací je natolik jednoduchá, že neodradí ani lidi linuxu naprosto neznalé nebo linuxem jen lehce dotčené, což je třeba můj případ.

Uživatelé Palm OS a mobilních verzí Windows na tom asi budou s výběrem aplikací lépe (přeci jen operační systém pro tuto řadu Nokií má jen zhruba tříletou historii), ale určitě to neznamená, že by nebylo z čeho vybírat. Díky open source podstatě aplikací i samotného systému se vytvořila docela početná a aktivní skupina dobrovolných vývojářů a testérů, kteří píšou pro Nokia Internet Tablet nové aplikace nebo upravuje již existující z jiných verzí Linuxu. Už z názvu samotného přístroje je vidět, že Nokia chtěla vytvořit hlavně přístroj pro práci na internetu, tedy prouzdání webem, e-mail, chatování (instant messaging), internetovou telefonii. Což také odpovídá výběru předinstalovaných aplikací. Není však problém v případě potřeby spárovat N800 přes bluetooth s mobilním telefonem, nebo ji využívat i bez aktuálního připojení (off-line) jako osobní organizér (PIM), přehrávač nebo poznámkový blok.

Hlavní (tzv. „killer“) aplikací standardně dodávanou se systémem je internetový prohlížeč postavený na jádře Mozilla, vybavený podporou Flash 9 a Ajax. Ještě jsem toho sice moc s novou mašinkou neprobrouzdal, ale zatím se mi nestalo, že by mi nějaký web z těch několika desítek nešel zobrazit nebo byl jeho design rozpadlý. Používat lze dokonce i Google Docs se spoustou jeho ajaxových vychytávek. Vedle toho najdete na N800 jednoduchý poštovní klient, databázi kontaktů, komunikační program umožňující chatování a internetové telefonování i s možností videopřenosu (díky vestavěné miniaturní kamerce). Mezi samozřejmosti patří utility jako multimediální přehrávač (hudby a filmů), zápisník, PDF prohlížeč, pár jednoduchých her apod.

Většina toho jsou samozřejmě poměrně základní a funkčně nijak zvlášť bohaté aplikace, ale díky slušnému výběru programů třetích stran se dá užitečnost tohoto prcka zněkolikanásobit. Nebudu zde vyjmenovávat všechny programy, které jsem si na něj za poslední týden nainstalovat, ale jen shrnu rozsah činností, které teď jeho prostřednictvím mohu dělat:

• Webový prohlížeč
• E-maily
• Osobní komunikátor (IP telefonování, textový chat, videochat)
• Čtečka zpráv (RSS)
• Mapová navigace (navíc s možností připojení GPS)
• Psaní textů
• Malování (opravdové, ne něco hloupého ve stylu MS Paint)
• Seznam kontaktů
• Kalendář a budík
• Poznámkový blok a skicák
• Tabulkový kalkulátor
• Kalkulačka a převodník jednotek
• Slovník
• Přehrávač filmů
• Přehrávač hudby
• Prohlížení a editace fotek
• Internetové rádio
• FM rádio
• Čtečka knih
• Foťák (i když kvalita zabudované VGA kamery za moc nestojí)
• Diktafon
• Herní konzole
• Informace o počasí

Uff, no není toho málo. Tyhle všechny „virtuální zařízení“ se opravdu vejdou do jediné dvěstěgramové krabičky. Což je asi polovina toho, co váží už jen samotný zdroj k mému notebooku. N800 je tedy ideální elektronický společník na cesty. Často je třeba si rozmýšlet, jestli si někam s sebou na cestu vezmeme notebook, ale u něčeho tak malého, že se vám to vejde do kapsy, o tom vůbec dumat nemusíte, takže může být s vámi opravdu všude. Samozřejmě ergonomie není u takto malého přístroje zdaleka ideální a vytvářet na něm nějaké delší textové dokumenty, zpracovávat větší množství dat nebo fotek, programovat větší projekty apod. na něm moc dobře nejde. Jenže, kdo z vás má potřebu něco takového „v terénu“ dělat? Na cestách máme většinou tak maximálně chuť zkontrolovat si poštu, mrknout na pár webů, pustit si film nebo hudbu a k tomu si přečíst nějakou knížku, zahrát si hru (a věřte nebo ne, na N800 bez problémů spustíte i graficky poměrně náročné klasiky jako Doom, Quake2, Transport Tycoon apod.). Případně mít možnost být on-line a pokecat s někým, narychlo upravit zrovna vyfocenou fotku a někomu ji poslat, napsat si kratší poznámky nebo si rychle načrtnout aktuální nápad, poznamenat si úkol do kalendáře, případně mrknout do mapy, když se ztratíte. A navíc, komu by se chtělo ve vlaku vytahovat velký notebook a balancovat s ním pak na kolenou?

Kdybyste se přesto chtěli pustit do většího psaní, pak si můžete pořídit skládací bluetooth klávesnici, která má ve složeném stavu velikost běžné pánské peněženky, tedy vejde se i do kapsy (i když abyste do jedné dali N800 i klávesnici, musela by to být kapsa spíš klokaní . Novější model N810 má dokonce vestavěnou (výsuvnou) hardwarovou klávesnici, která bude asi lepší než vyťukávání prstem nebo stylusem na obrazovce a navíc na ní nezabírá místo, ale vášnivé psavce asi také moc neuspokojí (navíc osmsetdesítka stojí dvojnásobek, což pro mě zdaleka nevyváží ani zabudovaná GPS jednotka, neboť jinak jsou oba přístroje hardwarově naprosto totožné).

Takže ode dneška už žádné tahání se s šestikilovou brašnou. Šoupnu Nokii do kapsy a jde se.

The following text is the press release article I wrote few years ago upon request of Media Relations of University of California, Irvine, shortly after I started working for them. Finally, it hadn't been used because the article was based on my scientific results from Fritz-Haber Institute of Max Planck Society, then published in the Science magazine (Science 304 (2004), pages 1639–1644) under the title „Fluctuations and Bistabilities on Catalyst Nanoparticles“.

Since the press release was written with quite a general public in mind I tried to provide enough simple background so that most people could understand at least the main idea of our science findings.

Fluctuations and Bistabilities on Catalyst Nanoparticles

Although the most of people even do not realize it catalysts play an irreplaceable role in our lives. Catalysis is not an industry by itself but rather a key technology used by many industries. General importance of catalysis is, e.g. for petroleum working industry, automotive industry, biochemistry, pharmaceutic industry, fuel cells development etc. The number of catalytic materials applied in industry is very large and catalysts come in many different forms, e.g. powders, spheres, tablets, wires, and other solid forms as well as a coating. Among the most commonly used are heterogeneous catalysts in the form of inert porous solids or powders covered by highly dispersed chemically active metal (typically precious metals like platinum, palladium, and rhodium).

What exactly is catalysis about? Catalysis is a phenomenon by which a relatively small amount of a substance, called a catalyst, accelerates a chemical reaction without itself being consumed by the reactions they aid. Moreover, catalysts not only enhance the rates of reaction (=effectivenes­s), but they also direct reactants to specific products (=selectivity).

Catalysis generally means the reduction of the activation energy required for a reaction. Realizing this fact the importance of the catalysis appears to be obvious: The less energy required means that a reaction can take place at lower temperatures and pressures which results in savings in terms of energy, raw materials and plant and process costs as well as in higher yields through active control of the reactions. Moreover, the presence of a catalyst can make possible a reaction that would not run otherwise. That is why the catalysis is extremely attractive not only from economic but also from environmental considerations.

The pure metals are usually not capable of catalyzing the reaction with the desired selectivity and effectiveness. Therefore a certain „fine-tuning“ has to be done, where the active metal has to be adapted to the specific application. In this report we focus to so-called heterogeneous catalysis where the catalyst has a different phase (typically solid) than the reactants (usually gas or liquid). The well-known example of heterogeneous catalyst is the automotive exhaust converter where porous oxide structure is covered by finely dispersed particles of platinum or rhodium or their combination.

One of the most fascinating aspects of heterogeneous catalysis is that it is largely an empirical science. The application of catalysis has been a necessity for the chemical industry for at least 150 years, while the experimental techniques for investigation of catalysis at the atomic level did not become routine until less than 25 years ago. Large amounts of empiric knowledge exist that awaits systematic investigation. A huge barrier in better understanding comes from the vast complexity of real catalysts which is not directly accessible by existing experimental techniques at microscopic level. Thus the catalytic phenomena are usually studied on the model systems with strongly reduced complexity but still highly relevant to the realistic structures.

In our case, the model catalyst consisting of small metal islands deposited on the surface of a perfectly flat aluminum and silicon oxide has been used. We compared different samples with average lateral size of metal particles varying between the few to several hundreds of atomic diameters (2 to 500 nanometers).

The investigation of the mechanisms of the catalysis is highly motivated by the desire to make development of the novel catalysts and optimization of the existing ones more rational and efficient. Appreciable progress has been done in last two decades and there were theories and models developed in order to explain and predict the elementary processes during catalyzed reaction. However, there are several phenomena remaining which cannot be explained by the present theories.

One of the much discussed „mysteries“ in heterogeneous catalysis are so-called size effects, i.e. the role of the size of the active metal particles. Size effects are a common phenomenon and are typically taken advantage of in catalyst optimization. Just by changing the size of the metal particles their chemical properties may vary in very broad range despite the elemental composition of the catalyst is unaffected. It is because each particle is the ensemble of atoms which are interacting between each other. The physical and chemical behavior of a single atom is different from behavior of the cluster of many atoms especially because of the mutual bonds they form to their neighbors. The less atoms are in a single cluster the more similar to a single atom they behave and vice versa. By changing the number of atoms in a metal particle catalytic properties can be „tuned“.

Unfortunately, the exact origin of size effects remains highly ambiguous in most cases. In our paper we are revealing a part of the „mystery“ around heterogeneous catalysis which arises as a consequence of the limited dimension of the active particle. We focused on a general but widely ignored „nanoscale“ effect, which is the influence of fluctuations of molecules present in a chemical reaction on the surface of the catalyst. During the reaction all molecules (both reactants and products) sitting on the active surface of the catalyst (so called adsorbed molecules) continually change their actual positions due to the thermal vibrations generally present in any matter, in other words they fluctuate their local density. This movement is responsible for rapid rearrangement of the adsorbed molecules and their random motion across the surface (so called surface diffusion) which can be addressed to a kind of microscopic „communication“ between different areas of the catalyst.

Although this movement is extremely fast it occurs on a very small scale in the order of size of an atom. Thus, if the metal particle is sufficiently big there may coexist different spots on it which do not „communicate“ to each other efficiently because the molecule originally located on one side of the particle is consumed by the reaction before it reaches the other side. It means that, in general, we can have different physical conditions on the same single particle (e.g. different absolute density of the adsorbed molecules, different abundance of reactants and products, etc.). Accordingly on the particular catalyst one can observe reaction running in more different regimes in the same time. This effect is called multistability (or bistability in the case of coexistence of just two reaction regimes).

Besides the particle size its microscopic structure plays an important role. It is obvious that movement of the molecule on the surface is different depending if the surface is perfectly flat or it consists of many defects like steps, edges, bumps etc. Usually the smaller is the particle the higher density of such defects and other irregularities is observed.

According to what has been said about the relation between the magnitude of surface fluctuations and the occurrence of multistability on the catalyst it implicates that when the intensity of fluctuations is increased to a certain level the multistability will vanish because of increased intensity of „molecular communication“. It means that just by changing the size of the active metal particles we can obtain a catalyst that exhibits different behavior towards the particular chemical reaction. This is a fact commonly accepted, however, in former experimental studies performed by other research groups the possible role of the surface fluctuations has not been considered. Taking fluctuations into account can help us explain some of the discrepancies and „mysterious phenomena“, which people involved in catalytical chemistry have been experiencing every day.

The results we reported should likely hold not only for the specific case we studied, but also for other reactions exhibiting similar kinetic multistabilities. Besides that, our findings are consistent with previous theoretical predictions which have never been confirmed experimentally before, though. Regarding the crucial importance of the rational approach in modern catalysis mentioned above the implications of our findings for the industry and the environment are quite obvious.

Jednou z nejhorších nočních můr uživatelů počítačů je bezesporu havárie pevného disku. Nejlepší prevencí je samozřejmě pravidelné zálohování dat, ale všichni dobře víme, že podobné průšvihy se stávají pokud možno v tu nejméně vhodnou dobu.

Moje poslední kompletní záloha byla datována koncem letošního ledna a už dva dny jsem si říkal, že je nejvyšší čas ji opět aktualizovat. Zrovna jsem dokončoval opravy na jednom webu, když ke mně vyslal můj harddisk první varovný signál. Bez zjevné přičiny v něm hlasitě cvaklo (zvuk stejný jako při nouzovém zaparkování hlaviček). To se opakovalo zhruba po minutě, ovšem žádné jiné problémy jsem nepozoroval. Z disku se dalo pořád normálně číst i na něj zapisovat. Každopádně jsem hned začal vytvářet kopii svých dat na síťovém disku.

Po asi čvrthodině přešlo cvakání do drnčení a tlumeného hukotu. Z této letargie byl disk schopen se sám vždy po asi 10–15 sekundách probrat, celkem možná třikrát nebo čtyřikrát. Během té doby se mi ještě podařilo vytvořit zálohu alespoň části mých dat. Najednou se však Windows bez varování poroučely a monitor na mě tupě zíral svou BSOD. Od té doby se mi již systém nepodařilo nikdy nastartovat. Při prvním pokusu o nabootování ohlásil počítač chybějící nebo zničený soubor „hal.dll“ po několika dalších pokusech jsem pak definitivně skončil u chybové hlášky „NTLDR is missing“. Podezřelé zvuky vyluzované diskem už vůbec nepřestávaly. Bitová apoklaypsa byla završena.

Po vymontování disku z šasi notebooku jsem si všiml, že je poměrně dost horký (sensor krátce před výpadkem hlásil něco málo přes 55°C). Počkal jsem než vychladne, ale i pak trvalo poměrně krátkou dobu, než se disk začal znovu přehřívat. Napadlo mě zchladit ho rychleji tím, že jsem ho strčil do ledničky na zhruba 10 minut. Žádné zlepšení, asi 15 sekund po nastartování se disk rozdrnčel znovu a nechtěl přestat.

A pak mě napadla ta spásná myšlenka – co ho přímo podchladit? Elektronika obecně ráda běží na nižších teplotách a domníval jsem se, že i mechanické části by se nějakou náhodou mohly umravnit. Měl jsem beztak pocit, že už není vlastně co ztratit, a platit stovky dolarů profesionální firmě za obnovení mých dat se mi vážně nechtělo. Moje poslední velká záloha byla asi 10 týdnů stará a u pár drobnějších projektů jsem měl i novější kopie, takže by se nejednalo o až tak fatální zkázu. V případě totální ztráty dat bych možná uvažoval jinak a raději zaplatil odborníkům.

Ještě předtím jsem ale trochu zapátral po internetu a narazil na diskusní fórum, kde jeden z uživatelů popisoval stejnou metodu, a údajně byla v jeho případě úspěšná. To mi dodalo dostatek kuráže to prubnout.

Zajistil jsem disk proti vlhkosti důkladným zabalením do savého papíru a poté do balicí folie a šoupnul jsem ho do mrazáku. V ideálním případě by asi bylo dobré dovnitř vložit sorbent vodních par, např. ten, který se běžně používá u obuvi (malé pytlíky s kuličkami, většinou ze silica gelu), ale ten jsem zrovna po ruce neměl. Po asi půlhodině na mrazu jsem disk vyndal a co nejrychleji zapojil zpátky do notebooku. Se zatajeným dechem jsem nahodil systém z CD (z pevného disku jsem to už raději ani nezkoušel) a – disk opět chodil!

Napadají mě dva možné efekty, díky nimž může „mrazáková metoda“ fungovat.

1. Redukce teplotního šumu. V každém fyzikálním systému nad teplotou absolutní nuly je přítomen termální šum, který se projevuje lokálními fluktuacemi elektrických a magnetických vlastností (mimo jiné). Toto se může týkat vlastního povrchu ploten pevného disku, čtecích a zápisových hlaviček, stejně tak jako řídících elektronických obvodů. Pokud je libovolná z těchto částí na hraně své normální funkčnosti, tepelné fluktuace mohou být tím klíčovým faktorem, který rozhodne o jejich fungování či nefungování. Např. většina polovodičových součástek (i kdyby byly jinak v perfektní kondici) přestane nad určitou teplotou fungovat proto, že elektronický teplotní šum začne výrazněji zasahovat do vlastního užitečného signálu, nehledě na možnost nevratných změn (způsobených třeba objemovou difůzí dopantů v polovodiči). Podobně katastrofální účinky může mít teplota i na magnetickou záznamovou vrstvu vzhledem k tomu, že termální fluktuace narušují orientaci magnetických domén. V každém případě bych zde již z principu očekával pouze krátkodobý efekt, trvající jen do doby, než se problematická část disku opět zahřeje nad určitou mezní hodnotu.
2. Ovlivnění mechanických vlastností. Můžu jen spekulovat, co se přesně při zmrazení děje uvnitř, ale nejspíš půjde především o důsledek teplotní kontrakce jednotlivých dílů při ochlazení. Už vzhledem k rychlejšímu ohřívání disku a podivným zvukům, které se z něj linuly, jsem měl již z počátku podezření na mechanickou vadu otáčení ploten (možná vadná ložiska), případně mechanismu hlaviček. Zvláště u notebookových disků je pravděpodobnost mechanické poruchy nebo opotřebení větší než u desktopů. V jejich vnitřnostech je vše mnohem subtilnější a přitom mechanicky více namáhané (kvůli tomu, že notebook bývá často přemisťován). Při silnějším podchlazení pak může dojít k tomu, že se vnitřní mechanismus nějakým způsobem „usadí“ tak, že začně opět (alespoň omezeně) fungovat.

U mechanického vlivu se při troše štěstí dá očekávat i dlouhodobější efekt, což se také stalo v mém případě. Disk přestal cvakat a vrčet; trvalo mu sice o něco déle než obvykle, než se roztočil na plné otáčky, ale k mé velké radosti se podařilo ho úspěšně detekovat a později na něj dokonce nouzově naistalovat operační systém. Po opětovném nabootování jsem všechna data zazálohoval na externí disk. Přečíst se mi nepodařilo asi jen 10–20 menších souborů (všechny z jednoho adresáře), naštěstí v mém případě nepříliš důležitých.

Samozřejmě netvrdím, že zmrazení je univerzálním receptem na rozchození neposlušného harddisku, cest do křemíkového nebe (nebo pekla) vede nespočet a tato metoda může zabírat jen na některých a jen někdy. Za pokus to vzhledem k jednoduchosti metody ale určitě stojí. A ať už dosáhnete zlepšení krátkodobého nebo dlouhodobého, může vám to (alespoň částečně) pomoci v záchraně důležitých dat, tak jako v mém případě. Pokud by se vám dařilo oživit disk zmrazením vždy jen na krátkou dobu, mohlo by být řešením zapojení disku do externí krabičky a její vložení do ledničky nebo mrazáku za provozu, čímž bude pevný disk chlazen trvale. Každopádně však doporučuji vždy pořádně zajistit celé zařízení proti vniknutí vlhkosti (případné experimenty na vlastní riziko).

Ale i kdyby se váš pevný disk jakoby zázrakem probral z mrákot na delší dobu, jeho další používání bych považoval za vyložený hazard. Raději hned zazálohujte co se dá, kupte si disk nový a ten starý nechť odpočívá v pokoji. Předpokládám, že si svých dat ceníte mnohem více, než nějakých pár stovek za kus hardware.

Ekologická témata jsou v posledních letech jedněmi z nejfrekvento­vanějších a stále častěji s nimi žonglují i politici. Globální oteplování je celosvětový strašák a podrobnější zamyšlení nad jeho oprávněností nechám na některý z příštích článků. Samozřejmě nepochybuji o nutnosti vést lidi k úspornějšímu využívání energie a přírodních zdrojů obecně (ačkoliv je to dost sisyfovská práce), ani o nutnosti hledat a aplikovat jiné masové zdroje energie, než kterých využíváme nyní. Fosilních paliv nám zbývá řádově na jedno století, nukleární energie je dobrým řešením na mnohem delší dobu, ale zase vyvolává neustálé pochyby o její bezpečnosti, a ostatní dnes známé technologie uspokojí z celosvětové spotřeby maximálně desetiny procent až procenta.

Na vzedmuté vlně zájmu o stav životního prostředí, ale zároveň i strachu šířeného ekologisty (pozor, neplést s ekology, mám zde na mysli enviromentalistické aktivisty) se pochopitelně sveze kdejaký projekt. Tedy vedle těch seriózních i ty, jejichž jediným cílem je vysát z důvěřivého investora, nebo ještě lépe fondů evropské unie nějaký ten peníz. Každá upřímně míněná snaha o nalezení alternativních zdrojů energie nebo zefektivnění těch stávajících má určitě svůj smysl a rozhodně by nebylo rozumné ani zodpovědné předem zavrhovat nějaký výzkum jen proto, že nám připadá pravděpodobnost jeho úspěšného završení málo pravděpodobná. S tímto přístupem by spousta klíčových vynálezů nikdy nespatřilo světlo světa.

Jsou ovšem případy, kdy lze pouze na základě základních fyzikálních zákonů a odhadu celkových energetických bilancí bez zkoumání bližších detailů rovnou říci, že je úspěch vyloučen. Jestli za tím pak stojí prvotní záměr ziskuchtivého „výzkumníka“, nebo pouze jeho naivita a nedostatek znalostí v přírodních vědách, je otázkou z jiného soudku, kterou ať si řeší ti, z jejichž kapsy je to placené.

Každou chvíli se dočteme v novinách o novém úžasném projektu, založeném na větrné, vodní, geotermální, nebo třeba příbojové energii. V první vlně můžeme vyloučit jednoznačné snahy o projekty založené na předpokladu neplatnosti (resp. ignoraci) některého ze základních termodynamických zákonů. Jako první to odnese evergreen, snažící se tiše obejít 1. zákon termodynamiky, tedy perpetuum mobile prvního druhu, které vyrábí více práce než kolik energie přijme. Dalším velmi typickým případem jsou zařízení, která pro svoji činnost pouze odebírají teplo, tedy perpetuum mobile druhého druhu, ignorující pro změnu princip rostoucí entropie.

V druhé vlně se pak stačí zamyslet nad tím, jaká je maximální teoretická kapacita primárního zdroje energie, která by měla dané zařízení pohánět. Víme zhruba, kolik je na světě vodních toků a jaký jejich objem a potenciální energie v nich skrytá. Víme také přibližně, kolik na zemský povrch dopadá slunečního svitu a kolik v sobě nese wattů. Dokonce i na celkové množství kinetické energie větru existují (alespoň řádové) odhady. Konkrétním číslům se budu věnovat v dalším článku. Zatím se jen pokouším ukázat, že pokud se budeme držet naší matičky Země, existují zde limity, které nepřekročíme i kdyby se vědci a inženýři celého světa postavili na hlavu.

Vedle toho existují limity méně striktní a tedy v zásadě překonatelné, ovšem zřejmě nikoliv v současné době. Jsou jimi především omezení ekonomická. Budeme-li mít v ruce návrh nějaké metody výroby nebo skladování elektrické energie, můžeme na základě použité technologie odhadnout její finanční náročnost a tím pádem (při znalosti životnosti zařízení) i návratnost. Přitom lze samozřejmě vycházet pouze z technologií, které jsou v naší době dostupné, pokud součástí projektu není vývoj nějakých zásadně nových, které by se při výrobě uplatnily (což právě často není).

Samozřejmě i projekty, které si během své celé životnosti na sebe nevydělají, mohou mít svůj určitý smysl, a to v případě, kdy ušetří neobnovitelné zdroje, u nichž se dá v blízké budoucnosti čekat nárůst ceny. Ovšem to jen pokud se při jejich výrobě nespotřebují suroviny a energie vytvořené právě z takových nenahraditelných zdrojů, což většinou bohužel platí. Ne nadarmo se pak říká, že co není ekonomické, není ani ekologické. Cena přírodních zdrojů je totiž určena kombinací poptávky po nich, jejich dostupnosti a především pak celkového množství jejich zásob. Poptávku můžeme do určité míry omezit umělým navýšením ceny, dostupnost lepšími technologiemi těžby a zpracování. Množství dané suroviny na Zemi je však třeba brát jako předem dané (pro rýpaly: za předpokladu, že rychlost jejich spotřeby je mnohem větší, než rychlost jejich obnovy, což bezezbytku platí o všech fosilních palivech i nerostných surovinách).

Až se tedy příště zase dočtete o nějakém „převratném“ nápadu nebo vynálezu, který má lidstvo vyvést z energetické krize, zkuste se na něj podívat skeptickým okem a udělat si alespoň hrubý odhad, jestli spíše nespadá do říše snů než do našeho reálného světa. Možná vás pak překvapí, na co všechno lze v dnešní poněkud zpaničtělé době získat dotace. A možná pak také začnete kritičtěji přijímat hysterické „zaručené zprávy“ o geniálních projektech, zadupaných do země zlým ropným lobby (které je buďto odkoupilo a nyní drží pod pokličkou, nebo jejich autory zastrašuje a neumožňuje jim s nimi vyjít na veřejnost). Obávám se, že jsou to většinou právě nápady z kategorie těch, jejichž možnosti využití neleží ani v rovině teoretické.

Kdekdo by mohl namítnout, že zkusit se má všechno, že každý pokus o nalezení alternativního zdroje energie je chvályhodný nebo že předem nemůžeme vědět, jak nějaký výzkum dopadne. Jenže náš čas ani prostředky nejsou neomezené a čím více obojího ušetříme na projektech, které jsou odkázány k neúspěchu už na základě jejich základních předpokladů a principů, tím více nám zbyde na projekty alespoň potencionálně nadějné.