Laboratorní nábytek a digestoře MERCI

AKTUÁLNÍ INFORMACE Z CHEMICKÉHO PRŮMYSLU A LABORATORNÍ PRAXE – WWW.CHEMAGAZIN.CZ

4

ROČNÍK XXVI (2016)

TÉMA VYDÁNÍ: PEVNÉ LÁTKY

Základní koncepty charakterizace částic

Nové senzorové technologie ze silikonové fólie

Chemické a fyzikální faktory ovlivňující přípravu vzorků pro granulometrii

Kontrola povrchů digitálním mikroskopem Leica

Recyklace použitých baterií

Rychlost skluzu sypké látky v rotační peci

Odstraňování platinových kovů z monolitních katalyzátorů

Chemický průmysl ČR v roce 2015

Laboratorní nábytek a digestoře MERCI® Vaše laboratoř dle evropského standardu

Fpage_4-2016.indd 1

www.merci.cz

24. 7. 2016 17:32:47

See things change

Nechejte se okouzlit perlou mezi reometry MCR 72 a MCR 92 - v nové éře měření viskozity. Pronikněte hlouběji do struktury a reologických vlastností Vašich vzorků.

Kontaktujte nás

[email protected] | [email protected] | www.anton-paar.com MCR-72-92_210x297_CZ.indd 1

08.07.16 09:37

Prostorové rozlišení

10 nm

SNOM Nano-FTIR Rychlost mapování

10 000 px/35 s Mikroskop neaSNOM (Scanning Near Field Optical Microscopy) vyvinutý experty z Institutu Maxe Plancka jako jediný na trhu přináší možnost zobrazování ve viditelné, infračervené i terahertzové oblasti s prostorovým rozlišením 10 nm. V kombinaci s mikroskopií atomárních sil (AFM) a extrémní rychlostí mapování se z něj tak stává ideální nástroj ke studiu nanomateriálů - pro mapování rozložení volného náboje, nanoplazmonického pole, sledování dynamiky přenosu náboje a mnoha dalších vlastností materiálů i jednotlivých molekul, např. jednoznačné rozlišení velmi podobných látek, mapování rozložení jednotlivých krystalických fází nebo strukturní analýzu jednotlivých proteinových komplexů, virových částic či jiných objektů.

Klapálkova 2242/9, 149 00 Praha 4 Tel./Fax: +420 272 768 569 , 272 760 432 www.nicoletcz.cz, [email protected]

Nicolet_Neaspec_Snom.indd 3

24. 7. 2016 17:04:38

www.malvern.com

CHARAKTERIZACE ČÁSTIC MORPHOLOGI G3 Pokročilá charakterizace částic v jednoduchém provedení • Velikost a tvar částic od 0,5 do 1 000 mikrometrů (automatickým spojením protáhlých částic z více snímků lze vyhodnotit až 10 mm dlouhé částice) • Zabudovaná dispergační jednotka pro suché prášky • Účinná analýza pomocí automatických SOP od přípravy vzorků po vyhodnocení výsledků • Rychlé automatizované počítání částic na membránových filtrech • Včetně mokré cely pro suspenze (>10 µm) • Obrázky z mikroskopu excelentní kvality zajišťující přesnou charakterizaci • Pokročilé ruční ovládání mikroskopu • Účinné a intuitivní softwarové rozhraní • SW splňuje požadavky podle 21 CFR part 11 • Univerzální přístroj vhodný jak pro R&D tak pro QA/QC

MORPHOLOGI G3-ID Automatizovaná charakterizace velikosti, tvaru a chemického složení částic • Charakterizace velikosti, tvaru a chemického složení v jedinečném řešení • MORPHOLOGI G3 s Kaiser Optical Systems inc. RamanRxn1 spektrometrem • Zabudovaná dispergační jednotka pro suché prášky • Ovládání přes jednoduché SOP od rozptylu vzorku, přes velikost, tvar až po chemickou analýzu • Automatický výběr, zaměřování a chemické třídění tisíců částic • Schopnost exportovat výsledky do forenzních knihoven • Jednobodové ruční zaměřování • Účinné a intuitivní softwarové rozhraní • SW splňuje požadavky podle 21 CFR part 11 • Ideální pro použití v R&D

Sysmex FPIA-3000 Rychlý analyzátor velikosti a tvaru částic v suspenzi dynamickou metodou • • • • • • •

Velikost a tvar částic v suspenzi od 0,8 do 300 mikrometrů Plně automatická analýza a samočištění kratší než 3 minuty Unikátní technologie toku částic zaručuje zaostření i nejmenších částic Zabudovaná ultrazvuková sonda pro lepší rozptýlení vzorku Dostupná varianta i pro méně častá rozpouštědla Jednoduché automatické SOP Rychlé měření vhodné pro QA/QC

Více informací o o produktech pro automatizované snímání částic firmy Malvern poskytne její místní zástupce ANAMET s.r.o. www.anamet.cz, www.malvern.com

Anamet_Malvern_inz.indd 4

25. 7. 2016 9:56:29

OBSAH

Nové senzorové technologie ze silikonové fólie . . . . . . . . . . . . . . . . 8 LOBREYER T.

Číslo 4, ročník XXVI (2016) Vol. XXVI (2016), 4 ISSN 1210 – 7409 Registrováno MK ČR E 11499 © CHEMAGAZÍN s.r.o., 1991–2016 Dvouměsíčník přinášející informace o chemických výrobních zařízeních a tech­no­lo­gi­ích, výsledcích výzkumu a vývoje, la­bo­ra­tor­ních přístrojích a vybavení laboratoří. Zasílaný ZDARMA v ČR a SR. Zařazený do Seznamu recenzovaných neimpaktovaných periodik vydávaných v ČR, Chemical Abstract a dalších rešeršních databází. Vydavatel: CHEMAGAZÍN s.r.o. Gorkého 2573, 530 02 Par­du­bi­ce Tel.: 603 211 803, Fax: 466 414 161 [email protected] www.chemagazin.cz Šéfredaktor: Dr. Ing. Petr Antoš Ph.D. T: 725 500 826 [email protected] Redakce, výroba, inzerce: Tomáš Rotrekl T: 603 211 803 [email protected] Odborná redakční rada: Cakl J., Čmelík J., Kalendová A., Kuráň P., Lederer J., Rotrekl M., Rovnaníková P., Šimánek V. Tisk: Tiskárna Rentis s.r.o., Pardubice. Dáno do tisku 25. 7. 2016

Mnichovský chemický koncern WACKER vyvíjí spolu s dánskou společností LEAP Technology elektronické součástky, které se dají nenápadně integrovat do textilií. Podstatnou součástí těchto senzorů jsou takzvané dielektrické elektroaktivní polymery.

Recyklace použitých baterií . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 KURAŠ M.

V textu je uveden přehled způsobů recyklace použitých Zn-C, alkalických a lithium-iontových baterií.

Monolitní katalyzátor – odstranění platinových kovů (Platina, Palladium, Rhodium) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 POLÁVKA P.

Příklad recyklace drahých kovů z automobilových katalyzátorů.

Chemické a fyzikální faktory ovlivňující přípravu vzorků pro granulometrii . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 PUGH D.

Důležité faktory při měření suchých vzorků i v kapalině.

Charakterizace částic – základní koncepty . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 DUDÁK M.

Přehled základů popisu částic, výhody a omezení nejvýznamnějších metod s cílem pomoci s výběrem nejvhodnějších současných technologií.

Rychlá a přesná kontrola povrchů s digitálním mikroskopem Leica DVM6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ŠKORÍK V.

Představení digitálního mikroskop Leica DVM6, který je ideálním nástrojem pro inspekci, kontrolu kvality, měření a tvorbu reportů.

Rychlost skluzu sypké látky v rotační peci . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 BERNARD P., DITL P., FOŘT I.

V příspěvku je uveden výpočet rychlosti skluzu sypké látky ve vrstvě v rotační peci během otáčení pece.

Stav chemického průmyslu ČR v roce 2015 . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 SOUČEK I., ŠPAČEK M., DRÁŽDIL M.

Zpráva o vývoji chemického průmyslu České republiky v roce 2015.

Vyhodnocování experimentálních dat (13) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 JAVŮREK M., TAUFER I.

V dalším pokračování seriálu článků je popsána metoda nelineární regrese, její specifika a odlišnosti vůči regresi lineární.

Distributor časopisu pro SR: INTERTEC s.r.o., ČSA 6, 974 01 Banská Bystrica, SK www.laboratornepristoje.sk Náklad: 3 400 výtisků Uzávěrky dalších vydání: 5/2016 – Biotechnologie, biochemie a farmacie (uzávěrka: 2. 9. 2016) 6/2016 – Kontrola a ochrana ž.p. (uzávěrka: 4. 11. 2016) CHEMAGAZÍN – organizátor veletrhu LABOREXPO a Konference pigmenty a pojiva, mediální partner Svazu chemického průmyslu ČR.

INZERTNÍ SEZNAM

MERCI – Laboratorní nábytek................ 1 ANTON PAAR – Reometry ................... 2 NICOLET CZ – Mikroskop ..................... 3 ANAMET – Přístroje pro charakterizaci částic........................................................ 4 P-LAB – Přírodní látky ........................... 7 TRIGON PLUS – Nádoby pro odběr, transport a skladování ............................ 9 VERDER – Přístroj pro analýzu částic .15 UNI-EXPORT INSTRUMENTS – Laserový granulometr......................... 15 CHROMSPEC – Materiálová tiskárna.. 15 SHIMADZU – ICP-MS zařízení ........... 18 LABIMEX CZ – Laserový granulometr.22

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Obsah_4-16.indd 5

ANAMET – Dynamický sorpční analyzátor............................................... 23 PRAGOLAB – Digitální mikroskop ..... 24 INTERTEC – AAS zařízení................... 27 LABIMEX CZ – Laserový granulometr. 27 PRAGOLAB – Přístroj pro měření sorpce vodních par ............................... 29 DENIOS – Skladovací technika ........... 34 CHEMAGAZÍN – Konference pigmenty a pojiva .................................................. 50 VELETRHY BRNO – MSV 2016 ......... 51 MERCK – Certifikované referenční materiály................................................. 52

5

24. 7. 2016 17:06:05

EDITORSKÝ SLOUPEK

INDUSTRY 4.0: ČTVRTÁ PRŮMYSLOVÁ REVOLUCE KLEPE NA DVEŘE Začátek první průmyslové revoluce, nazývané také technicko-vědecká revoluce, se datuje na konec 18. století. V té době dochází k zásadním změnám v zemědělství, výrobě, těžbě a dalších sektorech hospodářství a průmyslu. Je charakterizována změnou způsobu dopravy, změnou energetických zdrojů a přenosu informací. Start průmyslové revoluce je spojen s rokem 1779. Tehdy došlo k nasazení mechanických zařízení v dominujícím hospodářství, k jejichž pohonu sloužila vodní a parní energie. Parní stroj, vynalezený v roce 1765, je považován za symbol průmyslové revoluce. Ve výrobě se uplatňovala ruční výroba za pomoci nových zdrojů energie (tehdy zejména uhlí). Vzrůstala dělba práce a rozvíjela se industrializace. V průběhu první průmyslové revoluce docházelo k zásadním společenským, kulturním a politickým změnám ve většině států. První změny se projevily ve Velké Británii a pokračovaly v západních zemích. V tomto procesu hrály významnou roli vědecké a technologické objevy. Druhá průmyslová revoluce začíná o necelých sto let později, v roce 1870 a úzce souvisí s využitím elektrické energie, která se stala pro toto období symbolem. Elektřina byla používána k osvětlení, pohonu strojů, automobilů, tramvají a souvisí i s vynalezením kinematografie. Velkou zásluhu na rozvoji druhé průmyslové revoluce má řada vynálezů elektrických strojů a zařízení, jako je např. žárovka a transformátor. V průběhu druhé průmyslové revoluce byl sestrojen první benzínový motor, který byl zanedlouho využit pro pohon automobilu. Objevy v průběhu druhé průmyslové revoluce se projevily i v oblasti chemického průmyslu. Bylo objeveno umělé hedvábí, strojená hnojiva, celofán, film a zdokonalilo se zpracování kaučukových

směsí. Druhá průmyslová revoluce probíhala necelých sto let. Rok 1969 je považován za zrod třetí průmyslové revoluce a pro toto období je charakteristický příchod mikroprocesorů a využití počítačů. Do výrobních procesů byla nasazena elektronika a informační služby podporující automatizaci výroby. Objevily se první elektronicky řízené stroje a digitalizovala se výroba. Začaly se vyvíjet nové progresivní materiály s vysokou pevností a houževnatostí a vynikajícími fyzikálními, mechanickými i chemickými vlastnostmi (např. grafen). Nové výrobní postupy (např. 3D tisk) a široké spektrum internetových služeb začaly usnadňovat výrobní procesy a komunikaci mezi lidmi. Pro výrobu elektřiny se využívá obnovitelných zdrojů energie, které nejsou závislé na fosilních zdrojích energie. Komunikaci a sdílení dat podporují chytré telefony a tablety nebo počítače s dotykovou obrazovkou. Základní myšlenka a vize čtvrté průmyslové revoluce, označované jako Industry 4.0., pochází z roku 2011 a její podstata byla představena na veletrhu v Hannoveru v roce 2013. Představují ji tzv. kyberneticko-fyzikální systémy. Inteligentní systémy převezmou činnosti, které dosud vykonávali lidé. Jedná se o vnímání okolního dění s počítačovým spojením strojů a dílů. Pomohou k tomu kamery, vysílače, čidla, čtečky kódů a jiná moderní zařízení. Automatické sklady včas odešlou zpracovanou zakázku a díly i polotovary budou obsahovat mikročipy, jež určí, jak mají být opracovány. Podle odborníků vzroste produktivita výroby až o jednu třetinu. Německo již vsadilo na rozsáhlou digitalizaci a robotizaci v průmyslových továrnách a na čtvrtou průmyslovou revoluci.

Německá vláda vyčlenila 50 miliónů eur po dobu tří let. Podíl na růstu průmyslu v tomto období mají významné firmy jako Siemens, Bosch či Volkswagen. Vzhledem k provázanosti českého a německého průmyslu, zejména v oblasti automobilové výroby, je pojem čtvrté průmyslové revoluce aktuální i pro české firmy. Čtvrtá průmyslová revoluce způsobí řadu proměn. Na rychlost inovací, zákaznický management, flexibilitu, produktivitu práce a reakce na změny na trhu budou nové požadavky. Čtvrtá průmyslová revoluce bude přinášet firmám enormní šance, ale také rizika. Kdo se nepřizpůsobí, tomu hrozí zánik. Digitální propojení procesů tvorby přidané hodnoty bude rozhodující nebo velmi důležité pro více než polovinu tuzemských podniků. Velké společnosti si důležitost tohoto procesu uvědomují znatelně více než malé a střední. Chytré továrny budou potřebovat ještě chytřejší lidi. Znamená to posun od „obsluhovačů“ zařízení k inženýrským profesím. Digitalizace továren vede k větší poptávce po technickém vzdělání. Digitálních technologií lze výborně využít ke zvýšení konkurenceschopnosti firmy. Podle zahraničních zkušeností se sice v první fázi digitalizace některá místa ztratí, následně však dojde k významnému růstu obratu a firma potřebuje nové specialisty. Na jedno ztracené místo by mělo připadnout 2,5 nového. Vznikne skupina jednodušších rozhodnutí, která bude možné automatizovat, odpovědnost za složitější rozhodnutí však zůstane na člověku. Člověk přitom bude mít k dispozici více informací a nástroje pro jejich důkladnou analýzu, navíc bude moci simulovat dopady svého rozhodnutí. Petr ANTOŠ, šéfredaktor [email protected]

TECHNICKÉ NOVINKY

TERMICKÁ ANALÝZA S OPTICKOU DETEKCÍ Firma Formulaction, jejíž přístroje využívají výhradně vlastní unikátní technologie, vyvinula přístroj Rheolaser Crystal, umožňující monitorování změn mikrostruktury heterogenních vzorků v závislosti na teplotě. Metodika je založena na inovativní optické metodě, kombinuje neinvazivní měření s přesnou regulací teploty a dostatečně velkým objemem vzorku (0,1–5 g) pro odstranění problémů s nehomogenitou testovaných materiálů. Díky tomu lze snadno měřit vzorky finálních výrobků, jako jsou potraviny, kosmetika nebo léčiva, a identifikovat teploty fázových přechodů proteinů, polymerů, vosků nebo jakýchkoliv materiálů na tukovém základě.

6

Technické novinky.indd 6

Obr. – Rheolaser Crystal

Rheolaser Crystal používá metodiku Diffusing Wave Spectroscopy (DWS). Světlo po rozptýlení na částicích vytváří interferenční obrazce (koherenční zrnitost). Změny těchto obrazců jsou přímo závislé na pohybu částic: čím rychleji se pohybují částice, tím rychlejší jsou změny obrazců koherenční zrnitosti. Matematickým vyhodnocením těchto změn je možné určit a dále zpracovat dekorelační funkce a získat charakteristickou dobu τ jako funkci času nebo teploty. Hodnoty 1/τ nebo Micro-Dynamics (Hz) jsou posléze vyneseny v grafu v závislosti na čase nebo teplotě a na vynesené křivce se zobrazí charakteristické píky signalizující změny mikrostruktury, jako jsou fázové přechody nebo jiné fyzikální děje. Pro jasnější vizualizaci je možné signál integrovat a získat tzv. Micro-Dynamics Evolution (%). »»www.formulaction.com

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 11:02:14

TECHNICKÉ NOVINKY

SAMOSTATNÝ TD 4 TENSOMETR OD LAUDA SCIENTIFIC NABÍZÍ PLNĚ AUTOMATICKÉ STANOVENÍ POVRCHOVÉHO A MEZIFÁZOVÉHO NAPĚTÍ POMOCÍ METODY WILHELMOVY DESKY Samostatný TD4 tensometr od německého výrobce LAUDA Scientific je určen k měření povrchu a povrchového napětí prostřednictvím jednoduché operace s přesným siloměrným systémem a kompaktním dilatometrem. Nová jednotka s intuitivní obsluhou je pozoruhodná velkou dotykovou obrazovkou a návodnou asistencí obsluze. TD4 je spolehlivým partnerem pro každodenní rutinní měření v chemii, farmacii a řízení kvality. Uživatelské úrovně dovolují obsluze přístup pouze k oprávněným operacím v souladu s GLP. Měřené hodnoty lze zobrazovat buď jako tabulky nebo grafy. Díky přesnému mechanickému systému poziciometru je dokonce možné měřit úroveň malé úrovně povrchového nebo mezifázového napětí. Zvlášť v případě nízkých rozdílů měrných hustot je nastavení výšky lamely a rychlosti jejího pohybu možné bez nebezpečí odtržení lamely od povrchu. TD 4 umožňuje automatické měření přesné vzdálenosti a automatickou detekci povrchu s nejvyšší možnou přesností a reprodukovatelností, dokonce i metodou Wilhelmovy desky. Ovládací program je integrován do obslužné jednotky, takže pro vyhodnocování není třeba dalšího PC. Používá-li se vyhřívaná magnetická deska a Peltierův temperační systém, usnadní se udržování přesné teploty a je více prostoru pro vlastní měření. Z uživatelského hlediska byly vybrány jednoduché normalizované metody měření pro transformátorové a osvětlovací oleje aj. podle ASTM D971; EN 14210; EN 14370; IEC 62961; EN 14059, které jsou již implementovány v software. Přitom si může uživatel sestavit také vlastní metodu měření. Měření hustoty lze provádět pomocí standardně dodávané pístnice. »»www.lauda.de

ZVYŠOVÁNÍ KOROZNÍ ODOLNOSTI BORIDŮ Boridy patří mezi nejtvrdší a nejvíce žáruvzdorné materiály na naší planetě, ale jejich Achillovou patou, tak jako u mnoha surovin, je to, že za vysokých teplot oxidují. Oxidace je chemická reakce, běžně známá jako koroze a ta může signalizovat destrukci materiálu. Ale vědci z Drexelovy University, Linköping University ve Švédsku a Imperial College v Londýně připravili borid povlakovaný hliníkem. Tento objev je velmi významný, protože se jedná o první úspěšný pokus přípravy boridu přechodného kovu, který je poměrně odolný proti oxidaci. Nový materiál, nazvaný MoAlB, kombinuje molybden a mřížku boru s dvojitou vrstvou hliníku a vytváří materiál, který je

dostatečně odolný vůči oxidaci při extrémně vysokých teplotách. Klíčem k této pozoruhodné charakteristice je nanovrstevnatá struktura materiálu ze střídajících se vrstev boridu molybdenu a hliníku. Tato odolnost proti oxidaci je daná přítomností hliníku ve vrstvách mezi molybdenem a borem. Při zahřátí na vzduchu na vysoké teploty se atomy hliníku selektivně difundují na povrch a reagují s kyslíkem – vytvářejí povrchovou vrstvu oxidu hlinitého, která značně zpomaluje další oxidaci. Při testování bylo také zjištěno, že si materiál zachovává vysokou vodivost při zvýšených teplotách. Jeho bod tání je třeba ještě stanovit, ale předběžné výsledky ukázaly, že je vyšší než 1 400 °C. Originální publikace: Sankalp Kota, Eugenio Zapata-Solvas, Alexander Ly, Jun Lu, Omar Elkassabany, Amanda Huon, William E. Lee, Lars Hultman, Steve J. May & Michel W. Barsoum, Synthesis and Characterization of an Alumina Forming Nanolaminated Boride: MoAlB, Scientific Reports, 2016 »»Zdroj: www.chemeurope.com

MĚŘENÍ DYNAMICKO-MECHANICKÝCH VLASTNOSTÍ VISKÓZNÍCH MATERIÁLŮ V mikrosystémech jsou kovové součásti stále více nahrazovány lacinějšími polymery. Pro měření tloušťky vrstvy polymerů je nyní k dispozici norma DIN 32567, která popisuje jaké optické a dotykové metody měření jsou vhodné pro přesné měření tloušťky polymerních vrstev. Norma popisuje metody, včetně geometrie měřicích sond, což je základní podmínkou pro přesná nedestruktivní dotyková měření. Mnoho každodenních výrobků stále obsahuje části, které jsou vyrobeny z polymerních materiálů. Požadované užitné vlastnosti těchto složek závisí nejen na rozměrech, ale často také na mechanických vlastnostech těchto materiálů. Rozměry mohou být měřeny opticky nebo dotykem. Nicméně při měření tloušťky průhledných materiálů pomocí optických měřicích metod, ale také při měření dotykem tloušťky povlaků na pevných substrátech, jsou pozorovány systematické odchylky. U dotykových metod jsou hlavními ovlivňujícími faktory síla přítlaku sondy a poloměr špičky sondy. U viskózních materiálů, jejichž mechanické vlastnosti jsou závislé na čase, má vliv i rychlost skenování. PTB proto ve spolupráci s ostatními evropskými národními metrologickými instituty, vyvinul metodu pro korekci systematické chyby, která byla standardizována v normě DIN 32567. V normě jsou uvedeny hlavní faktory ovlivňující dotyková a optická měření a metody pro odhad, korekce a snížení systematických chyb. Originální publikace: Li, Z., Brand, U. und Ahbe, T., Step height measurement of microscale thermoplastic polymer specimens using contact stylus profilometry, Prec. Eng., 2016 »»Zdroj: www.chemeurope.com

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Technické novinky.indd 7

7

25. 7. 2016 11:02:14

FUNKČNÍ MATERIÁLY

NOVÉ SENZOROVÉ TECHNOLOGIE ZE SILIKONOVÉ FÓLIE LOBREYER T. Global Product Development Manager, WACKER SILICONES, www.wacker.com High-tech textilie se snímacími funkcemi jsou jako lifestylové produkty stále více žádané. Ať už legíny, trička, rukavice nebo jiné doplňky – již brzy budou všudypřítomné takzvané „nositelné technologie“ neboli wearables. Neviditelná měřicí zařízení skýtají netušené možnosti. Maličké senzory snímají pulz, krevní tlak, pohyb a další parametry lidského těla a podávají tak informace o zdravotním stavu osoby. Digitální asistenční systémy dokumentují tréninkové pokroky u výkonnostních sportovců stejně tak jako i průběhy nemoci u kardiaků. Wearables se postupně vyvinuly v trendové technologie. Podle studie výzkumné agentury IDTechEx se trh s nositelnými snímači, který momentálně činí asi 12 miliard USD, během příštích 10 let ztrojnásobí. Znalci odhadují, že v roce 2019 se bude vyrábět přibližně 700 milionů jednotek. Téměř 90 procent tzw. wearables má spotřebitelské uplatnění v oblastech, jako jsou zábavní elektronika, zdraví a rehabilitace, sport a volný čas nebo wellness. Také průmysl a zdravotnictví stále více sází na chytré textilie. Podle odborníků ze společnosti TechNavio vzrostl trh se senzorikou na textilní bázi v oblasti medicíny v letech 2012 až 2016 téměř o 50 procent. Takové snímače by už brzy mohly obsahovat silikony značky WACKER. Spolu s dánskou společností LEAP Technology vyvíjí mnichovský chemický koncern elektronické součástky, které se dají nenápadně integrovat do textilií. Firma LEAP získala několik ocenění za svou vývojářskou práci v oblasti technologií. Podstatnou součástí těchto senzorů jsou takzvané dielektrické elektroaktivní polymery, zkráceně dEAP. LEAP Technology je vyrábí z ELASTOSIL® filmu, flexibilní silikonové fólie mnichovského chemického koncernu. Tenoučká přesná fólie je uložená mezi dvěma vodivými elektrodami ze sazemi plněných silikonů, které rovněž pocházejí od značky WACKER. Všechny tři vrstvy tvoří flexibilní kondenzátor, který dokáže přijímat a ukládat elektrický náboj. Pokud silikonový kondenzátor, například kvůli pohybu, mechanicky změní formu, změní se také jeho kapacita. Takovou změnu kapacity je možné měřit v jemných nuancích, což je využitelné pro senzorické účely, jako třeba ke zviditelnění tělesných pohybů. Lékaři tak mohou sledovat zdravotní stav pacientů a terapeuti mohou opravovat nesprávné pohyby.

Dielektrické vlastnosti a elektroaktivní polymery Silikonové elastomery patří se svými dielektrickými vlastnostmi k elektroaktivním polymerům. Za určitých předpokladů jsou schopné reagovat na elektrickou stimulaci. Díky této vlastnosti jsou silikony obzvláště zajímavé pro elektroaktivní klíčové technologie. Pokud se silikonové fólie povrství na horní a dolní straně flexibilním, elektricky vodivým materiálem, vznikají tvarovatelné kondenzátory: při stejnosměrném napětí se elektrody elektrostaticky přitahují a stlačují k sobě měkký fóliový materiál. Elastomerová vrstva se ztenčí, ale zároveň se roztáhne do roviny. Kondenzátor je celkově plošší a širší. Ve vybitém stavu se elastomerová fólie na základě své pružnosti znovu vrací do své původní podoby. Celý proces probíhá bezhlučně a může se libovolně často opakovat. Technologie dEAP jsou známé už od 90. let minulého století. Dosud ovšem chyběly vhodné materiály a výrobní procesy k hospodárné výrobě dielektrických vodivých fólií v potřebném množství a kvalitě. Patentovaný proces společnosti WACKER nyní poprvé umožňuje vstup EAP konstrukčních dílů do hromadné výroby. Umožňuje výrobu filmů libovolné délky o tloušťce mezi 20 a 400 µm, přičemž tloušťka kolísá po celé šířce o méně než 5 procent. Mimořádně rovnoměrné, homogenní filmy se vyrábějí bez rozpouštědel ze silikonových kaučuků, které se vytvrzují adiční reakcí. Aby se vyloučilo znečištění, výroba probíhá v čistých prostorách. Obr. 2 – Silikonová fólie ELASTOSIL®

dEAP fólie mají ještě další zajímavé vlastnosti. V aktuátorech mohou například řídit menší pohyby. Tímto způsobem se dají konstruovat velmi přesné a efektivně fungující spínače, čerpadla, ventily, elektrická relé, umělé svaly, uchopovací nástroje nebo reproduktory. Když se navrství mnoho set kondenzátorů ze silikonových fólií na sebe, odborníci pak mluví o stozích, je dokonce možné vyrábět pomocí pohybu proud. V projektu EpoSil, který veřejně podporuje německá spolková vláda, už společnosti Bosch a WACKER společně úspěšně vyvinuly generátor, který využívá pohyb mořských vln k získávání proudu. Obr. 1 – Princip dEAP technologie

Silikonové fólie z filmů WACKER – ELASTOSIL® a SILPURAN® pro zdravotnické použití – jsou 100% silikonové. Stejně jako všechny silikonové kaučuky jsou odolné vůči teplu a UV záření a zároveň také pružné za nízkých teplot a chemicky inertní. Díky následujícím vlastnostem jsou mimořádně zajímavé pro průmysl: • Dielektrika – silikon je znamenitý izolátor, proto se velmi hodí k výrobě kondenzátorů. • Flexibilita – silikonové fólie jsou nejen extrémně pružné, ale navíc se nevytahují. Testy ukazují, že takové fólie vydrží více než deset milionů cyklů tlakového zatížení bez nejmenší únavy materiálu. EAP senzory z ELASTOSIL® filmu jsou proto velmi robustní a spolehlivě pracují i po letech.

8

Wacker_Silicone films.indd 8

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:08:09

FUNKČNÍ MATERIÁLY

• Permeabilita – silikonové fólie zadržují vodu, materiálem ale mohou difundovat určité plyny a vodní pára. Tato prostupnost pro plyny je velmi selektivní: oxid uhličitý, kyslík a vodní pára prostupují silikonovou vrstvou mnohem rychleji než dusík. Proto je možné použít ELASTOSIL® film například jako membránu na oddělování plynu, třeba k oddělení oxidu uhličitého.

Obr. 3 – Využití dEAP technologie sportu nebo rehabilitaci

Od uvedení filmů ELASTOSIL® a SILPURAN® v roce 2013 vyhodnocovala firma WACKER více než 450 poptávek po výrobcích. Některé projekty se už dalece rozvinuly. První prototypy prodejných výrobků se už testují. V současné době posuzuje WACKER použití v následujících oblastech: • Elektronika – odborníci počítají s tím, že v příštích letech se dostanou na trh relé, spínače a ventily, které využívají dielektrické elektroaktivní elastomery. V automobilovém průmyslu by EAP aktory mohly v budoucnu nahradit elektrické servomotory. A v ještě trochu vzdálenější budoucnosti by dEAP konstrukční díly mohly spoluvytvářet také nové technologie, jako třeba tvarovatelné dotykové obrazovky, které by byly ručně čitelné pro nevidomé. V zásadě se dají realizovat i adaptivní rotorové listy pro větrné elektrárny, které se přizpůsobí daným povětrnostním podmínkám, nebo křídla letadel, která zaujmou optimální tvar podle letové situace. • Průmysl – dEAP technologie by v budoucnu mohly nahradit hydraulické generátory využívající mořské vlnění. Protože jsou silikonové fólie extrémně pružné, robustní a dlouhověké, dají se takové generátory provozovat s nízkými náklady. První prototypy již byly úspěšně testovány. • Zdravotnictví – silikonové fólie z filmu SILPURAN® jsou prodyšné, biokompatibilní a dobře sterilizovatelné. Hodí se proto k výrobě měkkých, pružných polštářků na rány, například k ošetření ran pohyblivých částí těla.

Shrnutí Přesné fólie ze silikonu otevírají díky svým jedinečným materiálovým vlastnostem cesty k novodobým produktům na základě dEAP pro elektroniku a průmyslové aplikace jakož i zdravotnickou techniku. Pomocí silikonových fólií z filmů ELASTOSIL® a SILPURAN® se dají vyvíjet senzory pro nositelné technologie, tzv. wearables (sport a rehabilitace) a konstruovat přesné a efektivně pracující spínače, čerpadla, ventily, elektrická relé, umělé svaly, uchopovací nástroje, reproduktory a dokonce generátory proudu. Potřebné silikonové fólie vyrábí chemický koncern jako zboží v rolích s vysokou přesností a čistotou. Díky tomu jsou zajištěné také technické předpoklady pro průmyslovou výrobu přesných filmů pro wearables, dEAP technologie a zdravotnickou techniku.

Nádoby pro odběr, transport a skladování Poznejte i další námi nabízené laboratorní přístroje

Široký výběr certifikovaných nádob a kontejnerů určených pro odběr a skladování pevných i kapalných vzorků, pro výzkum a analýzu především v environmentální oblasti TRIGON PLUS autorizovaný zástupce divize laboratorní techniky Thermo Scientific

centrifugy, ultracentrifugy biohazardy a laminární boxy bezodtahové digestoře dekontaminační systémy termostaty / CO2 inkubátory anaerobní a hypoxické boxy chladicí, mrazicí a kryo boxy systémy pro monitoring teploty sterilizátory, autoklávy, myčky gel - imaging analýza mikrodestičkové readery purifikátory DNA/RNA - KingFisher příprava ultračisté vody pipety a laboratorní plast zařízení pro chov laboratorních zvířat další drobné laboratorní přístroje

poradenství prodej

autorizovaný servis

akreditovaná kalibrační laboratoř

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Wacker_Silicone films.indd 9

akreditovaná zkušební laboratoř

www.trigonplus.cz 9

24. 7. 2016 17:08:10

RECYKLACE MATERIÁLŮ

RECYKLACE POUŽITÝCH BATERIÍ KURAŠ M. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Ústav chemie ochrany prostředí, [email protected] V tomto článku je uveden přehled způsobů recyklace použitých Zn-C, alkalických a lithium-iontových baterií. Vedle konvenčních pyrometalurgických a hydrometalurgických procesů jsou zmíněny i některé nově vyvíjené recyklační procesy, jako biologické loužení s použitím heterotrofních bakterií a autotrofních plísní (zejména rodu Aspergillus), dále mechanochemické způsoby reakcemi v pevné fázi, využití nanomateriálů (zejména ZnO) a extrakce superkritickými tekutinami, a diskutovány jejich některé přednosti před zmíněnými konvenčními procesy a perspektivy jejich možného praktického využití.

Úvod Baterie jsou zařízení vyrábějící elektřinu přeměnou vazebné chemické energie přítomných chemických látek. V současné době jsou zdaleka nejrozšířenějšími bateriemi, používanými převážně v přenosných elektrických a elektronických zařízeních, alkalické baterie, Zn-C baterie a lithium-iontové baterie. Lithium iontové baterie, jako relativně nová perspektivní technologie, se nedávno začaly používat i v elektromobilech a dalších dopravních prostředích a stávají se pro tyto účely stále populárnějšími zejména vzhledem k vysoké energetické hustotě a dlouhé životnosti. Ve světě se každoročně vyrobí cca 100 mld. kusů přenosných baterií různých rozměrů a tvarů, z toho 60 mld. kusů alkalických Zn-MnO2 baterií a cca 31 mld. kusů Zn-C baterií (představují 90 % evropského trhu s bateriemi). Ostatních typů baterií se spotřebovává cca 9 mld. kusů [1]. Lithium-iontových baterií se v r. 2006 celosvětově spotřebovalo za 1,1 mld. USD (podle Research and Markets), světový trh má v roce 2017 dosáhnout 25 mld. USD. V r. 2014 se vyrobilo přibližně 36 000 tun těchto baterií a jejich cena se za posledních 10 roků ztrojnásobila [2]. Výroba a spotřeba baterií se značně zvýšila v posledních letech vzhledem k vysoké poptávce průmyslu i spotřební sféry. Existují dva typy baterií: primární nenabíjecí a sekundární nabíjecí baterie. Primární baterie, produkující elektrický proud pomocí nevratných chemických reakcí, jsou Zn-Mn baterie, Zn-C baterie, primární lithium-iontové nebo rtuťové baterie. Z nich Zn-Mn baterie, postupně nahrazující Zn-C baterie, jsou nejrozšířenější. Sekundární baterie jako Ni-Cd, Ni-MH (metal hydrid) a lithium-iontové baterie se používají v mnohých průmyslových aplikacích, zejména v přenosných elektronických zařízeních, např. Ni-Cd baterie nejčastěji v bezdrátových komunikačních a výpočetních přístrojích. Všechny tyto baterie obsahují významné množství cenných kovů, jako Zn, Mn, Ni, Cd, Co a Al. Nakládání s odpadními bateriemi však představuje závažný environmentální problém, zejména vzhledem k přítomnosti těžkých kovů a nedostatku speciálních skládek pro jejich bezpečné odstranění. Z toho důvodu je dnes vývoj účinných recyklačních technologií pro tyto materiály otázkou prvořadého významu [3]. Evropská směrnice 2006/66/ES ukládá s platností od roku 2008 jako cíl společný sběr všech typů baterií a zvýšení účinnosti jejich recyklace. Členské státy jsou povinny dosáhnout úrovně sběru použitých baterií a akumulátorů minimálně 45 % do roku 2016 a recyklovat 50 % průměrné hmotnosti Zn-C, alkalických, Ni-MH a lithium-iontových baterií. Směrnice obsahuje rovněž zákaz skládkovat použité baterie bez náležité úpravy a zdůrazňuje nutnost podporovat výzkum a vývoj směřující k vývoji nových, environmentálně příznivých a ekonomicky výhodných recyklačních technologií. V jiných zemích je situace rozdílná. Např. v Japonsku nejsou žádná specifická opatření pro sběr baterií, v USA jsou použité baterie klasifikovány podle nebezpečnosti jejich složek; alkalické a Zn-C baterie se nepovažují za nebezpečné a končí zpravidla v komunálních odpadech [4].

Alkalické a Zn-C baterie Alkalické a Zn-C baterie jsou primární baterie na jedno použití. Jedním z jejich hlavních využití je dodávka elektrického proudu pro malá elektrická zařízení pro každodenní použití, jako jsou budíky, holicí strojky, přístroje pro dálkové ovládání a radiové přijímače [4]. Rozsáhlá výroba zejména alkalických baterií nevyhnutelně vede k velké akumulaci použitých baterií jako odpadů. Tento problém, zá-

10

Recyklace.indd 10

važný z ekonomického i environmentálního hlediska, dnes již narostl natolik, že jej nelze ignorovat. V některých zemích (včetně ČR) byl již zaveden kolektivní systém sběru a využití použitých baterií. Nicméně v řadě dalších zemí jejich značné množství stále končí v komunálních odpadech. Hlavní způsoby zpracování těchto baterií jsou skládkování, spalování a recyklace, z nichž skládkování je nejméně žádoucí. Recyklační technologie založené na spalování většinou zpracovávají odpadní práškové frakce ve Waelzových pecích přeměňujících zinek na surový oxid zinečnatý, který lze znovu hutnicky využít. Vedlejší produkt je sklovitá struska, využitelná ve stavebnictví [5]. Vzhledem k tomu, že skládkování ani spalování nesplňují požadavky ochrany životního prostředí, se ukazuje, že materiálová recyklace je jediný efektivní proces řeší problémy s použitými bateriemi. Např. přítomnost Zn-C baterií v komunálním odpadu ukládaném na skládku, může mnohonásobně zvýšit obsah Mn a Zn ve skládkových výluzích. Stejně tak i spalování těchto materiálů může vyvolat závažné znečištění ovzduší v důsledku přítomnosti toxických prvků, jako Hg, Pb a Cd [1]. Použité Zn-C baterie obsahují ZnMn2O4, ZnO, Mn2O3, Mn3O4, MnO2, Zn(NH3)2Cl2, společně s NH4Cl, uhlíkem a škrobem. Prášek z použitých Zn-C baterií, představující sekundární zdroj cenných materiálů, se zpracovává pyrometalurgicky nebo hydrometalurgicky. Pyrometalurgický proces zahrnuje oddestilování Hg (při 400 °C) a Zn (při 1 150 °C) s následnou koncentrací Mn ve zbytku. Hydrometalurgický proces spočívá v rozpouštění kovových podílů v kyselém nebo zásaditém mediu s následným selektivním získáváním požadovaných kovů, zahrnujícím rozpouštědlovou extrakci, srážení nebo elektrochemické procesy. Pyrometalurgický proces způsobuje znečištění ovzduší, hydrometalurgický proces znečištění vod [1]. Získávání cenných kovů z použitých baterií nahrazující primární zdroje, snižuje nejenom spotřebu energie pro získání těchto kovů, ale rovněž snižuje znečištění životního prostředí. Alkalické a Zn-C baterie obsahují značné množství Mn a Zn a jejich odpady jsou slibným sekundárním zdrojem těchto kovů, které jsou v nich obsaženy ve významném množství. Výroba zinku, jako průmyslově důležitého kovu, z primárních zdrojů je energeticky náročná a vykazuje vysokou uhlíkovou stopu. Energetická spotřeba pro získávání zinku z použitých baterií jako sekundárního zdroje je čtyřikrát menší. Vedle toho se při výrobě zinku z rud dostává do prostředí značné množství Cd a Pb. Ačkoliv je zinek esenciálním prvkem, ve velkém množství může být toxický. V současné době se 75 % Zn získává z primárních zdrojů a 25 % Zn recyklací ze sekundárních zdrojů. Vývoj účinných recyklačních procesů těchto baterií je proto velmi důležitý pro environmentálně příznivé a ekonomicky výhodné získávání těchto kovů. Zinek je přítomen v bateriích jako elementární kov a jako ZnO, mangan většinou jako Mn3O4. Termickou desorpcí lze navzájem oddělit oba kovy vzhledem k rozdílným teplotám jejich fázových přechodů; teplota varu Zn získaného redukcí ZnO je 906 °C, teplota varu Mn3O4 je 1 564 °C. Zinek se odpaří během termického procesu vedeného nad teplotou jeho bodu varu, zatímco Mn zůstává ve zbytku. V nedávných letech byla navržena řada pyrometalurgických a hydrometalurgických procesů pro získání cenných složek těchto baterií. Hydrometalurgický postup zahrnuje kyselé nebo alkalické loužení odpadních baterií, následované srážením nebo elektrolýzou. Příslušné kovy pak mohou být separovány z výluhu rozpouštědlovou extrakcí CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:10:01

RECYKLACE MATERIÁLŮ

s použitím organických rozpouštědel s následnou elektrolytickou separací. Pyrometalurgicky se zinek získává tavením použitých baterií při 1 500 °C. Pokud baterie obsahují rtuť, odstraňuje se destilačně. Pyrometalurgie a hydrometalurgie jsou běžné techniky používané v mnoha průmyslových závodech k získání kovů z tuhého materiálu. Pyrometalurgický proces je rychlý a účinný, produkuje však nebezpečné emise a je nákladný. Hydrometalurgický proces je energeticky méně náročný, jeho nebezpečí však spočívá v tom, že používá velké množství silných kyselin. Obě tyto konvenční technologie vyžadují extrémní podmínky jako je vysoká teplota, vysoký tlak a nebezpečné chemické prostředí. Přednosti a nevýhody obou procesů musí být posuzovány případ od případu s ohledem na umístění závodu, způsob sběru použitých baterií a jejich dopravu, které mohou ovlivnit životní prostředí a ekonomickou účinnost procesu. Hydrometalurgický proces dovoluje vyrábět elektrolyticky rafinovaný zinek s čistotou 99,995 %. K redukci ZnO na kovový zinek lze použít uhlík (grafit) obsažený v použitých Zn-C bateriích. Očekává se však, že se Zn-C baterie přestanou vyrábět již v nejbližších letech, protože jsou méně účinné než alkalické baterie. V důsledku toho bude nutné pro redukci ZnO přidávat uhlík z externích zdrojů [6]. Nedávno vyvinutý proces biologického loužení může snížit spotřebu suroviny, energie a představuje pouze zhruba třetinu nákladů zmíněných konvenčních technologií. Proto se biologické loužení považuje za slibnou technologii pro získávání kovů z použitých baterií. Při biologickém loužení se používají heterotrofní bakterie a autotrofní plísně pro rozpouštění různých kovů. Vzhledem k využití specifických metabolických produktů a biomasy určitých mikroorganismů je biologické loužení selektivní, flexibilní a environmentálně příznivý proces. Biologické loužení s použitím autotrofních plísní má některé přednosti před bakteriálním loužením. Tak např. plísně mohou narůstat při vysokém pH, což je výhodné pro biologické loužení s alkalickými materiály a proces vyluhování je rychlý. Některé druhy rodu Aspergillus, známé svou schopností vylučovat velké množství organických kyselin, vytvářejí cheláty s ionty kovů, usnadňující rozpouštění kovů. Jako nejvhodnější pro extrakci kovů ze Zn-Mn a Ni-Cd baterií se ukázaly kyselina citronová a kyselina šťavelová, ta má však tendenci vytvářet nerozpustné šťavelany kovů. Přes zjevné výhody této technologie je o odstraňování kovů z použitých baterií pomoci mikroorganismů dosud jen málo spolehlivých informací [3]. Vzhledem ke zvyšujícím se požadavkům na ochranu životního prostředí a pokročilým výrobním technologiím se nyní zavádějí na trh Zn-Mn baterie, které nepoužívají jako přísadu rtuť. Nepřítomnost rtuti usnadňuje jejich recyklaci. Odhaduje se, že výběrem vhodných recyklačních technologií lze takto ročně získat až 20 000 tun zinku a manganu, které mohou být použity v celé řadě průmyslových aplikací. Recyklace kovů z použitých alkalických baterií není dosud pro podnikatele dostatečně přitažlivá a bude muset být ekonomicky atraktivnější. Nadějným řešením může být využívání dnes již běžně dostupných nanomateriálů (zejména ZnO). Nanočástice ZnO mají vysokou excitační vazebnou energií (60 keV), jsou netoxické a chemicky stabilní. Tento produkt má velký tržní potenciál vzhledem k široké použitelnosti pro některé UV lasery, diody emitující světlo, senzory, solární články. Prakticky využitelnou pro získání nanočástic čistého ZnO z použitých baterií se ukazuje technologie, založená na jednostupňovém vyluhovacím procesu používajícím jen mírně koncentrované chemikálie při relativně nízké teplotě. Místo násobných operací (loužení, extrakce a spalování) lze tedy touto technikou získat vysoce hodnotný produkt jednostupňovým procesem. Konečné získání ZnO z reakční směsi se dosahuje etanolickým srážením – bez nutnosti použít vysokoteplotní spalovací stupeň k získání čistého oxidu [5]. Ni-MH (hydrid kovů) baterie obsahuji nejenom základní kovy, ale rovněž cenné kovy vzácných zemin (KVZ), které představuje skupina 17 prvků obsahující 15 lanthanoidů jako La, Sm, Nd, Pr a Ce a dále skandium (Sc) a yttrium (Y), které se s nimi v rudách vyskytují společně. Spotřeba KVZ vzrostla prudce v posledních letech vzhledem k jejich rozšiřujícímu se využití v různých high-tech aplikacích, zejména v elektronice a výpočetní technice, turbínách větrných elektráren, hybCHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Recyklace.indd 11

ridních elektromobilech, kamerách, laptopech, lékařských přístrojích, katalyzátorech aj. [7]. Zdroje většiny KVZ nejsou příliš četné a navíc velmi nerovnoměrně rozloženy ve světě, ačkoli některé z nich, jako např. cer (Ce), se nacházejí v přírodě ve větším množství než např. měď, považovaná za základní kov. Světovému trhu s KVZ dominuje Čína s více než 95% produkcí do roku 2009. Omezení dodávek KVZ z Číny při současném nárůstu výroby materiálů obsahujících KVZ vedlo k postupnému opakovanému zvyšování jejich cen a vyvolalo obavy o jejich dostupnost na světovém trhu. Za současné situace se ukazuje, že bude nezbytné rozšířit recyklaci použitých baterií obsahující KVZ, což může významně omezit závislost na jejich primárních zdrojích a částečně uspokojit rostoucí požadavky na KVZ a další strategické materiály. Použité Ni-MH baterie jsou jedním z nejvýznamnějších odpadů, které mohou sloužit jako potenciální sekundární zdroj, obsahující vedle základních kovů, jako Ni, Co, Mn a Zn, téměř 10–15 % KVZ, jako La, Ce, Pr, Nd a Sm. K získávání těchto kovů z použitých Ni-MH baterií bylo vypracováno několik hydrometalurgických procesů většinou na bázi kyseliny sírové.

Lithium-iontové baterie Lithium-iontové baterie (LiB) představují novou perspektivní technologii pro skladování energie v nejrůznějších elektronických zařízeních [2]. Vzhledem ke svým výborným vlastnostem se velmi rychle rozšiřují na trhu přenosné konzumní elektroniky a v novější době i v elektromobilech a dalších dopravních prostředcích. LiB sestávají z krytu, katody, anody, organického separátoru a organického elektrolytu. Kryt je vyroben z nerezavějící niklové oceli nebo plastu, katodu tvoří hliníková destička pokrytá aktivním materiálem. Aktivní katodový materiál zpravidla tvoří oxid LiCoO2 společně se směsnými oxidy, acetylenovou černí a organickým pojivem. Anoda sestává z měděné destičky pokryté aktivním materiálem, obsahujícím grafit s přídavkem acetylenové černi a organického pojiva. Tloušťka katody a anody je 0,16–0,18 mm, navzájem jsou odděleny separátorem tloušťky 10 µm. Po uplynutí doby životnosti LiB skončí velké množství těchto baterií v odpadech. I když LiB obsahují méně toxický materiál než olověné nebo Ni-Cd baterie, stále hrozí nebezpečí vyluhování některých toxických materiálů a následná kontaminace podzemních vod, zejména při nevhodném skládkování. Kromě toho některé kovové materiály v použitých LiB mají značnou ekonomickou hodnotu. Evropská komise považuje za kritické materiály v LiB prvky jako Nb, Co a Mn. Přes značné zlepšení je úroveň sběru použitých LiB stále velmi nízká. Např. v r. 2002 bylo v EU sebráno pouze 0,5 % použitých LiB, v r. 2007 došlo ke zvýšení na 2,7 %. V současné době pouze nečetné společnosti (např. Umicore a Toxco) zpracovávají použité LiB. Jejich technologie není specifická pouze pro LiB, zpravidla zpracovávají různé typy dobíjecích baterií (např. Ni-MH baterie) i kovový materiál jiného původu než z baterií, což může být jednou z příčin nižší recyklační účinnosti LiB. Proto je žádoucí vyvinout specifickou technologii pro získání různých typů materiálů obsažených v LiB, zejména se zaměřením na zvýšení recyklační účinnosti kobaltu, který je cenným prvkem pro spotřební elektroniku [2]. Cennými materiály jsou i další prvky v LiB jako Cu, Ni, a Li. Rovněž recyklace hliníku z použitých LiB se stává zajímavou, i když jeho obsah v LiB je poměrně malý, protože sekundární výroba hliníku šetří až 88 % energie ve srovnání s jeho primární výrobou. Nové technologie budou muset mít nejen vyšší recyklační účinnost ale i vyšší selektivitu pro jednotlivé prvky. LiB se vyrábějí v různých rozměrech, formách a složení katody, což má za následek nejednotné složení odpadů, nedojde-li při recyklaci k předseparaci látek katodového typu. I když v současné době LiCoO2 baterie dominují na trhu s LiB, hledají se pro jejich výrobu nové technologie s levnějším chemickým složením katodového materiálu (např. LiFePO4, LiMn2O4 a některé směsné kovové katody) [8]. S rozšiřujícím se trhem těchto katod stává se recyklace LiB ekonomicky atraktivnější, navíc neobsahují křemíkové matrice a koncentrace kovů v nich je mnohdy vyšší než v primárních zdrojích [9]. Recyklace použitých LiB je v závislosti na jejich struktuře a složení zaměřena především na Dokončení na další straně

11

24. 7. 2016 17:10:01

RECYKLACE MATERIÁLŮ

získávání Co a Li z katodového materiálu. Oba tyto kovy jsou nejenom nedostatkovým materiálem, ale jsou rovněž nebezpečné pro životní prostředí. Menší zájem je o anodový aktivní materiál. Pro recyklaci použitých LiB lze použít dva způsoby – pyrometalurgický a hydrometalurgický. Pyrometalurgický proces spočívá v přímém roztavení použitých baterií a umožňuje získat cenné materiály, jako Co a Ni [10]. Hydrometalurgické procesy zpravidla zahrnují drcení, mechanickou separaci, kyselé loužení (anorganické i organické), případně s aditivy a srážení nebo rozpouštědlovou extrakci. Cílem hydrometalurgických procesů je získání kovů, jako Co, Ni, a Mn z katodového materiálu. Pro extrakční separaci LiCoO2 z použitých LiB se zpravidla používají silné kyseliny jako HCl, HNO3 a H2SO4, s přídavkem H2O2 s výtěžností Co a Li více než 95 %. Avšak tyto silné kyseliny jsou drahé, obtížně manipulovatelné ve velkém měřítku a nejsou environmentálně příznivé, protože emitují toxické plyny, V současné době se studuje použití slabých organických kyselin, jako štavelové, askorbové, jablečné, asparagové, askorbové, citronové, se slibnými výsledky [8]. Ukázalo se, že až 90% Co a téměř 100 % Li lze získat z katodového materiálu loužením s kyselinou citronovou a peroxidem vodíku. Kyselinové loužení však vyvolává korozi a vznikají při něm nebezpečné odpadní matečné louhy. V posledním desetiletí se zaměřil výzkum na získávání kovů z těchto materiálů mechanochemickými procesy založenými na chemických reakcích v pevné fázi, např. proces na získávání kovů společným mletím LiCoO2 a PVC. Ve srovnání s hydrometalurgickými procesy četné studie ukázaly, že mechanochemické procesy nejenom mohou zjednodušit recyklaci kovů, ale vzhledem k reakcím v pevné fázi rovněž zabránit vzniku kapalných odpadů [10]. Byla vyvinuta rovněž rychlá a účinná metoda pro získání kobaltu z LiB s použitím superkritického CO2. Superkritické tekutiny se ukazují pro tyto účely slibné, vzhledem k zajímavým vlastnostem těchto rozpouštědel; lze je recyklovat a znovu použít, a jsou tedy velmi vhodné z environmentálního hlediska [11].

Literatura [1] Biswas, R. K., Habib, M., A., Karmakar, A. K., Tanyin, S.: Recovery of manganese and zinc from waste Zn-C cell powder: Mutual separation of Mn(II) and Zn(II) from leach liquor by solvent extraction technique, Waste Management, 51, 149–156 (2016). [2] Wang, X., Gaustad, G., Babbitt, C. W.: Targeting high value metals in lithium-ion battery recycling via shredding and size based separation, Waste Management, 51, 204–213 (2016). [3] Kim, M. J., Seo, J. Y.,Choi, Y. S., Kim, G. H.: Bioleaching of spent

Zn-Mn and Ni-Cd batteries by Aspergillus species, Waste Management, 51, 168–173 (2016). [4] Ebin, B., Petranikova, B. M., Steenari, B. M., Ekberg C.: Production of zinc and manganese oxide particles by pyrolysis of alkaline and Zn-C battery, Waste Management, 51,157–167 (2016). [5] Deep, A., Sharma, A. L., Mohanta, G.C., Kumar, P., Kim K. H.: A facile chemical route for recovery of high quality zinc oxide nanoparticles from spent alkaline batteries, Waste Management, 51, 190–195 (2016). [6] Ippolito, N. M., Belardi, G., Medici, F., Piga, L.: Utilization of automotive shredder residues in a thermal process for recovery of manganese and zinc from zinc-carbon and alkaline spent batteries, Waste Management, 51, 182–189 (2016). [7] Meshram, P., Pandez, B., D., Mankhand, T. R.: Process optimization and kinetics for leaching of rare earth metals from spent Ni-metal hydride batteries, Waste Management, 51, 190–195 (2016). [8] Nayaka, G. P., Pai, K., V., Manjanna J., Keny, S. J.: Use of mild organic acids reagents to recover the Co and Li from spent Li-ion batteries, Waste Management, 51, 234–238 (2016). [9] Barik, S. P., Prabaharan, G., Kumar, B.: An innovation approach to recover the metal values from spent lithium-ion batteries, Waste Management, 51, 222–226 (2016). [10] Pagnanelli, F., Moscandini, E., Altimari, P., Abo Atia, T., Toro L.: Cobalt products from real waste fractions of end of life lithium-ion batteries, Waste Management 51, 214–221 (2016). [11] Bertuol, D. A., Machado, C., M., Silva, M. L., Calgaro, C. O., Dotto, G. L., Tanabe, E. H.: Recovery of cobalt from spent lithium-ion batteries using supercritical carbon dioxide extraction, Waste Management, 51, 245–251 (2016).

Abstract

RECYCLING OF SPENT BATTERIES Summary: In this article the survey of recycling processes of spent Zn-C, alkaline and lithium-ion batteries is presented. Beside common pyro- and hydrometallurgical technologies some newly developed recycling processes like biological leaching using heterotrophic bacteria or autotrophic fungi (especially Aspergillus species), mechanochemical approach with reaction in solid phase, application of nanomaterials (especially ZnO) and extraction with supercritical liquids are mentioned and some their priorities in comparison with mentioned common processes and perspectives of their possible application are discussed. Key words: spent batteries, recycling, pyrometallurgy, hydrometallurgy, bioleaching, mechanochemical approach, nanomaterials, supercritical liquids

TECHNICKÉ NOVINKY

ICHEME NABÍZÍ VOLNÉ ZDROJE INFORMACÍ U příležitosti 40. výročí havárie v Sevesu (Itálie, únik dioxinu), nabízí IChemE (Institution of Chemical Engineers) volné informační zdroje týkající se bezpečnosti, a to jak svým členům, tak i nečlenům. Procesní bezpečnost je hlavní součástí studií a praxe chemického inženýrství. S cílem podpořit předávání znalostí a sdílení osvědčených postupů IChemE uvolnila několik informačních zdrojů k volnému použití. Patří mezi ně druhá přednáška Trevora Kletze a Haddona Cava přednesená na 26. bezpečnostním sympoziu v Edinburghu ve Skotsku, které je každoročně pořádáno ve spolupráci Centrem procesní bezpečnosti Mary Kay O‘Connorové (výzkumné praco-

12

Recyklace.indd 12

viště v americkém Texasu, pojmenované podle chemické inženýrky, která zahynula při výbuchu v Pasadeně v Texasu v roce 1989). Přednáška se zabývá největší průmyslovou havárií ve Velké Británii z roku 2006, při které zahynul nejvyšší počet lidí od války o Falklandy. Vyšetřování, které následovalo, vedl Haddon Cave, britský soudce Nejvyššího soudu. V přednášce jsou popsány technické a lidské chyby, ke kterým došlo při havárii a jejich význam pro zpracovatelský průmysl. Přednáška byla účastníky konference označena jako vynikající. Mezi ostatní volné zdroje, které IChemE nabízí, patří bezpečnostní pokyny z bezpečnostního střediska IChemE (Isc). Jsou k dispozici dvě publikace „Process Safety Competency“ a „Model and Lead Process Safety Metrics – selecting, tracking and learning“. Oba dokumenty byly zpracovány členskými

společnostmi Isc, včetně Exxon Mobil, Rio Tinto, Shell a Worley Parsons. Isc také představila „Bezpečnostní případové studie“ vyvinuté s cílem zlepšit bezpečnostní proces a školení personálu. Případové studie se skládají z interaktivních videí, zaměřených na nezaujatý zpětný pohled. Interaktivní videa poskytují trénink efektivnější než dříve a mohou být použity v běžném denním provozu průmyslového podniku. IChemE upozorňuje, že v říjnovém vydání jejich výročního bulletinu „Loss Prevention Bulletin“ bude připomínka výročí tragédie v Bhopálu. Dále budou ve výročním bulletinu zmíněna další výročí, jako např. 100 let od výbuchu ve Favershamu (UK), 50 let od katastrofy ve Feyzinu (Francie), 40 let od havárie v Sevesu (Itálie) a 30 let od černobylské jaderné katastrofy (Ukrajina). »»www.icheme.org

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:10:01

PŘÍPRAVA VZORKŮ

MONOLITNÍ KATALYZÁTOR – ODSTRANĚNÍ PLATINOVÝCH KOVŮ (PLATINA, PALLADIUM, RHODIUM) Recyklace kovů platinové skupiny z použitých automobilových katalyzátorů je výhodná z ekologického i ekonomického hlediska, neboť slouží jako doplňkový zdroj k těžbě těchto materiálů. V dnešní době se odhaduje, že téměř 30 % všech kdy vytěžených PK je použito pro automobilové katalyzátory. Zpracování 2 mg z použitých automobilových katalyzátorů může zabránit vytěžení 150 kg rudy a všem následujícím krokům, nezbytným pro získání čistého kovu.

Obr. 3 – Drtič Retsch BB250XL

podtlak, dokáže tyto aglomeráty rozprášit na jednotlivé částice. Obr. 5 – Sítovací stroj Retsch AS200JET

Výzva pro průmysl Hlavní požadavky, kterým musí průmysl čelit v současné době, jsou následující:

Po 3 minutách mletí na mlýnu Retsch RS300XL bylo dosaženo velikosti částic 85,73 % <36 µm a 63,79 % <20 µm (obr. 6).

• ochrana životního prostředí, • omezení množství odpadu, • opětovné využití druhotných surovin.

Příklad recyklace katalyzátoru Katalyzátor na obr. 1 je keramický substrát potažený povlakem oxidu hlinitého s oxidy vzácných zemin a kovy platinové skupiny o hmotnosti cca 2 000 g. Při druhotném zpracování se analyzuje materiálové složení. Obr. 1 – Katalyzátor před recyklací

Obr. 6 – Konečná podoba rozemletého katalyzátoru

Pro monolity z nákladních vozů až do velikosti 300 mm se doporučuje drtič Retsch BB 600 XL. Jakožto druhý krok následuje mletí na analytickou jemnost, které slouží už pro samotnou rekuperaci platiny a kovů platinové skupiny. Zde je potřeba použít zařízení, které dokáže zpracovat reprezentativní vzorek o hmotnosti cca 1 000 g na analytickou jemnost při dosažení co nejužší distribuce částic. Pro tento krok je vhodný diskový mlýn Retsch RS300XL (obr. 4) s použitím mlecí sady z manganové oceli o objemu 2 000 ml.

Obr. 7 – Konečná fáze – schéma rekuperace platinových kovů

Obr. 4 – Diskový mlýn Retsch RS300XL

V prvním kroku je nutné katalyzátor z osobního vozu z původní velikosti 120 mm (u nákladních vozů to může být až 300 mm) rozdrtit na velikosti částic v řádu jednotek mm (obr. 2), vhodné pro následné jemné mletí na velikosti v řádu desítek µm. Obr. 2 – Rozdrcený katalyzátor

Pro tento účel je velice vhodný např. drtič Retsch BB250XL (obr. 3), který má díky 3kW motoru dostatečný výkon a vstupní otvor pojme až 120 mm. Přední dvířka drtiče umožňují jednoduchý přístup do drticí komory, kde jsou uloženy drticí čelisti vyrobené z vysoce kvalitní manganové oceli.

Pro následnou kontrolu kvality mletí je nutné stanovit velikost částic sítovou analýzou. Jelikož částice o velikostech pod cca 50 µm mají tendenci aglomerovat, doporučuje se pro sítovou analýzu použití proudového sítovacího stroje Retsch AS200JET (obr. 5). Ten za pomoci otočné trysky a vysavače, který generuje

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Verder-katalyzátor.indd 13

Patrik POLÁVKA, VERDER s.r.o., [email protected]

13

24. 7. 2016 17:10:54

GRANULOMETRIE

CHEMICKÉ A FYZIKÁLNÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ PŘÍPRAVU VZORKŮ PRO GRANULOMETRII PUGH D. Microtrac Inc. Od roku 1974 poskytuje analýza velikostí částic metodou laserové difrakce průmyslovým i akademickým uživatelům rychlý a přesný způsob ověření kvality jejich výrobků. Původně byla měření prováděna pouze v kapalině, dokud Microtrac v roce 1975 nevyvinul jako první na světě dispergační jednotku pro suché vzorky. Jelikož se technologie dispergace jak suchých vzorků tak i vzorků v kapalině od té doby výrazně zdokonalily, není výběr mezi těmito dvěma způsoby snadný a jednoznačný. Pro výběr nejvhodnější metody dispergace musí být uživatel schopen posoudit potenciální nástrahy obou metod pro použití na měřené vzorky. Pojďme se podívat na důležité faktory měření suchých vzorků i v kapalině. Při použití dispergační jednotky Turbotrac není potřeba mít obavy o rychlostní segregaci (rozdílná rychlost průletu částic s rozdílnou hmotností) ani křížovou kontaminaci a čištění je velmi jednoduché. Při suchém i mokrém měření je ovšem velmi důležitá reprezentativnost vzorku. Je dobré mít povědomí o homogenizaci vzorku a dělení na reprezentativní části děliči vzorku (otočnými rifflery). Obr. 1 – Dispergační jednotka Turbotrac

tice jsou, a je jednou z příčin výrazného zvýšení pravděpodobnosti chyb měření u malých částic, pokud není tomuto jevu předcházeno již při přípravě měření. Existuje několik možností, jak tomuto jevu předcházet a nejběžnější z nich je přidání příměsí do kapalného média, kterým bývá voda, u ostatních médií, jako například alkoholů, se většinou žádné příměsi nepoužívají. Příkladem příměsi je calgon (hexametafosfát sodný), který bývá obvykle používán ve formě 0,1 % roztoku. Řízení pH je další metodou pro posunutí Zeta potenciálu co nejdále od izoelektrického bodu, aby bylo dosaženo stability. Jako poslední možnost rozbití shluků bez poškození jednotlivých částic zmíníme použití ultrazvuku. Pro optimální použití ultrazvuku je potřeba určit, po jaké době působení ultrazvuku jsou shluky částic rozbity a jaká energie je potřeba k tomu, aby došlo k rozbití shluků a ne samotných částic. Obr. 2 – Příčiny chyb měření velikosti částic

Reprezentativnost vzorku je důležitá hlavně při měření vzorků s širokou distribucí nebo při velké střední velikosti částic. Když se zvětší střední velikost nebo šířka distribuce velikostí částic, pak částice v horní části distribuce mají větší tendenci volně téci a dochází k výraznější velikostní segregaci. Takže se zvětšující se velikostí se zvyšuje pravděpodobnost chyby měření na základě odebrání nereprezentativního vzorku. Tímto způsobem fyzika prostřednictvím tokových vlastností částic ovlivňuje vzorkování a měření velkých částic. Dalším faktorem důležitým při provádění měření je použité množství vzorku. Čím větší jsou částice a širší distribuční křivka, tím je pro dosažení statistické reprezentativnosti nutné použít větší množství vzorku a naopak při menších velikostech a užší distribuci postačí menší množství vzorku. Při měření částic v kapalině se do hry dostává také chemie, takže je potřeba brát v úvahu více faktorů. Primárně je potřeba vybrat kapalné médium, ve kterém se částice rozptýlí, ale nerozpustí. Navíc v některých případech dochází k problémům se smáčivostí a uživatel v takovémto případě musí použít vhodný surfaktant. Většinou se používají neionické surfaktanty jako například Nonidet, ale ve výjimečných případech může být nutné použití kationického nebo anionického surfaktantu, aby se jemné částice smočily, dokázaly se rozptýlit v kapalině a nebyly při měření zanedbány. Při použití surfaktantu je obecně vhodné naředit surfaktant v poměru 10 ku 1 a takto naředěný surfaktant potom po kapkách přidávat do kapalného média tak dlouho, dokud povrchové napětí dostatečně nepoklesne a nedojde ke smočení a rozdispergování částic v kapalině. Druhý faktor, který je potřeba brát v úvahu, je vzájemná přitažlivost částic rozptýlených v kapalině. Pokud je Zeta potenciál částic nízký, pak mají částice větší tendenci se shlukovat a vytvářet aglomeráty. Částice s vysokým pozitivním nebo negativním povrchovým nábojem budou tvořit stabilnější disperze. Tento efekt je tím výraznější, čím menší čás-

14

Uni-E_Granulometrie.indd 14

Obrázek 2 ilustruje důležitost reprezentativního vzorkování a důkladné homogenizace volně tekoucích velkých částic a na druhé straně vliv chemie (dispergace) při měření částic menších než 10 mikronů. Další otázka, kterou se budeme zabývat, je vzorkování připravených suspenzí. Většina vzorků, které mají být měřeny v kapalině, bývá predispergována v kádince a při odebírání vzorku pipetou z kádinky je tím menší pravděpodobnost vzniku chyby vzorkování, čím menší je velikost částic. Ovšem pokud odebíráte vzorek materiálu se širokou distribucí, pak je potřeba zajistit tyto 3 podmínky. Zaprvé je dobré použít co největší recirkulační nádrž, aby se zlepšila statistická reprezentativnost. Za druhé je potřeba při odebírání vzorku z kádinky vzorek promíchávat, aby vzorkování bylo co nejreprezentativnější. Nakonec je po odebrání vzorku z kádinky nutné celý obsah pipety vyprázdnit do dispergačního zařízení. Když už máme vzorek v dispergační jednotce a cirkuluje měřicí komorou, ujistěte se, že rychlost recirkulačního čerpadla je dostatečná na to, aby se částice udržely v suspenzi. Pokud by se v suspenzi začaly objevovat bublinky, snižte rychlost čerpání nebo zvyšte objem kapaliny na maximum, aby nedocházelo ke kavitaci. Při dodržení všech uvedených základních pravidel je možné udržet chyby vzorkování a přípravy vzorku na minimu a dosáhnout maximální reprodukovatelnosti výsledků u různých vzorků. Z podkladů firmy Microtrac, Inc., přeložil Ing. Marek ČERNÍK, Uni-Export Instruments, s.r.o., www.uniexport.co.cz. CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:11:40

Šultysova 15, Praha 6, 169 00, tel.: 233 353 850, [email protected], www.uniexport.co.cz

Uni-Export Instruments, s.r.o. Dokonalý laserový granulometr?

Materiálová tiskárna Fujifilm Dimatix

Efektivní dispergace suchých částic bez jejich destrukce a křížové kontaminace. Robustní optický systém optimalizovaný pro maximální přesnost měření.

Výkonná dispergační jednotka pro suspenze znesnadňující sedimentaci těžkých částic.

Microtrac

S3500 Bluewave

Uni-Export_88x130_cervenec_2016.indd 1

CHROMSPEC spol. s r.o. 252 10 Mníšek p. Brdy Lhotecká 594 tel.: 318 599 083 [email protected] fax: 318 591 529 www.chromspec.cz

634 00 Brno Plachty 2 tel.: 547 246 683 fax: 547 246 685

03.07.16 10:49

Přístroj pro analýzu částic CAMSIZER X2 Rozsah měření 0,8 μm až 8 mm

IDEÁLNÍ pro: n farmaceutické prášky a granule, jemné peletky n rozemletá a granulovaná krmiva n prací prostředky a enzymy n plastové prášky (vč. elektrostatického náboje) n kovové a rudné prášky n brusiva (středně velké a malé drtě) n jemné písky a cement n jemná dřevěná vlákna n jemná plastová vlákna

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Verder_Uni-E_Chromspec.indd 15

Pro bližší informace nás prosím kontaktujte na [email protected] nebo volejte 603 547 119.

15

24. 7. 2016 17:12:29

ANALYTICKÉ METODY

CHARAKTERIZACE ČÁSTIC – ZÁKLADNÍ KONCEPTY DUDÁK M. ANAMET s.r.o., Praha, [email protected] Charakterizace částic je velmi důležitá činnost jak pro průmysl, tak pro vědeckou sféru, přitom seznam dostupných analytických technologií stále narůstá. V tomto článku se zaměříme na základy popisu částic a na výhody a omezení nejvýznamnějších technologií s cílem pomoci s výběrem dnes nejvhodnější technologie. Stanovování vlastností částic je klíčovým východiskem pro řízení výroby materiálů, které se budou chovat požadovaným způsobem, ať už se jedná o sypké suroviny, koncové produkty či meziprodukty. Protože se do obecné definice částic často zahrnují též kapky a bublinky, charakterizace částic je v zájmu různých výrobců od zpracování mléčných emulzí pro potravinářství po zpracovatele kovových prášků v metalurgii. V kterémkoliv z těchto odvětví je nutné zvolit vhodnou analytickou strategii. Charakterizace částic vnáší přidanou hodnotu do mnoha průmyslových procesů, jež podporují kvalitu předních výrobků na trhu a jejich efektivní zpracování. Dva nejvýznamnější parametry ve výzkumu a vývoji částic jsou velikost a tvar. Mezi další významné parametry ovlivňující vlastnosti produktu vyrobeného z částic patří mikrostruktura, povrch, náboj a mechanické vlastnosti. Částice jsou často složité 3D objekty, jejichž velikost a tvar často nelze dostatečně popsat z jediného obrázku. U stanovení velikosti částic se používá koncept velikosti částice ekvivalentní kouli se stejnou vybranou vlastností (průměrem kruhu, objemem, sedimentační rychlostí aj.) (obr. 1) Obr. 1 – Koncept ekvivalentních kulových částic

proč například početní distribuce z obrazové analýzy nemusí přesně odpovídat distribuci získané laserovou difrakcí. Obr. 2 – Distribuce velikosti částic vážené podle počtu, objemu a intenzity pro stejné množství částic velikosti 5 a 50 nm

Tabulka 1 uvádí obecný přehled nejvýznamnějších dostupných technologií. Uvedené rozsahy velikostí jsou jen přibližné a mohou se měnit v závislosti na přístroji. V dalším textu se zaměříme na automatizované snímání spojené s obrazovou analýzou, které jako jedna z mála technik poskytuje informaci jak o velikosti tak i tvaru částic.

Statické a dynamické automatizované snímání distribuce velikosti a tvaru částic

Analytické metody poskytují obecně buď střední hodnotu, nebo distribuci velikosti částic ve vzorku. Lze se setkat s různými distribučními křivkami v závislosti na použité analytické metodě a principu měření. Typ získané distribuční křivky je při srovnávání jednotlivých analytických metod jedním z nejdůležitějších ukazatelů. Technika obrazové analýzy poskytuje početní distribuci, u níž má každá částice stejnou váhu při normalizaci nezávisle na její velikosti. Distribuce tvaru částic jsou proto obvykle početní. Početní distribuce jsou obzvláště užitečné, když je potřeba znát absolutní počet částic, například při odhalování cizích částic, nebo kde je požadované rozlišení jednotlivých částic. Oproti tomu technika statického rozptylu světla, jako je například laserová difrakce, poskytuje objemově váženou distribuci, u níž příspěvek každé částice závisí na jejím objemu-velikosti (nebo hmotnosti u částic o stejné hustotě). Tato distribuce je významná z komerčního hlediska, neboť zohledňuje objem (hmotnost), a tím i potenciální peněžní hodnotu produktu. Technika dynamického rozptylu světla poskytuje distribuci váženou podle intenzity rozptýleného světla, kde je tvar distribuce závislý na velikosti částice, proto je tato distribuce extrémně citlivá na přítomnost velkých částic. Na obrázku 2 je ukázán vliv zobrazení stejných dat pomocí výše uvedených distribucí včetně poměru intenzit signálů. Převod z jednoho typu distribuce na jiný je možný, ale vyžaduje použití určitých předpokladů o tvaru a fyzikálních vlastnostech částic. Toto je důvodem,

16

Anamet_Analýza částic.indd 16

Technika automatizovaného snímání částic se dělí podle způsobu rozptýlení vzorku na statickou a dynamickou. U statické dochází ke snímání nepohyblivých částic, jež jsou usazeny na sklíčku mikroskopu, filtru či jiném plochém povrchu nebo v tenké vrstvě suspenze. Tento způsob poskytuje možnost vrátit se k již nasnímané částici a větší flexibilitu ve způsobu osvětlení vzorku (shora či zespoda) a tudíž lze sledovat i další parametry částic. Výsledkem jsou obrázky s vyšším rozlišením a lepším zaostřením. Při typické délce měření 20–30 minut je nasnímáno několik stovek tisíc částic. U dynamického snímání je vzorek veden tenkou štěrbinou ve vznosu s náhodnou orientací vzhledem k optickému detektoru, což může vést ke zkreslení vyhodnocené distribuce při natočení podélné osy protáhlých částic směrem k detektoru. Při tomto snímání jsou získány obrázky s nižším rozlišením při pevném zaostření, které může vést při velkém zvětšení a nízké hloubce ostrosti k rozostřeným obrazům. Velkou výhodou je naopak jednoduchost použití a rychlejší příprava vzorku i měření – nasnímání miliónů částic typicky trvá 3–5 minut. Z tohoto srovnání lze vyvodit doporučení použít statickou metodu pro částice převážně menší než 400 mikrometrů či s výrazně odlišným jedním rozměrem částic (tyčinky či plátky) a v ostatních případech dynamickou metodu. Obr. 3 – Vyhodnocení parametrů z obrázku

Samotné vyhodnocení probíhá z jediného obrázku částice (obr. 3), relevance získaných parametrů částic závisí na typu vzorku i typu CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:17:57

ANALYTICKÉ METODY

Tab. 1 – Vlastnosti a dynamický rozsah různých technik Velikost částic

0,1 nm

1 nm

10 nm

100 nm

1 µm

10 µm

100 µm

1 mm

10 mm

Technika

Velikost

Tvar

Zeta potenciál

Dynamický rozsah

Rychlost

Rozlišení

Vzorkování

Mokrá

Suchá

Laserová difrakce

•

••••

•••

••

•••

•

•

Dynamický rozptyl světla

•

•••

•••

••

••

•

•••

•••

••

••

•

••

••

•••

••

•

Laserová difrakce Dynamický rozptyl světla Elektroforetický rozptyl světla Obrazová analýza Sedimentace Coulterův princip Sítová analýza

Elektroforetický rozptyl světla

•

Obrazová analýza

•

•

Disperze

Sedimentace

•

••

•

••

••

•

Coulterův princip

•

•

••

•••

•

•

Sítová analýza

•

•

•

•

•

•

požadované informace. Tradičně je velikost částice reprezentována jedinou hodnotou, a to průměrem kruhu o ekvivalentním průměru. Ovšem pro nekulové a nepravidelné částice dovoluje obrazová analýza popsat velikost částic z pohledu i jiných parametrů, jako jsou například šířka a délka částice, viz obr. 4.

•

•

Obr. 5 – Rozlišení různých tvarových parametrů částic

Obr. 4 – Protáhlá částice

Další přednosti kromě velikosti a tvaru

Význam tvaru částice když velikost nestačí Pro mnoho aplikací postačuje distribuce velikosti částic, ale existují i takové, kde tvar částic je vhodnou doplňkovou informací. Dále jsou uvedeny tři takové relevantní oblasti použití tvaru částic: Jedna částice nebo shluk? Pro mnoho metod na stanovení velikosti částic je nutné úplné rozptýlení shluků. Se schopností snímání jednotlivých částic je možné zhodnotit celkové zastoupení shluků ve vzorku pomocí analýzy obvodu a tvaru částice a tím odlišit, zda se jedná o jednotlivou částici či shluk. Pravidelná či protáhlá částice? Mletím částic je často dosaženo kromě zmenšení velikosti částic též změny jejich tvaru. To může vést k žádoucímu i nežádoucímu chování při následném zpracování i ve finálním produktu. Měřením tvarových parametrů, jako je prodloužení nebo kruhovitost, lze sledovat celkové vlastnosti a podle toho upravit výrobní proces.

Ačkoliv je automatizované snímání technika ve 2D, tak lze získat i další informace o částici, jako například tloušťku částice a homogenitu (z množství světla, které projde či je odraženo). Pro tato stanovení je třeba snímat spíše v odstínech šedi než černobílé obrázky. Směsi částic Občas se vzorek skládá z částic různých materiálů o různých vlastnostech. Zastoupení jednotlivých materiálů lze často stanovit na základě tvarových rozdílů, jindy lze využít kombinaci obrazové analýzy a stanovení chemického složení například pomocí Ramanovy spektroskopie.

Nabídka přístrojů firmy Malvern Britská společnost Malvern Instruments nabízí kompletní portfolio produktů pro stanovení velikosti částic, do nějž patří následující produkty automatizovaného snímání s následnou obrazovou analýzou: • Sysmex FPIA 3000 – rychlý analyzátor velikosti a tvaru částic v suspenzi (0,8–300 μm) dynamickou metodou,

Hladká nebo hrubá?

• Morphologi G3 – pro pokročilou charakterizaci částic (0,5–1 000 µm) statickou metodou v jednoduchém provedení,

Účinnost abrazivních prášků a toku částic může být ovlivněna hrubostí či hladkostí povrchu částic. Tvarové parametry částic poskytují přehled o celkové formě, což pomáhá zjistit, zda je již brusný prášek opotřebovaný nebo zda je více či méně pravděpodobné, že se sypký materiál nalepí ve výsypce zásobníku.

Více informací o produktech pro automatizované snímání částic firmy Malvern poskytne její místní zástupce ANAMET s.r.o., www.anamet. cz, www.malvern.com.

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Anamet_Analýza částic.indd 17

• Morphologi G3-ID – automatizované měření velikosti, tvaru a chemického složení částic.

17

24. 7. 2016 17:17:57

ANALYTICKÁ TECHNIKA

NOVÁ DIMENZE V ICP MS – SHIMADZU ICP MS 2030 SHIMADZU Corp., jeden z největších dodavatelů laboratorních přístrojů na světě, uvedl v letošním roce na celosvětový trh nový model ICP MS – model ICP MS 2030.

Obr. – čelní pohled na přístroj SHIMADZU ICP MS 2030

Historie ICP MS je v sortimentu Shimadzu již od roku 1990 (model PIMS 3000), druhá generace ICPM 8500 byla uvedena v roce 1996. Tyto modely byly původně jen pro japonský trh, díky specifickým předpisům pro ně byl evropský trh uzavřen. Toto se změnilo až modelem ICP MS 2030.

Proč nová dimenze? Jedná se přístroj, kde je spojena excelentní citlivost, dynamický rozsah pro kvantitativní měření, stabilita, rychlost měření a bezkonkurenční ekonomické parametry – ECO mode. ICP MS 2030 je díky patentově chráněným technologiím v mnoha ohledech zcela unikátní. Má Peltierem chlazenou koaxiální cyklonovou komoru s možností volby teploty podle typu

vzorku, mini-torch, který je dlouhodobě odzkoušen na optickém ICP – ICPE9800 a který umožňuje snížit spotřebu Ar až o 2/3 oproti konvenčním přístrojům. Interface lze okamžitě a bez použití nástrojů demontovat a čistit. Speciálně vyvinutý vysokofrekvenční generátor umožňuje použití Ar o nižší čistotě (99,95 %) při plné garanci všech parametrů ICP MS 2030.

Shimadzu_ICPMS_Tschechien:Layout 1 31.05.16 10:42 Seite 1

Kolizní cela na principu oktapólu, kde pomocí He vysoce efektivně dochází k odstranění molekulárních iontů, pracuje s vynikající citlivostí. Off-axis uspořádání, respektive umístění čoček, umožňuje efektivní eliminaci molekulárních iontů a kolizního plynu a tedy minimální kontaminaci kvadrupólu. Toto je hlavně důležité, nejenom v kombinaci s laserovou ablací. Následuje duální trubicový elektronový násobič, kde je současně analogová část a čítač pulzů. Díky této technologii je možné pracovat s nejširším dynamickým rozsahem pro všechny prvky. Součástí unikátního přístroje je třístupňový vakuový systém, který umožňuje vynikající citlivost, ekonomičnost provozu a bezkonkurenčně rychlou údržbu. Rychlost měření podtrhuje i PC software LabSolutionICPMS, další z rodiny univerzální platformy SHIMADZU LabSolution softwarů. Jedná se o intuitivní software, jeho součástí je ojedinělá asistenční podpora. Při vývoji nové metodiky lze snadno v kvalitativním resp. semi-kvantitativním módu rychle analyzovat neznámý vzorek. Po zadání prvků, které chcete měřit, software z databáze ověří všechny molekulární a izotopické interakce a eventuálně doporučí vnitřní standardy, to vše i s ohledem na měření zamýšlených koncentrací. Díky tomuto asistentovi lze přípravu nové metody u neznámého vzorku zvládnout během cca pěti minut. ICP MS 2030 je tedy ideální pomocník pro všechny laboratoře z oblasti životního prostředí, farmacie, analýzy potravin, polovodičů apod. a současně i výzkumné a vývojové laboratoře. Software LabSolution ICPMS je i ve verzi DB (samostatný databázový systém) tak i CS (plná síťová verze).

Zrychlení zaručeného výkonu • Inovace – poprvé ve své třídě vývoj metod a diagnostické funkce

V případě zájmu nás kontaktujte nebo můžete sledovat na stránkách Critical Mass Tour https://www.shimadzu.eu/critical-mass-tour, kde bude ICP MS 2030 prezentován. Pro ČR a Slovensko se bude jednat o XXI. Slovensko českou spektroskopickou konferenci 16.–20.10.2016 v Liptovském Jánu.

• Přesnost – nově vyvinutá kolizní cela dosahuje vysokou citlivost a minimální interference

www.shimadzu.cz

18

Shimadzu-ICP MS 2030.indd 18

Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer

ICPMS-2030

Vstupte do CRITICAL MASS TOUR Zkontroluj termíny ještě dnes!

/critical-mass-tour

• Hospodárnost – vlastní technologie dosahuje nízkých provozních nákladů, nejlepší ve své třídě

Theodor PETŘÍK PhD., SHIMADZU Handels GmbH organizační složka, [email protected]

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:18:57

KONTROLA POVRCHŮ

RYCHLÁ A PŘESNÁ KONTROLA POVRCHŮ S DIGITÁLNÍM MIKROSKOPEM LEICA DVM6 Vizuální kontrola povrchových kazů a vad automobilových dílů je neodmyslitelnou součástí kontroly kvality výrobků (QC/QA) a analýzy poruch (FA). Některé z těchto dílů jsou vyrobeny z materiálů, které lze obtížně analyzovat optickými přístroji. Například pneumatiky dávají s typickými osvětlovacími technikami nízký kontrast, což komplikuje detekci vad.

Rychlé a snadné nastavení

Digitální mikroskop Leica DVM6 je ideálním nástrojem pro rychlou a jednoduchou kontrolu, měření a tvorbu reportů.

Obr. 2 – Povrch běhounu (vlevo) a průřezu vzorku automobilové pneumatiky (vpravo)

Po připojení napájecího kabelu, USB kabelu k počítači a objektivu můžeme začít pracovat s Leica DVM6 pomocí softwaru Leica Application Suite X (LAS X). Leica DVM6 má maximální pracovní vzdálenost 60 mm a stolek s rozsahem pojezdu 70 x 50 mm. Stolek dokáže zpracovat vzorky o hmotnosti až 2 kg.

Obr. 3 – Sledování povrchů z rozdílných úhlů pohledu

Obr. 1 – Digitální mikroskop Leica DVM6

Vzorky z různých perspektiv Přesnější informace o vzorku můžete získat při použití různých úhlů prohlížení. Hlava mikroskopu Leica DVM6 se naklání do úhlů +60 ° až –60 ° vzhledem k její neutrální svislé poloze. Stolek se otáčí kontinuálně mezi +180 ° a –180 °, a to v celém rozsahu. Některé příklady vzorků studovaných v různých úhlech náklonu jsou uvedeny na obr. 3.

Osvětlení

Zlepšení efektivity práce Rychlejší metody pro kontrolu a řízení jakosti (QC) automobilových dílů, které zároveň poskytují spolehlivé výsledky, jsou častým požadavkem uživatelů. Digitální mikroskop Leica DVM6 nabízí z níže uvedených důvodů rychlejší, efektivní a spolehlivou kontrolu:

Integrované LED prstencové světlo a koaxiální osvětlení umožňují několik typů kontrastních metod. S těmito typy osvětlení lze snadno pozorovat jemné detaily na vzorku, které jsou při běžném osvětlení špatně vidět (obr. 4).

Závěr

jako jsou pneumatiky a jiné. Nabízí uživatelům výhody, jako je kódování, rychlá změna zvětšení, 10 MP kamera, intuitivní software a mnohé další. Leica DVM6 s naklápěcí hlavou a integrovaným prstencovým a koaxiálním osvětlením je velmi účinné zřízení při zkoumání složitých vzorků, jako je černá pryž automobilových pneumatik a bílé plastové díly.

Digitální mikroskop Leica DVM6 je ideálním nástrojem pro inspekci, kontrolu kvality (QC) a analýzu poruch (FA) automobilových dílů,

Viktor ŠKORÍK, Pragolab s.r.o., [email protected]

Obr. 4 – Fotografie povrchů za použití různých typů osvětlení

• Reprodukovatelná mikroskopie díky automatickému sledování a ukládání nejdůležitějších hardwarových parametrů (kódování, např. pozice stolku, typ objektivu, použitý zoom, typ osvětlení a nastavení kamery), s možností rychlého stažení zobrazovacích podmínek. • Rychlý způsob jak změnit zvětšení s malým nebo žádným přerušením pracovního postupu výměnou objektivů a pomocí kontinuálního zoomu s velkým rozsahem 16:1. • Rychlé a snadné sklápění a rotace pro pozorování vzorku z různých úhlů pohledu. • Integrované LED prstencové světlo a koaxiální osvětlení. • Digitální kamera s rychlým živým obrazem a vynikajícím rozlišením 10 MP. • Software umožňující intuitivní a multifukční analýzu vzorku. CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Pragolab_Škorík_Leica.indd 19

19

24. 7. 2016 17:19:40

PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE

ANALÝZA PEVNÝCH VZORKŮ PLYNOVOU CHROMATOGRAFIÍ A DALŠÍ MOŽNOSTI MULTIFUNKČNÍHO INJEKTORU Jednou z možností provedení analýz pevných vzorků plynovou chromatografií v manuálním i automatickém režimu je jejich umístění přímo do vložky injektoru „lineru“. Plynové chromatografy firmy Shimadzu Corporation nabízejí u nejnovějších chromatografů s hmotnostními i klasickými detektory, GC-2010Plus, GCMS QP-2020 a TQ-8040, automatické vkládání pevných i kapalných vzorků do multifunkčního injektoru OPTIC-4 (obr. 1). Obr. 1 – Multifunkční nástřiková jednotka OPTIC-4 pro sestavy GC a GCMS Shimadzu Corporation s rozsahem tlaku nosného plynu do 970 kPa a teploty 600 °C

proteinů, sedimentů, nátěrových hmot i barev používaných ve výtvarném umění a mnoha dalších substancí, jež mohou být zpracovávány technikami pyrolýzní plynové chromatografie a THM. Publikována je řada aplikací v různých oborech včetně archeologie, výzkumu uměleckých předmětů, ale i prozaičtějších oblastech, papírenském průmyslu a jinde. Automaticky otevíraný multifunkční injector (obr. 2) umožňuje manuální i robotickou výměnu linerů. Příslušenství LINEX lze využít k automatizaci analýz při metodách DMI, TD i pyrolýzách. Obr. 2 – Automaticky otevíraný multifunkční injector umožňuje manuální i robotickou výměnu vložek – opce LINEX užívaná při metodách DMI, TD a pyrolýzách

se o vonné a chuťové přísady (flavour and fragrances) nebo závadný zápach (off flavour) je metodika přímé termické desorpce DTD (Direct in-injector Thermal Desorbtion) volbou číslo jedna. Pevný vzorek je umístěn přímo do lineru, následně manuálně nebo pomocí příslušenství LINEX a robotického autosampleru AOC-5000 či 6000 automaticky vložen do injektoru, kde je podroben termické desorpci a získán záznam analýzy těkavých složek. Nabízeny jsou doplňující specializované knihovny hmotnostních spekter v kombinaci s lineárními retenčními indexy (LRI) pro spolehlivou identifikaci analytů. V nabídce sestav Shimadzu jsou i specializované GCMS a GCMSMS systémy s metodikou řešící zmíněnou problematiku vůní i zápachů komplexně, kombinací chromatografie s hmotnostní detekcí a senzorického posouzení pomocí on-line zapojeného olfaktometru. Široká škála aplikačních možností multifunkčního injektoru OPTIC-4 je podpořena nabídkou specializovaných linerů (obr. 3) a samozřejmě též příslušnými aplikačními listy a metodickou podporou uživatelů. Obr. 3 – Široká škála aplikačních možností multifunkčního injektoru OPTIC-4 je podpořena nabídkou specializovaných linerů

Konfigurace moderních plynových chromatografů a ultrarychlých vysoce citlivých hmotnostních detektorů firmy Shimadzu s multifunkčním injektorem OPTIC-4 vyvinutým firmou GL Sciences B.V. zaručuje obsažení kompletní škály režimů zavedení vzorku. Umožňuje práci s pevnými a kapalnými vzorky, nástřik velkých objemů (LVI – Large volume injection), předkolonovou derivatizaci v nástřikovém bloku, termální desorpci (TD), termální extrakci (TE), pyrolýzu i nástřik vzorků s problematickou matricí (DMI-Difficult matrix introduction). Pevný vzorek umístěný do lineru multifunkčního injektoru s přesně řízeným programovaným nárůstem teploty lze reprodukovatelně analyzovat z hlediska obsahu fyzikálně vázaných těkavých složek – Evolved Gas Analysis (EGA) a dle potřeby podrobit za vyšších teplot pyrolýze, případně reaktivní pyrolýze.

S výhodou lze OPTIC-4 vybavený opcí LINEX použít při analýzách pevných vzorků potravin, pracích prášků, obalových materiálů, a to například v případech zaměřených na senzoricky působící těkavé složky. Jedná-li

Možnosti plynových chromatografů vybavených multifunkčním injektorem OPTIC-4 jsou velmi široké a vhodných aplikací je bezpočet. Pro ilustraci jedné z nich uveďme

Obr. 4 – Chromatogram termálního rozkladu polyethylenu je příkladem použití injektoru OPTIC-4 pro pyrolýzu. Program teploty startoval na 40 °C a pokračoval rychlostí 60 °C/s do 600 °C

Aktuálně velmi populární on-line pyrolýza spojená s hydrolýzou a methylací, označovaná jako THM (thermaly assisted hydrolysis and methylation), nachází využití například při stanovení mastných kyselin u malých vzorků, jako je tomu při taxonomii a ekologických studiích půdních organismů. Jmenovaný postup se uplatňuje též u řady dalších druhů vzorků, přírodních a syntetických pryskyřic, lipidů, vosků, dřeva,

20

Shimadzu-GC injektor.indd 20

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:20:46

PLYNOVÁ CHROMATOGRAFIE

závěrem pyrolýzu pro spolehlivé a elegantní řešení analytických úkolů v oblasti polymerů (obr. 4). A na úplný závěr tohoto příspěvku si dovoluji dát několik „tipů“ těm z vás, kdo rádi objevují nové oblasti využití „starých“ technik – stačí se podívat na internetu například na níže uvedená hesla a okamžitě si ověříte, jak široké jsou

aktuálně možnosti GC a GCMS vybavených „tím správným injekčním systémem“. Jako například: Identification of Mycobacterium tuberculosis in sputum (using FAMEs); Characterization of paint from artwork; Automated fatty acid profiling of raw algae´s; Metabolic Profiling; Characterization of biofuels; Characterization of lignins (paper industry); Characterization of modified celluloses; Ana-

lysis of FAMEs in human serum; Reactive Pyrolysis – Thermally assisted Hydrolysis and Methylation (THM) a mnohé další. Samozřejmě uvítáme jakékoli relevantní dotazy i spolupráci. Ing. Jan MAREK, SHIMADZU Handels GmbH organizační složka, [email protected]

SPEKTROMETRIE

NOVÉ ANALYTICKÉ MOŽNOSTI XPS/ESCA SPEKTROMETRŮ THERMO SCIENTIFIC Thermo Fisher Scientific Inc., světový lídr ve vývoji a produkci vědeckých a analytických přístrojů, představil nejnovější inovace rodiny rentgenových fotoelektronových spektrometrů (XPS/ESCA) K-Alpha+, Escalab Xi+ a Theta Probe. Obě multitechnické platformy nově nabízejí uživatelům zcela unikátní možnosti rozšíření, a to integrovaný rentgenový mikroanalytický EDS analyzátor a integrovaný Ramanův spektrometr.

Obr. 1 – XPS spektrometry K-Alpha+, Escalab Xi+ a Theta Probe

Světově nejpopulárnější kompaktní XPS spektrometr K-Alpha+™, multitechnické XPS spektrometry ESCALAB™ Xi+ a unikátní Theta Probe™ s funkcí „Parallel Angle Resolved XSP“ získávají nové rozšiřující možnosti. Novým společným volitelným rozšiřujícím příslušenstvím všech modelů XPS/ESCA spektrometrů K-Alpha+, Escalab Xi+ a Theta Probe – mimo možnosti hloubkového profilování s argonovým klastrovým zdrojem MAGCIS™ (Monatomic And Gas Cluster Ion Source) se nově stává plně automatizovaný UV zdroj záření pro ultrafialovou fotoelektronovou spektroskopii (UPS). S možností doplnění vakuovým přenosovým modulem pro citlivé vzorky se dále posiluje pozice XPS spektrometru K-Alpha+ jako nepsaného světového standardu nejen v akademickém prostředí, ale i jako unikátního R&D nástroje kvalifikované výroby a technického vývoje. XPS spektrometr ESCALAB™ Xi+, modulární, optimalizovaná multitechnická platforma, nově navíc nabízí uživatelům mikroanalytické možnosti. Kromě standardní XPS mikroanalýzy buď rentgenovým mikrospotem o průměru od 20 µm nebo módu Parallel Imaging, s garantovaným laterálním rozlišením pod 3 µm, je nyní možné systém integrovat s rentgenovým EDS mikroanalyzátorem UltraDry, se systémem Thermo Scientific™ NORAN™. Unikátní vysoká analytická kapacita s podporou sofistikovaného software nyní spojuje dva světy. XPS spektrometr ESCALAB™ Xi+ nyní umožňuje CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Shimadzu-GC injektor.indd 21

získání povrchových informací pomocí X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Auger Electron Spectroscopy (AES), Ion Scattering Spectroscopy (ISS), Reflection Electron Energy Loss Spectroscopy (REELS) a nyní navíc také „objemové“ informace, pomocí metody EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) v jednom měřiícím systému, na jednom vzorku. Navíc, AES a EDS spektra mohou být nyní získána z bodové analýzy současně. Obr. 2 – XPS spektrometr Thermo Scientific ESCALAB™ Xi+ s EDS detektorem Ultra Dry a systémem NORAN™ (NSS7)

Unikátní příslušenství získává i XPS spektrometr Theta Probe™. Je jím – kromě stávajících technik XPS, REELS & ISS a Parallel ARXPS již ve standardní konfiguraci, i možnost doplnění spektrometru o kompaktní Ramanův spektrometr. Kombinace obou instrumentálních technik do jedné integrované platformy nabízí realizace unikátních experimentů především v oblasti základního výzkumu materiálů a aplikací grafenu a jeho chemických variant. Pro další informace o XPS spektrometrech a o další vědecké instrumentaci od Thermo Scientific kontaktujte odborné prodejce oficiálního distributora pro Českou a Slovenskou republiku, Pragolab, s.r.o., www.pragolab.cz a www.xps-simplified.com. Pavel JANDERKA, Pragolab s.r.o., [email protected]

21

24. 7. 2016 17:20:47

GRANULOMETRIE

LASEROVÁ GRANULOMETRIE CILAS PRO MALÉ OBJEMY VZORKŮ Firma CILAS nabízí zajímavé příslušenství ke svým laserovým granulometrům – integrální maloobjemovou jednotku jako ideální řešení pro laserové měření velikosti částic do velikosti 600 µm při malém množství vzorku. Jednotka se vkládá do základního přístroje a pracuje v mokrém způsobu stanovení, kdy jsou částice dispergovány v kapalině.

účinnost ultrazvukového dispergátoru částic základního stroje o výkonu 20–50 W a mechanického míchadla stroje. Otáčky míchadla lze nastavit v rozsahu 150–550 ot/min.

Obr. 1 – Granulometr CILAS, model 1190, měřicí rozsah 0,04–2 500 µm

Obsluha má možnost řídit rychlost průtoku vzorku nastavením otáček peristaltického čerpadla (30–360 ot/min) a rychlost míchadla, stejně jako nastavení automatického plnění a vyprazdňování mikroobjemové jednotky. Plnění okruhu je usnadněno možností spuštění i zpětného chodu čerpadla.

Mikroobjemová jednotka je připravena k použití bez dalších kalibrací. Díky materiálům, ze kterých je vyrobena, lze jako kapalné médium použít i agresivní rozpouštědla.

Instalace je velmi jednoduchá a za méně než 10 minut je maloobjemová jednotka připojena do granulometru. Řízení obstarává software Size Expert i v české verzi.

Tato mikroobjemová jednotka nové generace pracuje s objemy kapaliny 45–90 ml (včetně měřicí cely a hadiček) a může být připojena ke všem typům laserových granulometrů CILAS. Tím umožňuje využít vysokou

Obr. 2 – Maloobjemová jednotka CILAS, pohled na dispergátor

Toto příslušenství je vhodné především k rutinní kontrole kvality, ale i pro aplikace v R&D. Dovoluje měřit vzorky v malých množstvích pro aplikace např. ve farmaceutickém a chemickém průmyslu, v potravinářství nebo všude tam, kde je vzorků málo, resp. jsou velmi drahé.

Instalovaná mikroobjemová jednotka může být během minuty od přístroje odpojena a ponechána připravená k dalšímu použití. Firma CILAS (www.cilas.com) má ke svému tradičnímu sortimentu připraveny také další novinky, jako například AUTOSAMPLER pro zakládání vzorků nebo přístroj NANO DS pro stanovení částic v rozsahu 0,3–10 µm. Marie Hutníková, LABIMEX CZ s.r.o., www.labimexcz.cz, [email protected]

LASEROVÉ GRANULOMETRY na měření velikosti částic

ISO 9001 ISO 13320

Analýza velikosti pevných i kapalných částic pomocí rozptylu a lomu laserového paprsku, založená na Fraunhoferově aproximaci a teorii MIE, dle modelu až 3 simultánně pracující laserové detekční systémy. • Cilas 990 (rozsah 0,3–500 µm) • Cilas 1090 (rozsah 0,04–500 µm) • Cilas 1190 (rozsah 0,04–2 500 µm) – Modely pro suchý nebo kapalný způsob měření, kombinované modely „2 v 1“

simultánní obrazová analýza částic

– Mikrosystém pro kapalný způsob pro malá množství vzorku

22

Labimex_CILAS_čl-inz_2016.indd 22

Kapalný způsob dispergace: – cirkulace kapalného vzorku pomocí peristaltické pumpy – mechanické míchadlo – ultrazvuková dispergace s časovačem – 400 ml zásobník na kapalný vzorek Suchý způsob dispergace: – unikátní disperzní systém Dry Jet Dispersion™ bez destrukce částic, měření dle ISO 3320 – kontrola tlaku vzduchu – disperze prášků a agregovaných vzorků Venturiho systémem – stavitelné mechanické vibrace dávkovače dle grafického diagramu

Prodej, servis, poradenství: LABIMEX CZ s.r.o. Na Zámecké 11, 140 00 Praha 4, T: +420 241 740 120 [email protected], [email protected] www.labimexcz.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:21:43

SORPČNÍ ANALÝZA

DYNASORB BT™ – DYNAMICKÝ SORPČNÍ ANALYZÁTOR PRŮRAZU, KINETIKY A SELEKTIVITY SORPCE SMĚSÍ PLYNŮ na vstupu do adsorbéru, u nichž lze zvolit z velkého rozsahu průtoků, dále jej lze doplnit hmotnostním průtokoměrem na výstupu pro přesné zaznamenávání adsorbovaného a desorbovaného plynu a umožňuje též automatický protiproudý chod pro PSA aplikace.

Technické adsorbenty, jako jsou aktivní uhlí, zeolity a silikagely, jsou široce využívané v adsorpčních separačních procesech v mnohatunovém měřítku. Zpracování odpadních plynů, odstraňování oxidu uhličitého v bioplynových stanicích, čištění a frakcionace zemního plynu, separace vzduchu, respirační ochrana a oddělování izomerů jsou jen některé příklady procesů, kde je adsorpční separace nejúčinnější a nejekonomičtější technikou. Celkové pochopení složitých dějů probíhajících v reaktorech s pevným ložem je klíčem k dosažení nejvyšší účinnosti.

Kontrolu provozu zařízení zajišťují čtyři teplotní senzory v adsorpční koloně, čidlo tlakové ztráty v koloně a zabudovaný teplotně-vodivostní detektor. Přístroj umožňuje měřit vstupní složení na obtoku a má automatické řízení tlaků. Volitelně lze analyzovat plyny skrze rozhraní pro hmotnostní spektrometrii (s vestavěným softwarovým ovládáním).

DynaSorb BT™ disponuje jedinečnou schopností studovat tyto složité dynamické sorpční děje, a to v unikátně bezpečném a jednoduše použitelném stolním provedení. Technické adsorbenty jsou studovány v autentických podmínkách v širokém rozsahu teplot a tlaků s upravitelným průtokem plynů a s přesným složením.

Řízení a sběr naměřených dat je řešeno pomocí připojení k PC. S přístrojem je dodáván software DynaWin pro jeho ovládání a DynaSim pro komplexní simulace a zpracování dat. DynaSorb BT™ je jedinečným řešením, které díky své modularitě, inteligentním prvkům automatizace a důrazu na bezpečnost pomáhá najít nejvhodnější adsorbent a podmínky separace s nižšími náklady. Obr. – DynaSim – integrace následných adsorpčních/desopčních cyklů

Pro vyšší bezpečnost je displej a snímač tlaku v koloně napájený z baterie, přičemž bezpečnostní senzor uvnitř přístroje zároveň hlídá úniky uhlovodíků. Osvětlení přístroje se automaticky přepíná z bílé na červenou při překročení teploty 80 °C. Alternativní velikosti adsorbérů a volitelné připojení vakuové vývěvy zvyšuje efektivitu přípravy vzorků i pro napodobení vakuové PSA. K přístroji lze rovněž připojit výparník kapalin pro analýzy za přítomnosti par.

Výhody přístroje DynaSorb BT™ DynaSorb BT™ má automatické mísení směsí pomocí až čtyř hmotnostních průtokoměrů

Michal DUDÁK, ANAMET s.r.o., [email protected]

Dynamický sorpční analyzátor průrazu, kinetiky a selektivity sorpce směsí plynů Adsorbér 1 Počet hmotnostních 2 (volitelně 3–4)* průtokoměrů Max. tlak 10 bar Příprava vzorku In-situ Teplotní rozsah pokojová teplota až 400 °C při přípravě vzorku Teplotní rozsah –20 až 90 °C při měření Rozměry 80 x 95 x 60 cm (v š h) Hmotnost cca 200 kg ASTM D6646 - 03(2014) Standardy ASTM D5160-95(2014) ASTM D7339-12 * Dostupné rozsahy průtoků: 0,1; 0,2; 0,5; 1; 2; 5; 10; 20 L/min

Více informací o analyzátoru DynaSorb BT™ firmy Quantachrome poskytne její místní zástupce ANAMET s.r.o., www.anamet.cz, www.quantachrome.com

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Anamet_Quantachrome_DynaSorbBT.indd 23

23

24. 7. 2016 17:22:31

LABORATORNÍ TECHNIKA

NOVÝ EXTERNÍ PROUDOVÝ A NAPĚŤOVÝ BOOSTER OD BIO-LOGIC SAS Firma Bio-logic SAS (Claix, Francie) rozšiřuje nabídku a konfigurace externích výkonových potenciostatů a multipotenciostatů pro vysoké proudové zátěže s možností paralelizace až do 120 A, s možností EIS s rozsahem frekvencí 500 kHz až 10 μHz, se zachováním všech ostatních funkcionalit programu EC-Lab, včetně simulace a fitování – Z-Fit.

Obr. 1 – Booster HCV-3048, Biologic SAS

Francouzská firma Bio-logic SAS systematicky vyvíjí a produkuje rozsáhlý program vědecké, výzkumné a testovací elektrochemické instrumentace, např. potenciostatů/galvano-statů, jedno- i vícekanálových, boosterů, elektrochemických skenovacích systémů, testovacích stanic baterií, akumulátorů a palivových článků. Téměř 30 let existence Bio-logic SAS umožňuje přinášet na trh pravidelně inovace i zcela nová analytická zařízení a technická řešení. Aktuálním tématem výzkumu je oblast studia „skladování“ energie a její konverze. Vývoj nových baterií, akumulátorů, superkapacitorů a palivových článků a materiálů pro ně, vyžaduje také novou měřicí a testovací techniku. Novým příspěvkem, rozšiřujícím možnosti konfigurace a funkcionality špičkových potenciostatů Bio-logic série založené na technologii VMP-300, tj. SP-200/240, SP-300, VSP-300, je nový proudový a napěťový booster HCV-3048 (viz obr. 1).

Booster umožnuje proudové zatížení až ±30 A při 48 V, s možností sdružení – paralelizace až čtyř jednotek s možností maximálního proudu až ±120 A. HCV-3048 je „plug and play“ modul uvedených potenciostatů, zachovává a využívá přednosti hlavního řídicího programu EC-Lab®, který využívají všechna elektrochemická zařízení Bio-logic SAS. Booster zachovává možnost použití Elektrochemické impedanční analýzy (EIS) v rozsahu 500 kHz až 10 μHz, se všemi funkcionalitami, které jsou integrované v EC-Lab, včetně pokročilého zpracování dat a analýzy, jako jsou „modelování ekvivalentních obvodů a fitování“ rutinou Z Fit pomocí několika minimalizačních procedur. Booster zachovává i možnost měření s „plovoucím“ vstupem, je tak použitelný i pro měření na uzemněných zařízeních, elektrolyzérech, pokovovacích a lešticích provozech. Konturový diagram EIS charakterizující vlastnosti boosteru je na obr. 2.

Obr. 2 – EIS konturový diagram zařízení s jednou nebo čtyřmi jednotkami HCV3048 (délka kabelu 2,5 m)

Software EC-Lab je nepsaným standardem v oblasti elektrochemického SW (je volně ke stažení na stránkách výrobce, Bio-logic SAS). Pro další informace o nabídce firmy Bio-logic SAS kontaktujte odborné prodejce oficiálního distributora pro Českou a Slovenskou republiku, Pragolab, s.r.o. (www.pragolab.cz). Pavel JANDERKA, Pragolab s.r.o., Brno, [email protected]

Digital microscope

Leica DVM6 Rychlost, spolehlivost, jednoduchost

16:1 zoom 2350x zvětšení 0,4 um rozlišení možnosti motorizace

pozorování z více úhlů pohledu Planapochromatická optika 10 Mpx kamera až 30 fps intuitivní software dokumentace

www.pragolab.cz | [email protected] | Tel. +420 284 813 020

24

Pragolab_Janderka_Booster.indd 24

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:23:14

LABORATORNÍ VÁHY

MULTIKANÁLOVÉ KŘEMENNÉ KRYSTALOVÉ MIKROVÁHY – QCM/EQCM Firma Bio-logic SAS (Claix, Francie) rozšiřuje portfolio přístrojů o multikanálové křemenné krystalové mikrováhy (QCM), pro studium povrchů a povrchových procesů jako adsorpce/ desorpce, vylučování/rozpouštění povrchových filmů, například také k charakterizaci molekulových interakcí, proteinových konformačních změn apod. Francouzská firma Bio-logic SAS systematicky vyvíjí a produkuje rozsáhlý program vědecké, výzkumné a testovací elektrochemické instrumentace, např. potenciostatů/ galvanostatů, jedno- i vícekanálových, boosterů, elektrochemických skenovacích systémů, testovacích stanic baterií, akumulátorů a palivových článků. Má rovněž i rozsáhlou divizi vývoje a výroby zařízení pro rychlé kinetické metody, jako jsou Stopped-Flow, Quench-Flow, mT-Jump, Freeze-Quench, EPR Stopped-Flow, typicky se spektroskopickou, CD a vodivostní detekcí. Téměř 30 let existence Biologic SAS umožňuje přinášet na trh pravidelně inovace i zcela nová analytická zařízení a technická řešení. Novým příspěvkem je společný produkt spolupráce s firmou Advanced Wave Sensors, kterým jsou křemenné krystalové mikrováhy AWS A20 (obr. 1). Obr. 1 – Multikanálové křemenné krystalové mikrováhy (QCM/eQCM) AWS A20

Obr. 2 – Multikanálové krystalové mikro-váhy A20 s jednotkou řízení toku F20 a multipotenciostatem VSP-300

Na základě platnosti lineární relace mezi změnou hmotnosti nebo struktury vrstev na povrchu krystalu a změnou frekvence, dle Sauerbreyho rovnice, mikrováhy citlivě reagují na změnu frekvence krystalu v důsledku změn na povrchu krystalu, jako adsorpce/desorpce, vylučování/rozpouštění povrchových filmů, nebo v důsledku chemických, biochemických, biologických či elektrochemických procesů. Mikrováhy lze také použít k charakterizaci molekulových interakcí, proteinových konformačních změn apod. Křemenné mikrováhy A20 mohou být konfigurovány pro sledování procesů ve statickém nebo průtokovém módu, mohou být doplněny jednotkou pro řízení toků roztoků-reagentů v rozsahu dávkování 3–25 μl, s možností kontroly teploty (Peltiere). Pro studium elektrochemicky iniciovaných či elektrochemicky závislých procesů mohou být mikrováhy integrované s potenciostaty Bio-logic (s platformou

VMP-300) a sledované přímo v prostředí SW EC-Lab (viz obr. 2). Mikrováhy mohou být osazeny jedním až čtyřmi nezávislými měřícími moduly s rozsahem frekvence 5–160 MHz, s rozlišením 1 mHz. Multikanálové, precizní, křemenné mikrováhy A20 s jednotkou řízení toku F20, představují špičkové, multifunkční, konfigurovatelné zařízení, umožňující realizovat statické i průtokové experimenty ke sledování povrchových změn a povrchových procesů i elektrochemicky závislých. Dodávaný software umožňuje sběr dat, jejich analýzu a vyhodnocení. Pro další informace o instrumentaci od Biologic SAS kontaktujte odborné prodejce oficiálního distributora pro Českou a Slovenskou republiku, Pragolab, s.r.o. (www.pragolab.cz). Pavel JANDERKA, Pragolab s.r.o., Brno, [email protected]

TECHNICKÉ NOVINKY

HORIZONTÁLNÍ ČERPADLO MINIFLUX PRO VYČERPÁVÁNÍ IBC KONTEJNERŮ

IBC kontejnerů, tak i pokud leží IBC kontejner zcela na podlaze.

Výhody a vlastnosti horizontálního čerpadla MINIFLUX:

Obr. – Horizontální čerpadlo MINIFLUX

• vyčerpávání IBC kontejnerů,

Společnost VERDER, zastupující firmu FLUX GmbH na českém a slovenském trhu, představuje horizontální čerpadlo MINIFLUX. Toto čerpadlo je vhodnou alternativou za situace, kdy například z důvodu nedostatku místa nemůžete k vyčerpávání IBC kontejneru použít standardní vertikální sudové čerpadlo. MINIFLUX je možné používat jak při stohování

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Pragolab_Janderka_Mikrováhy.indd 25

• zbytkové množství pod 1 % (v závislosti na profilaci dna), • výkon max. 240 l/min, • výtlak max. 13 m v. sl., • pohon přes bezuhlíkový, nebo pneumatický motor,

komutátorový

• snadné napojení na spodní výpust IBC kontejneru přes převlečnou matici, • ATEX aplikace v Zóně 1. »»www.verderliquids.com

25

24. 7. 2016 17:23:51

LABORATORNÍ NÁBYTEK

KVALITATIVNÍ ASPEKTY MATERIÁLŮ UŽITÝCH PŘI VÝROBĚ LABORATORNÍHO NÁBYTKU Vhodný výběr kvalitních materiálů a komponent má zcela zásadní vliv na životnost a užitnou hodnotu laboratorního nábytku a digestoří. V rámci vědeckých, školských, zdravotnických a průmyslových provozů je nábytek významně více zatěžován, než nábytek běžný, například kancelářský nebo bytový. V době, kdy se původní význam slova „kvalita“ vytrácí, má smysl se více než kdykoli dříve nad touto problematikou zamýšlet a jako správný hospodář zvážit, zda jsme skutečně tak bohatí, abychom mohli vyhazovat peníze za laciné výrobky s krátkou životností a s velmi omezeným uživatelským komfortem. Přes současný extrémní tlak na výslednou cenu výrobku má zákazník, resp. investor, stále právo na kvalitu a může a měl by ji i požadovat. Požadovat materiálovou kvalitu je ale třeba umět, a proto je vhodné při řešení vybavení laboratorních prostor zvolit vhodného konzultanta se zkušenostmi a hlubokou znalostí problematiky. Laboratorní nábytek s kovovými elektronicky řízenými digestořemi a médiovými stěnami je v západní Evropě často označován „technologický prvek“ a již z toho plyne, že je diametrální rozdíl mezi nábytkem běžným a laboratorním. Konečná cena laboratorního nábytku (a digestoří) odvisí od ověřených a definovaných výrobních procesů a od správného výběru materiálu, dále definovaným produktovým portfoliem s garantovanou kvalitou a profesionálně zpracovanou výrobní dokumentací. Jako samozřejmost již bereme výhradně dílenskou předmontáž ve výrobě,

která garantuje zachovávání přesných úhlů mezi jednotlivými díly, pevnosti spojů a podobně. Následně je nezbytná odborná montáž garantující celkovou provozní funkčnost a bezpečnost. Souhrn těchto skutečností má opět dopad na pevnost, přesnost a životnost laboratorního nábytku a digestoří a každý investor by si měl být těchto faktů vědom. Základním materiálovým komponentem je dřevotřísková deska oboustranně laminovaná, která již sama o sobě je poměrně složitým výrobkem s širokou škálou variant a výsledných vlastností. Na současném trhu jsou k dispozici jak klasické laminové desky, tak desky s oděruvzdornou vrstvou až po tzv. kompaktní desky vč. desek se zvýšenou rezistencí. Rezistentní desky jsou vyvinuty speciálně po užití v laboratorním prostředí a mají zvýšenou chemickou odolnost, případně mohou být desky opatřeny speciální antibakteriální vrstvou. Tak jako na jiné výroby, tak se i na dřevotřískové desky vztahují požadavky norem ČSN EN. Požadavek na přesný typ desky a její kvalitu nebývá bohužel při výběru nábytku často definován a již tímto aspektem je eliminována schopnost investora posoudit rozdíl v nabízeném produktu, neboť se jedná ve výsledku o produkty velmi rozdílné. Proto je z pohledu investora důležité již při zadání poptávky požadovat od budoucího dodavatele doložení kvalitativních certifikátů k použitým materiálům a požadovat například i předložení informací o jejich výrobcích. Obr. 2 – Laminované dřevotřískové desky

Obr. 1 – Závěsná médiová stěny a laboratorní stoly MERCI®

Dalším a neméně důležitým aspektem kvality je problematika řádného ohranění dřevotřískových desek. Současným kvalitativním a technologickým standardem na evropském trhu je řešení tzv. ABS, nebo PP hran. Zásadní význam pro kvalitu ohranění desek má strojové vybavení výrobce. Pro laboratorní nábytek je zcela nemyslitelné ruční lepení hran a kvalita spoje mezi deskou a hranou vytvořeného na odpovídajícím strojním zařízení, nemá s ručním „žehličkovým“ lepením hrany nic společného. Jako současný světový nejvyšší standard lepení hrany je aktuálně technologie bezesparého strojového lepení PP hrany, kterou na českém a slovenském trhu disponuje například společnost MERCI, s.r.o. Touto technologií je samotná hrana tepelně strojově

26

Merci.indd 26

zpracována a „vtavena“ do řezu desky. Tento spoj je stoprocentně vodě a vlhku rezistentní a má neporovnatelně vyšší životnost a odolnost než běžně lepené PP a ABS hrany. V případě skutečně exponovaných laboratorních provozů s vysokou vlhkostní zátěží pracovních stolů je tento typ ohranění vhodným řešením a zároveň i ekonomickým, vzhledem k tomu, že není vždy třeba volit výrazně dražší typ materiálů, případně pracovních desek. Obr. 3 – Laboratorní skříňka firmy MERCI® opatřená zásuvkami s plnovýsuvným kováním

Žádný laboratorní nábytek se neobejde bez kvalitního kování. V případě nábytkového kování jde především o funkčnost a životnost. Ta je dána jednak kvalitou materiálu kování, tj. zdali se jedná o kvalitní ocel nebo o jakousi levnou slitinu, a dále pak kvalitou dílenského zpracování u každého výrobce kování. Opět zde platí, že nákup kvalitního kování renomovaného výrobce se dlouhodobě vyplatí a zpříjemní a i zefektivní práci v laboratoři. Kvalitní kování je pro instalaci uzpůsobeno tzv. „eurovruty“, které využívají větší kontaktní plochy s materiálem a jsou zárukou kvality uchycení kování do desky a jejího nevylamování. V případě zásuvek je vhodné si rozmyslet a uvědomit, zda se se uživatel spokojí s běžnou zásuvkou nebo si požaduje kování s „plnovýsuvem“, aby využil celou plochu zásuvky, zda bude mít výsuv měkký komfortní doraz při zavírání, nebo zda bude zásuvka „samouzavírací“. Tyto vlastnosti a možnosti investoři většinou zcela opomíjejí a při výběru laboratorního nábytku se koncentrují více na barvu a celkový vzhled než na maximální užitnou hodnotu za co nejlepší cenu. Výše zmíněné aspekty jsou pouze zlomkem problematiky vybavení laboratorních prostor nábytkem a digestořemi. Všechny zmíněné skutečnosti mají vliv nejen na cenu, ale zejména na bezpečnost, životnost, odolnost a samozřejmě i uživatelský komfort, na který se pak váže efektivita práce v laboratoři. Stále platí to, že většina z nás nezařizuje laboratoř každý den a že je moudré se vždy poradit s odborníkem v problematice zběhlým a umět si jako investor a správný hospodář za své peníze říci o definovanou kvalitu výrobku. www.merci.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 10:56:07

LASEROVÉ GRANULOMETRY na měření velikosti částic

NANO DS Přístroj s duálním rozptylem světla pro měření velikosti částic (rozsah velikosti částic: 0,3 nm – 10 µm) – Unikátní duální technologie DLS & SLS (dynamický a statický rozptyl světla) v jednom optickém systému – první přístroj tohoto typu na trhu – Tato technologie zajistí nejlepší přesnost, opakovatelnost a rozlišení v rozsahu od 0,3 nm do 10 µm – Opakovatelnost <1% – Měření velikosti částic i pro vzorky s více frakcemi – Uživatelsky příjemný software Nano Expert, kompatibilní s posledními verzemi Windows. – Snadná údržba, nevyžaduje kalibraci, nízká spotřeba energie – šetří čas a peníze – Přenosný kompaktní přístroj – váha 14 kg, rozměry 341 x 533 x 218 mm – NANO DS odpovídá normám ISO 13321 & 13322

Prodej, servis, poradenství: LABIMEX CZ s.r.o. Na Zámecké 11, 140 00 Praha 4 tel: +420 241 740 120 [email protected], [email protected] fax: +420 241 740 138, www.labimexcz.cz

SavantAA Z Enduro AAS S ULTRARÝCHLOU ZEEMANOVOU KOREKCIOU POZADIA

 nastaviteľná sila magnetického poľa od 0,6

do 1,1 Tesla, s krokom 0,1 Tesla

 pozdĺžne aplikované magnetické pole  priečny ohrev kyvety  oneskorenie medzi meraním celkovej absor-

bancie a pozadia iba 1 ms

 bez polarizátora v optickom systéme, viac

svetla dosiahne detektor

 pevná kyvetová hlava a uchytenie kyvety, nie Viac ako 30 rokov je firma GBC v čele vedeckého a technologického vývoja a výroby vysokokvalitných analytických prístrojov (ICP-MS-TOF, ICP-OES, AAS, UV-VIS, XRD).

je potrebné nastavovanie kyvety do optickej osi

ntertec.sk, www.laboratornepristroje.sk INTERTEC®s.r.o., CSA 6, 974 01 Banská Bystrica, Tel.: +421 905 441 876, e-mail: [email protected],

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Labimex-Nano Ds_Intertec.indd 27

27

24. 7. 2016 17:25:57

CHEMICKÝ INŽENÝRING

RYCHLOST SKLUZU SYPKÉ LÁTKY V ROTAČNÍ PECI BERNARD P.1, DITL P.2, FOŘT I.2 1 Precheza a.s., Přerov, [email protected] 2 České vysoké učení v Praze, Fakulta strojní, [email protected], [email protected] V tomto článku je uveden výpočet rychlosti skluzu sypké látky ve vrstvě v rotační peci během otáčení pece. Výpočet vychází z tětivy (šířky) vrstvy a ze statického a dynamického sypného úhlu. Platí pro režim slumping (sesouvání) a pro počátek režimu rolling (valení). Pokud známe rychlost skluzu sypké látky v rotační přímo topené peci a délku tětivy vrstvy, můžeme určit dobu, po kterou je povrch vrstvy během přesypávání vystaven záření plamene.

Obr. 1 – Znázornění skluzu kontrolního objemu sypké látky

1 Odvození rychlosti skluzu 1.1 Rychlost skluzu uvedená v publikaci [1] Výpočet rychlostního profilu skluzu sypké látky v aktivní vrstvě v rotační peci je uveden v publikaci [1]. Jedná se o výpočet rychlosti skluzu v závislosti na hloubce aktivní vrstvy v režimu slumping (sesouvání) a rolling (valení). Během režimu sesouvání sypká látka v peci klouže přerušovaně. Během režimu valení klouže trvale. Pro režim sesouvání je výpočet následující: = ρg sinξ – ρg cosξ tanϕ = ρg cosξ (tanξ – tan ϕ), (1) kde ρ je sypná hmotnost, x je délková souřadnice, u je rychlost skluzu v aktivní vrstvě, uδ je rychlost sypké látky v pasivní vrstvě, y je délková souřadnice, g je tíhové zrychlení, ξ je dynamický sypný úhel (ve smyslu měření podle [2] se jedná o statický sypný úhel), ϕ je statický sypný úhel (ve smyslu měření podle [2] se jedná o dynamický sypný úhel). Pokud je dynamický sypný úhel větší než statický sypný úhel, dojde ke skluzu sypké látky. Opačně dojde k zastavení skluzu. Měření statického sypného úhlu podle [2] spočívá v měření úhlu svahu sypké látky v pomalu se otáčející rouře v okamžiku přechodu ze stavu v klidu do stavu v pohybu – těsně před tím, než se sypká látka sesune. Měření dynamického úhlu podle [2] spočívá v měření úhlu svahu sypké látky v pomalu se otáčející rouře v okamžiku přechodu ze stavu v pohybu do stavu v klidu – těsně po tom, co se sypká látka sesune. Pro režim valení je v publikaci [1] odvozen složitější iterační postup výpočtu rychlostního profilu v aktivní vrstvě sypké látky. Tento postup mimo jiné zahrnuje také výpočet zdánlivé viskozity sypké látky. Režim sesouvání je v publikaci [1] charakterizován Froudeho kritériem Fr v rozmezí 1,0.10–5 až 0,3.10–3. Režim valení je v [1] charakterizován Froudeho kritériem Fr v rozmezí 0,5.10–3 až 0,2.10–1. Froudeho kritérium: (2) Fr = ω2.R/g, kde ω je úhlová rychlost, R je poloměr trubky a g je tíhové zrychlení. 1.2 Zjednodušený výpočet rychlosti skluzu sypké látky Pro rychlost skluzu pouze horní části vrstvy v režim sesouvání v rotační peci je možno odvodit jednodušší výpočet z bilance kinetické energie a mechanické práce. V tomto výpočtu jsou dynamický sypný úhel a statický sypný úhel chápány ve smyslu podle [2]. Tedy opačně, než v publikaci [1].

Střední rychlost granule pak je

(3)

kinetická energie je

(4)

(5) a mechanická práce je F.Lc, kde m je hmotnost kontrolního objemu částic v kg, vs je střední rychlost částice v m/s, F je síla v N a Lc je délka tětivy vrstvy sypké látky v rotující rouře (délka skluzu) v m. (6) Síla F = Gsinφ – T = mgsinφ – T , kde G je tíha v N, φ je dynamický sypný úhel ve ° (na rozdíl od [1]), T je třecí síla. Třecí síla: T = G cosφ . ƒ = mgcosφ . ƒ = mgcosφ . tgξ , kde ƒ je koeficient tření: ƒ = tgξ a ξ je statický sypný úhel ve ° (na rozdíl od [1]).

(7) (8)

Koeficient tření by měl být přesněji počítán z úhlu vnitřního tření sypké látky. Pro zjednodušení je pro výpočet využit dynamický sypný úhel podobně jako v publikaci [1]. Střední rychlost skluzu granule vychází kombinací vztahů (4), (5), (6), (7) a (8) následovně: .

(9)

Ze střední rychlosti skluzu a délky tětivy lze vypočítat dobu skluzu. Pokud doba pootočení trubky pece mezi jednotlivými skluzy vrstvy v rouře bude stejná jako doba skluzu, bude se sypká hmota v rouře nacházet v přechodu mezi režimy sesouvání a valení. Pokud bude doba pootočení delší, bude se sypká hmota nacházet v režimu sesouvání a pokud bude kratší, bude se nacházet v režimu valení.

2 Ověření výpočtu Uvedený výpočet rychlosti skluzu několika materiálů byl ověřován v následujících trubkách: 1) Provozní rotační pec, délka tětivy vrstvy materiálu 1,76 m. Froudeho kritérium 9,1.10–5. Režim sesouvání. Sypká látka: granulovaný síran, dynamický sypný úhel 33,5°, statický úhel 36,4°.

V následujícím zjednodušeném výpočtu je zanedbána tloušťka aktivní vrstvy sypké látky, v které probíhá skluz částic.

V tomto případě se skluz sypké látky zastavoval nejprve v polovině tětivy vrstvy. Po té sypká látka klouzala až na konec tětivy. Do výpočtu byla proto zadávána polovina délky tětivy (0,88 m).

Zjednodušený výpočet střední rychlosti vychází z představy, že granule, jakmile začne klouzat po vrstvě sypké hmoty, zvyšuje postupně svoji rychlost. V polovině svahu má maximální rychlost. Poté začíná její rychlost klesat, až se granule na dolním konci svahu zastaví.

Sypká látka: jako granulovaný síran, dynamický syp. úhel 33,5, statický 36,4.

28

Bernard_Skluz.indd 28

2) Provozní rotační pec, délka tětivy vrstvy materiálu 1,15 m. Froudeho kritérium 1,5.10–3. Počátek režimu valení.

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:26:35

CHEMICKÝ INŽENÝRING

3) Skleněná válcová nádoba, délka tětivy 0,057 m. Měřena byla doba jednotlivých skluzů během pootočení nádoby. Sypká látka: krystalový cukr, dynamický sypný úhel 37,9°, statický úhel 45°. 4) Plastová válcová nádoba, délka tětivy 0,049 m. Měřena byla doba jednotlivých skluzů během pootočení nádoby. Sypká látka: jemně granulovaný síran, dynamický sypný úhel 33,9°, statický úhel 36,9°. Porovnání měřených a vypočítaných rychlostí skluzu je uvedeno na následujícím obrázku. Obr. 2 – Porovnání měřených a vypočtených rychlostí skluzu

DVS DVS ADVENTURE ADVENTURE

Sorpce Sorpce vodních vodních par par

3 Závěr Uvedený zjednodušený výpočet rychlosti skluzu sypké látky v rotační peci lze využít pro přibližné stanovení doby, po kterou je materiál na povrchu vrstvy během přesypávání vystaven záření plamene v přímo topené rotační peci. Výhodou tohoto výpočtu je jeho jednoduchost. Výpočet platí pro režim vrstvy sypké látky sesouvání a zřejmě také pro začátek režimu valení.

Isotermy v rozsahu 5-85°C | Sorpční kinetika vody |

Co se týká vlastností sypkých látek, lze výpočet použít pouze v případě dobře tekoucích sypkých látek, u nichž se neprojevují kohezní síly. To znamená, že lze poměrně přesně stanovit statický a dynamický sypný úhel dle publikace [2].

Permeabilita a difúze | Předehřívání/sušení vzorků in-situ do 300°C | Volitelné: Raman a barevná

Literatura

in-situ do 300°C | zoomem Volitelné: Raman barevná kamera s optickým | Nováa generace

[1] BOATENG A. A., Rotary Kilns, Transport Phenomena and Transport Processes. Oxford: Elsevier Inc., 2008, 347 p. ISBN: 978-07506-7877-3. [2] PERŠIN V. F., ODNOĽKO, V. G., PERŠINA S.V., Pererabotka sypučich materialov v mašinach barabannogo tipa, Mašinostroenie, Moskva, 2009, ISBN 978-5-94275-483-9, [vid. 1. červenec 2012]. Dostupné z: http://www.tstu.ru/education/elib/pdf/2009/pershin-a. pdf

Isotermy v rozsahu 5-85°C | Sorpční kinetika vzorků vody | Permeabilita a difúze | Předehřívání/sušení

kamera softwaru s optickým zoomem

|

Nová generace

softwaru

Abstract

THE SLIDE SPEED OF THE PARTICULAR MATERIAL IN THE ROTARY KILN Summary: This article presents the simple calculation of the slide speed of the particular material in the rotary kiln. The calculation applies for these modes of transverse bed behaviour: slumping and beginning rolling. The calculation is applicable only in case the well-flowing particular materials. Key words: rotary kiln, slide speed, particular material www.pragolab.cz [email protected] www.pragolab.cz [email protected]

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Bernard_Skluz.indd 29

29

24. 7. 2016 17:26:36

EKONOMIKA

STAV CHEMICKÉHO PRŮMYSLU ČR V ROCE 2015 SOUČEK I.1,2, ŠPAČEK M.3, DRÁŽDIL M.1 1 Svaz chemického průmyslu ČR, [email protected], [email protected] 2 Vysoká škola chemicko-technologická (VŠCHT), Praha, [email protected] 3 Vysoká škola ekonomická (VŠE), Praha, [email protected] Článek se zabývá vývojem chemického průmyslu v roce 2015, tak jak se vyvíjel v kontextu vývoje evropské a české ekonomiky. Analyzuje klíčové ukazatele výkonnosti a produktivity a předkládá jejich srovnání jak pro jednotlivá odvětví Nace, tak i pro zpracovatelský průmysl, který tvoří srovnávací základnu. Posuzuje vliv základních makroekonomických ukazatelů na výkonnost chemického průmyslu a zejména na tvorbu přidané hodnoty. Článek vymezuje základní rozdíly ve výkonnosti chemického průmyslu v letech 2014 a 2015.

1 Úvod Z pohledu makroekonomických faktorů představoval významný akcelerační faktor zejména růst HDP České republiky (ČR), který činil 4,3 % (Kurzy.cz, 2016). Tento růst úzce koreloval zejména s růstem ekonomiky a HDP Spolkové republiky Německo (1,7 %), která zůstala největším odbytištěm produktů chemické výroby (Kurzy.cz, 2016). Mírně retardační efekt na český chemický průmysl měly přetrvávající obchodní sankce vůči Rusku, i když jejich význam byl více než kompenzován ekonomickým oživením v západní Evropě. I když HDP ČR na obyvatele dosahuje stále ještě 85 % průměrné úrovně EU 28, řadí se česká ekonomika k nejdynamičtěji rostoucím ekonomikám v EU, a rychlost jejího růstu v rámci zemí V4 je bezprecedentní. Vzhledem k exportní síle českého chemického průmyslu se do konečných výsledků pozitivně promítly měnové intervence České národní banky (ČNB, 2016). Na výkonnosti průmyslu zpracování ropy a petrochemického průmyslu se výrazně podílely i nízké světové ceny ropy, které ve sledovaném období klesaly od 70 USD za barel až téměř k 30 USD za barel (Kurzy.cz, 2016). Z pohledu lokálních faktorů, jak se uvádí v Ročence Svazu chemického průmyslu ČR „výsledky chemického průmyslu v ČR v roce 2015 byly významně ovlivněny srpnovou havárií etylénové jednotky. Tato havárie významně ovlivnila výkonnost nejen samotné rafinérie v Litvínově, ale i návazné provozy např. ve Spolaně Neratovice. Havárie etylénové jednotky se negativně promítla do tržeb ve dvou agregacích – CZ NACE 19.2 – rafinérské zpracování ropy (pokles meziročně o 35,5 %) a CZ NACE 20.0, chemický průmysl (pokles tržeb o 6,2 %). Solidní tempo růstu tržeb naopak vykázal farmaceutický průmysl – CZ NACE 21.0 (nárůst o 7 %) a situace se vyvíjela příznivě rovněž v gumárenském a plastikářském průmyslu (CZ NACE 22.0), díky vysoké poptávce v navazujících odvětvích, především v automobilovém průmyslu. V tomto odvětví tržby meziročně stouply o 5,7 %. Celkově lze výsledky v chemickém průmyslu ČR za rok 2015 stručně shrnout takto: • solidní meziroční nárůst většiny průmyslových a finančních ukazatelů v porovnání s rokem 2014, s výjimkou tržeb v rafinérském zpracování ropy a v chemickém průmyslu – CZ NACE 20.0. Nárůst počtu pracovníků ve velké chemii o 4,1 %, převážně zásluhou značného přírůstku pracovníků v odvětví CZ NACE 22.0 (+ 3 980 lidí), • vývoz z odvětví chemie klesl proti roku 2014 o 0,8 %, zatímco dovoz se zvýšil o 4,5 %. Díky tomuto vývoji vzrostlo již tak vysoké záporné saldo chemie meziročně o 28,5 mld. Kč na rekordních minus 151,7 mld. Kč. Podíl vývozu však na celkových tržbách odvětví velké chemie (vývozní výkonnost) v roce 2015 dosáhl 77,6 % (v roce 2014 – 72,6 %), přičemž nejvyšší byl v odvětví CZ NACE 21 (179,3 %), naopak nejnižší v CZ NACE 19.2 (39,1 %); • v roce 2015 se příznivě vyvíjel finanční ukazatel účetní přidaná hodnota, jehož úroveň ve velké chemii meziročně stoupla o 8 %. Nejvyšší nárůst byl dosažen v odvětví CZ NACE 19.2 (+ 8,2 %) a v odvětví chemického průmyslu CZ NACE 20 (+11,7 %).“

2 Použité metody Článek je koncipován na základě podkladů zpracovaných pro SCHP ČR (SCHP, 2016) s použitím Ročenky chemického průmyslu ČR

30

ChP2015.indd 30

2015, dat a informací z databází Eurostat (Eurostat, 2016), Českého statistického úřadu (ČSÚ, 2016) a Cefic (Cefic, 2016). Kromě analýzy literárních zdrojů využívá článek odvětvovou komparaci mezi jednotlivými sektory chemického a zpracovatelského průmyslu. Rovněž byly využity strukturované i nestrukturované rozhovory s manažery českého chemického průmyslu.

3 Charakteristika chemického průmyslu v České republice a jeho postavení ve světě Základní ukazatele chemického průmyslu v ČR dosažené v roce 2015 uváděné v Ročence chemického průmyslu ČR 2015* jsou uvedeny za všechny čtyři agregace v tabulce 1. * Ročenka chemického průmyslu 2015 vychází ze souhrnných údajů Českého statistického úřadu, podkladů Ministerstva průmyslu a obchodu, celních statistik, zahraničních statistických údajů zpracovávaných Cefic a z vlastních odborných odhadů a zjištění. Ve statistice chemického a zpracovatelského průmyslu jsou uváděny výsledky za všechny podnikatelské subjekty, stejně jako v případě přidané hodnoty a hmotných investic. Údaje o zahraničním obchodu zahrnují veškeré vývozy a dovozy produktů v CZ-CPA (Standardní klasifikace produkce). Tab. 1 – Základní ukazatele chemického průmyslu v ČR v r. 2015. Zdroj: Výroční zpráva SCHP za 2015 Index 2015/2014 [%] Ukazatel

Jedn.

2014

2015

Chemický průmysl

Zpracov. průmysl celkem

Tržby v běžných cenách

mld. Kč

603,9

561,0

92,9

104,2

Počet zaměstnanců

tis. osob

115,7

120,4

104,1

103,2

Vývoz

mld. Kč

438,4

435,2

114,6

107,3

Dovoz

mld. Kč

561,6

587,0

99,2

110,4

Přidaná hodnota

mld. Kč

128,9

139,2

108,0

105,1

Významnou pozici českého chemického průmyslu ve zpracovatelském průmyslu ČR, vyjádřenou jako jeho podíl v % na základních ekonomických ukazatelích v r. 2014 a 2015, vyjadřuje obrázek 1, kdy se váha chemického průmyslu pohybuje v rozmezí 11–14,2 % dle jednotlivých ukazatelů. Za zmínku stojí, že v roce 2015 došlo u ukazatele tržeb k výraznému poklesu podílu odvětví na zpracovatelském průmyslu – z 15,9 % v roce 2014 na 14,2 % v roce 2015. Totéž platí i o ukazateli podílu na vývozu, který meziročně klesl proti předchozímu roku o 0,9 procentního bodu, zatímco podíl počtu zaměstnanců se naopak mírně zvýšil – o jednu desetinu procentního bodu. Jejich počet v chemickém průmyslu v roce 2015 vzrostl o 4,1 % tj. 4 707 lidí na 120 423. O 0,4 procentního bodu pak vzrostl podíl velké chemie na účetní přidané hodnotě zpracovatelského průmyslu, a to na 14,1 %. CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:51:20

EKONOMIKA

Obr. 1 – Podíly chemického průmyslu na základních ukazatelích zpracovatelského průmyslu ČR v r. 2014 a 2015. Zdroj: Výroční zpráva SCHP za 2015 (Pozn.: B.C. = běžné ceny)

3.1 Postavení a srovnání chemického průmyslu v ČR s chemickým průmyslem v Evropě (dle Nace 20) Především je nezbytné zmínit, že rok 2015 lze, s ohledem na vývoj ceny ropy a trvající nárůst poptávky vývoj chemického průmyslu ve světě (což pochopitelně platí i pro Evropu a ČR), zařadit mezi roky mimořádně úspěšné. Potvrdil se trend zaznamenaný v roce 2014 jako zlomového roku, kdy z předchozího krizového (recesního) vývoje došlo k výraznému oživení odvětví! Pozici chemického průmyslu ČR (1,2 % z celkových tržeb) vůči EU ve srovnatelném pojetí (CZ Nace 20.0 – v rámci podílu ostatní) uvádí obrázek č. 2. Největším producentem chemikálií v EU-27 zůstává nadále SRN (tržby 147,1 mld. EUR, podíl na tržbách EU-27 byl 26,7 %), následovaná Francií, Nizozemskem a Itálií. Podíl těchto čtyř zemí na tržbách EU v roce 2014 činil 59,5 % (327,7 mld. EUR). V roce 2014 podle odhadu Cefic dosáhly tržby chemického průmyslu ve světě (bez farmacie) 3 232 mld. EUR, což představuje nárůst proti roku 2013 (3 151 mld. EUR) o 2,6 %. Evropský chemický průmysl, tj. EU-28 a zbytek Evropy, nadále patří s celkovými tržbami 649 mld. EUR k lídrům, když na světových tržbách se v hodnotovém vyjádření podílí 20 %. Protože však světová konkurence je stále silnější, region Evropy ztratil svou dřívější vedoucí pozici ve prospěch Číny (tržby v roce 2014 byly 1111 mld. EUR). Celkové tržby chemického průmyslu v Asii, včetně Číny a Japonska, byly v roce 2014 – 1 859 mld. EUR, tedy téměř třikrát vyšší než v Evropě. Evropa, Asie a NAFTA představovaly v roce 2014 dohromady 94 % z celosvětového obratu chemického průmyslu. Podíl EU-28 na světovém obratu chemie klesl v roce 2014 oproti roku 2004 o 13,9 %, hlavně díky dynamickému růstu chemického průmyslu v Číně a Indii. Objem tržeb EU sice ve sledovaném období stoupal, s výjimkou krizového roku 2009, avšak tržby v ostatním světě, zejména v Asii, rostly daleko rychlejším tempem.  

Obr. 2 – Tržby EU v r. 2014: 558 mld. EUR (bez farmacie). Zdroj: www.cefic 2016

vzrostl o téměř 56 % (na 273 mld. EUR). Intra-trh EU-27, který dnes čítá přes 500 milionů konzumentů, je klíčovým faktorem v mezinárodní konkurenci a díky přistoupení třinácti nových členských zemí se významně rozšířil. Zatímco intra-EU tržby rostou, důležitost domácích prodejů v EU klesá a v roce 2014 dosáhly 26 % z celkového prodeje EU. Čtvrtina z celkových tržeb EU putovala mimo trh EU a třemi klíčovými odbytišti byly nečlenské evropské státy, země seskupení NAFTA a země Asie. Chemický průmysl EU-27 (bez farmacie) zaměstnával v roce 2014 zhruba 1,17 mil. lidí. Přitom přímá zaměstnanost v tomto odvětví klesala v letech 1997 až 2014 ročně v průměru o 1,7 % a počet zaměstnanců byl v roce 2014 zhruba o 25 % nižší oproti roku 1997. Kromě toho chemický průmysl generoval nepřímou zaměstnanost podél hodnotového řetězce, která byla třikrát vyšší než zaměstnanost přímá. Cca 96 % firem mělo méně než 250 zaměstnanců, takže většinou zde převládly malé a střední podniky. Zatímco mzdové náklady na zaměstnance v chemickém průmyslu EU-28 rostly v letech 2002–2014 v průměru ročně o 3,1 %, zaměstnanost ve stejném období klesala o 1,6 %. Mezi léty 2002–2014 mzdové náklady vzrostly o 17,8 %, zatímco celková zaměstnanost se snížila o 18 % (obrat však nastal v roce 2015, kdy podobně jako v ČR došlo k mírnému nárůstu zaměstnanosti v odvětví).

4 Vývoj produkčních a ekonomických ukazatelů chemického průmyslu ČR Vývoj v chemickém průmyslu v ČR byl v r. 2015 ovlivňován řadou vnějších a vnitřních faktorů. Z těch vnějších lze uvést v prvé řadě příznivější hospodářskou situaci v EU-28 vyvolanou zlepšením konjunktury v některých zemích unie a zvýšením poptávky po chemikáliích. Z vnitřních faktorů to pak byla především havárie etylénové jednotky v srpnu 2015, která měla negativní dopad na tržby a vývoz v rafinérském průmyslu (CZ Nace 19.2) a v samotném chemickém průmyslu (CZ Nace 20), což se nepodařilo kompenzovat příznivými výsledky ve zbývajících dvou odvětvích – CZ Nace 21 a CZ Nace 22. Domácí spotřeba, vyjádřená v běžných cenách, poklesla ze 727,1 mld. Kč v roce 2014 na 712,7 mld. Kč tj. o dvě procenta, resp. 14,4 mld. Kč. Jako hlavní důvod tohoto poklesu lze uvést nízké využití kapacit rafinérií a již zmíněná havárie na etylénové jednotce, na kterou navazují výroby komoditních plastů a základních chemikálií v ČR. 4.1 Výroba, spotřeba a zahraniční obchod Nejvyšší dynamiky růstu tržeb (v B. C.) dosáhly v roce 2015 agregace chemického průmyslu CZ Nace 21 (+7,2 %) a gumárenského a plastikářského průmyslu – CZ Nace 22 (+5,7 %), zatímco agregace CZ Nace 19.2 vzhledem k problémům evropských rafinérií a nedostatečnému využití výrobních kapacit loni skončila výrazně v červených číslech (–35,5 %). Poměrně výrazný propad byl v roce 2015 zaznamenán také u agregace CZ Nace 20.0 (–6,2 %), díky havárii ve výrobně etylénu. Jestliže v chemickém průmyslu jako celku meziročně klesly tržby proti roku 2014 o více než 7 %., ve zpracovatelském průmyslu ČR naopak vzrostly o 4,2 %. Obrat zahraničního obchodu s produkty chemického průmyslu v důsledku globální konjunktury meziročně vzrostl v roce 2015 o 22,3 mld. Kč na 1 022,2 mld., tj. o 2,2 %. Základní ukazatele vývozu, dovozu a obchodní bilanci uvádí tabulka č. 2. Detailnější členění na podílů jednotlivých skupin výrobků na dovozech a vývozech ukazuje tabulka 3. Pro vývoz je v roce 2015 charakteristický značný pohyb podílů jednotlivých agregací. Přitom nejvýrazněji u vývozu o 2,9 p.b. stoupl podíl výrobků z pryže a plastů, nepatrně pak podíl ve farmacii (+0,4 p.b.), zatímco podíly dalších dvou agregací meziročně klesly, nejvýrazněji v případě výrobků chemického průmyslu CZ Nace 20 (–2,5 p.b.), zatímco podíl CZ Nace 19.2 se snížil o 0,8 p.b.

Dodávky členským státům v rámci EU se v posledních sedmnácti letech více než zdvojnásobily. Evropský vnitřní trh měl přitom velmi pozitivní vliv na rozvoj odvětví a je klíčovým faktorem konkurenceschopnosti. V roce 2014 proti roku 2004 prodej chemikálií uvnitř EU CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

ChP2015.indd 31

V dovozu byla v roce 2015 situace odlišná od vývozu, přičemž vzrostl podíl výrobků chemického průmyslu CZ Nace 20 o 0,7 p.b., podíl farmaceutických výrobků CZ CPA 21 (+0,3 p.b.), podíl výrobků gumárenského a plastikářského průmyslu o 0,9 p.b., pouze podíl rafinérských produktů s ohledem na problémy v tomto odvětví se snížil mezi ročně o 1,9 p.b. Pokračování na další straně

31

25. 7. 2016 8:51:22

EKONOMIKA

Tab. 2 – Vývoz, dovoz, bilance v roce 2014 a 2015. Zdroj: Výroční zpráva SCHP za 2015 Vývoz

Základní ukazatele vývozu, dovozu a bilance zahraničního obchodu v agregaci/oboru

Objem [mil. Kč]

Dovoz Index [%]

Saldo

Objem [mil. Kč]

Index [%]

Vývoz-dovoz [mil. Kč]

2014

2015

2015/2014

2014

2015

2015/2014

2014

2015

Rafinérské zpracování ropy

37 656

33 895

90

61 165

52 574

86,0

–23 509

–18 679

Výrobky chemického průmyslu

172 479

160 316

92,9

249 548

264 762

106,1

–77 069

–104 446

Výrobky farmaceutického průmyslu

57 355

58 753

102,4

96 851

102 837

106,2

–39 496

–44 084

Gumárenské a plastikářské výrobky

170 867

182 276

106,7

154 010

166 781

108,3

+16 857

+15 495

Výrobky chemického průmyslu celkem

438 357

435 240

99,3

561 574

586 954

108,3

–123 217

–151 714

Zahr. obchod ZP celkem [mld. Kč]

3 445

3 697

107,3

2 887

3 187

110,4

+558

+510

Tab. 3 – Vývoj podílů skupin výrobků na celkovém chemickém vývozu a dovozu výrobků chemického průmyslu od r. 2000 do r. 2015. Zdroj: MPO ČR

Skupina

Podíl na celkovém vývozu výrobků chemického průmyslu [%]

Podíl na celkovém dovozu výrobků chemického průmyslu [%]

2000

2014

2015

2000

2014

2015

Produkty zpracování ropy

7,8

8,6

7,8

13,7

10,9

9,0

Produkty chemického průmyslu

46,9

39,3

36,8

44,2

44,4

45,1

Produkty farmaceutického průmyslu

7,1

13,1

13,5

13,1

17,2

17,5

Výrobky z pryže a plastů

38,2

39,0

41,9

29,0

27,5

28,4

Tab. 4 – Vývoz, dovoz a saldo zahraničního obchodu v EU-28 a v ostatních zemích. Zdroj: MPO ČR Chemické výrobky celkem Teritorium

Výrobky agregace Zpracování ropy

2015 [mld. Kč]

Index 2015/2014 [%]

2015 [mld. Kč]

Index 2015/2014 [%]

365,1

98,1

31,9

89,4

Dovoz

481,1

103,3

50,6

Saldo

–116,0

–12,3

–25,1

435,4

99,3

34,0

90,2

Dovoz

587,0

104,5

52,6

Saldo

–151,6

–28,5

–18,6

Chemie a farmacie

Gumy a plasty

2015 [mld. Kč]

Index 2015/2014 [%]

2015 [mld. Kč]

Index 2015/2014 [%]

181,9

95,0

151,3

106,1

85,8

294,4

105,5

136,1

106,6

+12,2

–112,5

–24,9

+15,2

+0,4

219,1

95,7

182,3

106,7

85,9

367,6

106,1

166,8

108,3

+4,9

–148,5

–32,0

+15,5

–1,4

Země EU28 Vývoz

Svět Vývoz

Tab. 5 – Zaměstnanost, produktivita práce, průměrné mzdy v chemickém průmyslu v roce 2015. Zdroj: Výroční zpráva SCHP za 2015 Počet pracovníků Agregace/obor

Produktivita práce Z tržeb b. r.

Z přidané hodnoty

Průměrná měsíční mzda

Osob

Index 2015/2014 [%]

[tis. Kč/ měsíc]

Index 2015/2014 [%]

[tis. Kč/ měsíc]

Index 2015/2014 [%]

[Kč]

Index 2015/2014 [%]

Rafinérské zpracování ropy

1 191

98,1

6 068

58,0

171

100,0

39 530

104,0

Chemický a farmaceutický průmysl

37 272

102,3

467

78,1

146

105,0

29 750

101,6

Gumárenský a plastikářský průmysl

81 960

105,1

324

102,5

101

104,1

25 261

103,6

Chemický průmysl celkem

120 423

104,1

388

75,5

116

104,5

25 740

102,5

Zpracovatelský průmysl celkem

1 097 096

103,2

386

98,7

90

105,9

26 460

103,3

32

ChP2015.indd 32

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:51:22

EKONOMIKA

Tab. 6 – Hmotné investice v chemickém průmyslu v ČR /(porovnání let 2014 a 2015). Zdroj: ČSU 2016 Hmotné investice celkem [mil. Kč]

Agregace

Hmotné investice celkem z tržeb [%]

2014

2015

2014

2015

Zpracování ropy

547

1305

0,4

1,5

Chemie a farmacie

8 887

12 741

4,0

6,1

Gumárenský a plastikářský průmysl

14 229

14 011

5,7

5,3

Chemický průmysl celkem

23 863

28 057

4,0

5,0

Tab. 7 – Přehled vybraných hospodářských ukazatelů chemického průmyslu v ČR za rok 2015 Zpracování ropy Ukazatel

Jednotky

Chemický a farmaceutický průmysl

Gumárenský a plastikářský průmysl

Chemický průmysl celkem

Zprac. průmysl v ČR celkem

2015

Index 15/14 [%]

2015

Index 15/14 [%]

2015

Index 15/14 [%]

2015

Index 15/14 [%]

2015

Index 15/14 [%]

Tržby z průmyslové činnosti

mil. Kč b.c.

86 728

64,5

208 935

95,7

265 299

105,7

560 962

92,9

3 958 398

104,2

Vývoz (CZ - CPA)

mil. Kč b.c.

33 895

86,0

219 069

95,3

182 276

106,7

435 240

99,2

3 696 560

107,3

Dovoz (CZ - CPA)

mil. Kč b.c.

52 574

86,0

367 599

106,1

166 781

108,3

586 954

104,5

3 187 292

110,4

Počet pracovníků (průměr)

osob b.c.

1 191

91,8

37 272

102,3

81 960

105,1

120 423

104,1

1 097 096

103,2

Měsíční mzda (průměr)

Kč b.c.

39 530

104,0

29 750

101,6

25 261

103,6

25 740

102,5

26 460

103,3

Tržby na 1 pracovníka za měsíc

tis. Kč b.c.

6 068

58,0

467

78,1

324

102,5

388

75,5

386

98,7

Přidaná hodnota na 1 prac. za měsíc (b.c.)

tis. Kč b.c.

171

100,0

146

105,0

101,0

104,1

116

104,5

90

105,9

Hmotné investice

mil. Kč b.c.

1 305

238,6

12 741

143,4

14 011

98,5

28 057

117,6

192 177

102,5

Přidaná hodnota

mil. Kč b.c.

2 440

108,2

54 292

109,1

82 454

107,3

139 186

108,0

987 289

105,1

x) Vývoz i dovoz zahrnuje veškerý export a import v CZ CPA za celou ČR (nejedná se tedy o přímý vývoz a dovoz)

Dominantním teritoriem pro vývoz i dovoz produktů chemického průmyslu do ČR zůstaly i v r. 2015 země EU-28. Podíl EU-28 (včetně Chorvatska) na celkovém obratu zahraničního obchodu s chemikáliemi byl v roce 2014 vysoký, což je bezprostřední důsledek rozšíření EU o 13 nových zemí v letech 2004–2013. Pro srovnání jsou v tabulce č. 4 uvedeny údaje za skupiny zemí EU-28 a data svět celkem. 4.2 Zaměstnanost, produktivita a mzdy Zaměstnanost v chemickém průmyslu v roce 2015 vzrostla proti r. 2014 o více než 4 % (+4407 osob), zatímco ve zpracovatelském průmyslu to bylo o 3,2 % (+33 896 osob). V jednotlivých agregacích a oborech byl v těchto ukazatelích vývoj rozdílný, což potvrzuje tabulka č. 5. Nárůst počtu pracovníků v roce 2015 zaznamenala všechna odvětví v rámci „velké chemie“, s výjimkou rafinérského zpracování ropy (pokles o 106 lidí), přičemž nejvíce lidí meziročně přibylo v gumárenském a plastikářském průmyslu (+3 980), a v odvětví CZ Nace 20 (+640). Ukazatel produktivity práce z tržeb se meziročně zhoršil díky slabším tržbám ve dvou agregacích, kromě CZ Nace 22, zejména pak v oboru CZ Nace 19.2 a v chemickém + farmaceutickém průmyslu. Ukazatel produktivity práce z přidané hodnoty se loni vyvíjel také nepříznivě a pouze v odvětví CZ Nace 22 stagnoval na loňské úrovni, zatímco v dalších dvou agregacích zaznamenal propad. Růst mezd v roce 2015 se díky příznivému hospodářskému vývoji v tuzemsku pohyboval většinou kolem 2 až 4 %, zatímco ve zpracovatelském průmyslu dosáhl hodnoty 3,3 %. 4.3 Investice Hmotné investice v chemickém průmyslu v r. 2015 zaznamenaly, přes některá úsporná a racionalizační opatření, výrazný meziroční růst o téměř devatenáct na 28,1 mld. Kč. Nízký objem investic nadále trval v oboru rafinérské zpracování ropy (1,305 mld. Kč), naopak CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

ChP2015.indd 33

výrazně zvýšenou investiční aktivitu vykázalo odvětví CZ Nace 20 včetně CZ Nace 21 (nárůst o 43,4 %). Objem investic v odvětví CZ Nace 22 naopak meziročně nepatrně klesl (–1,5 %). V chemickém průmyslu jako celku byla dynamika růstu investic vysoká (+17,5 %). Objemy hmotných investic v jednotlivých agregacích jsou uvedeny v tabulce č. 6.

5 Závěr Souhrnně lze říci, že vývoj chemického průmyslu ČR odpovídá vývoji chemického průmyslu v Evropě. Obecně lze konstatovat, že stále sehrává jednu z nejvýznamnějších rolí v českém průmyslu a zachovává své tradiční postavení, i když stále zaostává s investiční intenzitou (byť v roce 2015 byl zaznamenán pozitivní obrat). Pro rok 2016 byly oznámeny větší investice ve společnosti Unipetrol RPA a tak snad dojde k obratu k lepšímu. Český chemický průmysl stále zůstává významným zaměstnavatelem a přispěvovatelem do státního rozpočtu (prostřednictvím daní z příjmu, DPH, spotřební daně a zaměstnaneckých daní), přičemž se průměrná velikost podniků podle počtu pracovníků většinou, kromě gumárenského a plastikářského průmyslu, postupně snižuje na 128 (i když zůstala, byla mírně nad úrovní zpracovatelského průmyslu, kde tento ukazatel loni dosáhl 131 pracovníků). Závěrem lze konstatovat, že český chemický průmysl se dokázal vypořádat s následky finanční krize let 2009–2012 tím, že optimalizoval svá produktová portfolia, provedl nezbytné procesní a organizační restrukturalizace a dokázal reagovat na nově vznikající tržní příležitosti ve světě. Významným prvkem bylo, že dokázal zvýšit svoji inovační výkonnost, jak optimalizací technologií v komoditním chemickém průmyslu, tak i implementací flexibilních výrobních programů v oblasti specializovaného chemického průmyslu. Dokončení na další straně

33

25. 7. 2016 8:51:22

EKONOMIKA

Literatura

Abstract

[1] Cefic (2016). European Chemistry Industry Council. Dostupné online www.cefic.org [2] Česká národní banka (ČNB) (2016). Dostupné online www.cnb.cz [3] ČSÚ (2016). Český statistický úřad. Dostupné online www.csu.cz [4] Kurzy.cz (2016). HDP 2016, vývoj hdp v ČR. Dostupné online http://www.kurzy.cz/makroekonomika/hdp/ [cit. 2016-07-02]. [5] Ročenka chemického průmyslu v ČR za rok 2015 [6] Svaz Chemického průmyslu české republiky (SCHP) (2016). Dostupné online http://www.schp.cz [cit. 2016-06-15] [7] Eurostat (2016). Dostupné online http://ec.europa.eu/eurostat/ Poděkování: Článek byl zpracován s podporou interní grantové agentury IGA2 IP 304015 Vysoké školy ekonomické v Praze a Svazu chemického průmyslu ČR.

THE DEVELOPMENT OF THE CZECH CHEMICAL INDUSTRY IN 2015. Summary: The development of chemical industry in the Czech Republic in 2015 imitated unprecedented economic growth of the Czech industry to be 4,3 % measured by GDP growth. It was significantly pulled by the economic growth of Germany which accounted for 1,7 %. The Czech chemical industry managed to alleviate the impact of embargo to be imposed on the export of industrial products to Russia. On the other hand the growth was retarded by the blaze of petrochemical plant in oil refinery in Litvínov. Notwithstanding some difficulties like suboptimum investment activities in the chemical sector, the Czech chemical industry managed to cope with aftermaths of financial crisis 2009–2012 by means of technology effectiveness optimization in the commodity chemical industry and implementation of flexible chemical technologies in the specialized chemical industry. Key words: Chemical industry, Czech Republic, financial crisis, financial performance

NEJVYŠŠÍ FLEXIBILITA PŘI SKLADOVÁNÍ NEBEZPEČNÝCH LÁTEK Systémové kontejnery dodávané společností DENIOS jsou flexibilní a mohou být variabilně přizpůsobeny skladovaným nebezpečným látkám. Integrovaná záchytná vana se postará o bezpečné zachycení případných úkapů nebezpečných látek. Pokud budou skladovány žíravé látky, měly by být použity záchytné vany z plastu nebo nerezu s patřičnou odolností. Pro skladování hořlavých látek jsou vhodné kontejnery s přirozeným větráním. Všechny systémové kontejnery jsou z důvodu optimalizace skladovacích míst přizpůsobené pro typizované druhy skladovaných nádob. Systémové kontejnery DENIOS nabízejí mnoho výhod: skladování většího množství

nebezpečných látek na volném prostranství, minimalizaci investičních nákladů na skladovací místo, vybavení odpovídající daným druhům nádob, záchytné vany ve spodní skladovací rovině, skladování nejrůznějších látek veškerých tříd ohrožení vody – za předpokladu dodržení specifických skladovacích předpisů. Výrobní program systémových kontejnerů DENIOS v sobě skrývá vedle všeobecných výhod také mnoho detailních řešení: až 3 skladovací roviny nad sebou, jednostrannou obsluhu z přední strany, nebo dvojnásobnou konstrukční hloubkou pro oboustrannou obsluhu, vanové vložky pro skladování agre-

sivních médií, posuvné, křídlové případně roletové dveře nebo plastové posuvné plachty, speciální tepelnou izolaci pro skladování látek citlivých na změnu teploty. DENIOS systémové kontejnery jsou konstruovány s přirozeným způsobem větrání. Díky sadě protipožárních doplňků, které si můžete objednat jako příslušenství, bude každý kontejner (s křídlovými nebo posuvnými dveřmi) při umístění dle platné legislativy vhodný na skladování hořlavých látek. Protipožárními doplňky je možné kontejner dovybavit i později. www.denios.cz

E KO LO G I E & B E Z P E Č N O S T

PRÍRODA. OCHRANA.MY. Sklad na nebezpečné látky Sklad s požární odolností Regálové sklady Individuální řešení

Získejte bezplatně více informací | 800 383 313 | www.denios.cz 34

ChP2015.indd 34

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:51:22

EKONOMIKA A MANAGEMENT

EKONOMIKA A ŘÍZENÍ PODNIKŮ V CHEMICKÉM PRŮMYSLU (28)

PRŮMYSLOVÉ INŽENÝRSTVÍ – VÝCHODISKA, METODY, NÁSTROJE A POSTUPY RANČÁK J., STRACHOTOVÁ D., SOUČEK I. Vysoká škola chemicko-technologická, Praha, [email protected], [email protected], [email protected] Průmyslové inženýrství (Industrial Engineering) je obor, který se zabývá systematickým zvyšováním produktivity (výkonnosti) výrobních podniků, ale i např. podniků v oblasti služeb či organizací v nevýrobní oblasti, včetně nemocnic či státní správy. Cílem aplikace metod průmyslového inženýrství (dále PI) je zvyšování produktivity podniku (ve smyslu jeho výkonnosti) mimo jiné redukcí nákladů a efektivním využitím zdrojů, a to vše bez nutnosti vynakládání investičních (kapitálových výdajů). Zatímco v oblasti mechanických výrob (zejména automobilovém resp. „automotive“ průmyslu) jsou metody PI běžně dlouhodobě úspěšně využívány, odlišná situace je v případě chemického průmyslu, kde jsme teprve na počátku. Zde ovšem existují rozdílné podmínky pro aplikaci těchto metod a postupů. Vzhledem k povaze výrob spadajících dnes pod chemický průmysl je v tomto směru napřed plastikářský průmysl, případně některé vsázkové (batch) diskontinuální výroby oproti klasickým chemickým (aparaturním kontinuálním) výrobám. Rovněž potenciál úspor se liší obor od oboru. Na tento příspěvek, jehož smyslem je zejména popsat východiska, filosofii a poskytnout přehled metod průmyslového inženýrství, naváže další článek opřený o praktické zkušenosti v chemickém průmyslu.

Metody zkoumání Zkoumání problematiky uplatnění vybraných metod průmyslového inženýrství v průmyslu se opírá o literární rešerši zejména zahraničních zdrojů. Následně byl proveden kvalitativní výzkum, při kterém byly využity poznatky získané ze strukturovaných rozhovorů s vybranými manažery v českém chemickém průmyslu a empirický výzkum atributů průmyslového inženýrství ve vybraných českých chemických firmách.

Štíhlost podniku je charakteristická tím, že se management podniku soustředí na činnosti, které přidávají hodnotu zákazníkovi a eliminuje všechna plýtvání a ztráty. Nedílnou součástí štíhlého podniku je také dobře propracovaný management znalostí a rozvoj podnikové kultury [6]. Obr. 1 – Metody, nástroje a postupy průmyslového inženýrství [6]

Průmyslové inženýrství Pro hlubší porozumění pojmu PI lze zmínit definici průmyslového inženýrství z konzultační společnosti API – Akademie průmyslového inženýrství, s.r.o. [21]: Průmyslové inženýrství je mladý multidisciplinární obor, který řeší aktuální potřeby podniků v oblasti moderního průmyslového managementu. Kombinuje technické znalosti inženýrských oborů s poznatky z podnikového řízení a jejich pomocí racionalizuje, optimalizuje a zefektivňuje výrobní i nevýrobní procesy. Systematicky se zabývá metodologií orientovanou na projektování, plánování, zavádění a zlepšování průmyslových procesů (nejen výrobních) a implementační schopnost v oblasti inovací s cílem zajistit jejich vysokou efektivitu a konkurenceschopnost. Do praxe se aplikuje prostřednictvím projektů orientovaných na efektivnější fungování integrovaných a komplexních systémů lidí, informací, strojů, materiálů a energií s cílem zabránit jejich plýtvání a dosáhnout co nejvyšší produktivity. Průmyslové inženýrství lze chápat jako hledání cesty, jak jednodušeji, kvalitněji, rychleji a levněji vykonávat a řídit podnikové procesy [13]. Přehled metod PI a jejich vzájemnou návaznost ilustruje obr. č.1. Dle amerického institutu průmyslových inženýrů [15] se průmyslové inženýrství zabývá návrhem, zaváděním a zlepšováním integrovaných systémů lidí, materiálu, informací, technického vybavení a energií. Čerpá z odborných znalostí a dovedností v oblasti matematiky, fyziky a sociálních věd spolu s principy a metodami inženýrské analýzy a syntézy za účelem specifikace, predikce a zhodnocení výsledků dosažených těmito systémy. V literatuře i průmyslové praxi je průmyslové inženýrství nazýváno různými jmény jako například Lean management, Lean manufacturing, Kaizen, World Class Manufacturing, z českých například Štíhlý podnik, Systém kontinuálního zlepšování atd. Dále je v textu používán zejména termín lean management, případně jeho český ekvivalent – štíhlý podnik. Štíhlý a inovativní podnik je založen na čtyřech základních pilířích – štíhlé výrobě, štíhlé logistice, štíhlém vývoji a štíhlé administrativě. CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement28.indd 35

Klíčovým problémem je ovšem volba adekvátních metrik, které výstižně charakterizují „stupeň štíhlosti“ daného podniku. Veškeré podnikové činnosti můžeme rozdělit na činnosti přidávající hodnotu pro zákazníka (tzv. value added) a činnosti nepřidávající hodnotu (tzv. non value added). Pokud se nejedná o činnosti nutné, které nelze zejména z legislativních důvodů omezit, jedná se o plýtvání podnikovými zdroji (penězi, časem, prací zaměstnanců, atd.), které zvyšuje náklady. Na tomto principu je založena filozofie Leanu. Lean lze definovat jako „způsob myšlení, který zkracuje průběžný čas eliminací plýtvání tak, aby byly na čas dodávány výrobky vysoké kvality při nízkých nákladech“ [14]. Za hlavní myšlenku Leanu tedy lze považovat eliminaci plýtvání, tj. veškerých činností nepřidávajících hodnotu z pohledu zákazníka. Obvykle se v literatuře uvádí 7 druhů plýtvání: • Nadprodukce • Čekání • Zbytečná přeprava • Zbytečné pohyby • Nadbytečné operace • Vysoké zásoby • Poruchy a chyby ve výrobě Pokračování na další straně

35

25. 7. 2016 8:57:00

EKONOMIKA A MANAGEMENT

Tab. 1 – Vybrané základní metody průmyslového inženýrství Metoda

Hlavní zaměření a přínosy

Dílenské řízení (DŘ)

Zviditelňuje důležité stavy procesů, zavádí jednoduchá pravidla činnosti všech zúčastněných pracovníků. Výrazně zvyšuje přesnost a výkonnost nejnižšího stupně operativního řízení fyzických procesů, zejména hmotných toků na dílnách. Omezuje plýtvání a nežádoucí operativu. Výborně doplňuje vyšší nástroje řízení.

Jidoka (JD)

Základním principem je „nepokračuj ve výrobě vadného produktu“, neboť náprava vadné produkce je rozsáhlým plýtváním. Výrobní zařízení a procesy jsou přizpůsobeny tak, aby při výskytu nedostatku v kvalitě produktu se tento nedostatek nemohl ve výrobním systému dále šířit. Podstata problému je zachycována v místě vzniku, což umožňuje zjištění jeho skutečných příčin a rychlou nápravu.

Kanban (K)

Široce použitelná jednoduchá samoregulační logistická metoda pro řízení hmotných toků. Zvyšuje spolehlivost výrobního systému a omezuje zbytečné zásoby.

Nová montáž (NM)

Zavádí štíhlý (bez plýtvání) systém středně a vysoce složitých montáží. Dotýká se montážních postupů, dodávek dílů, prostorového uspořádání a pracovních standardů.

Standardizace (ST)

Univerzální metoda založená na principu nalézání a rozšiřování nejlepších praktik. Vyvinula se z jedné součásti metody Pět S a dnes spoluvytváří mnoho nástrojů na zlepšování procesů.

Štíhlé procesy (LP)

Souhrn metod a dílčích nástrojů pro zlepšování procesů, které se používají jednotlivě nebo jsou součástí vyšších celků, např. metod trvalého zlepšování.

Totálně produktivní údržba (TPM)

Moderní systém údržby zahrnující aktivity všech pracovníků firmy, zavádějící optimální podmínky provozu strojů a zvyšující stupeň využití strojů.

Vizuální řízení (VM)

Jednoduchá a přímočará metoda usnadňující komunikaci a sdílení informací a tak přispívající k jednodušším, spolehlivějším, úspornějším a výkonnějším procesům. Cestou zviditelňování informací, žádoucích a nežádoucích stavů zlepšuje procesy a usnadňuje řízení a kontrolu.

K omezování plýtvání se v praxi PI využívají dvě skupiny metod: základní a komplexní metody.

Základní metody Do této skupiny patří metody, které jsou zaměřeny na určitou, většinou úzkou skupinu problémů produkčního systému a představují „nejlepší praxi“ při jejich řešení, jejich přínos není dosažitelný jiným postupem [9]. Výsledkem jejich užití je hmatatelné zlepšení procesu. Jsou většinou jednoduché, první užitečné výsledky přinášejí v krátké době a jsou zpravidla velmi dobře vyhodnotitelné. Jsou základem zlepšování. Při zavádění průmyslového inženýrství se mají využívat jako první v řadě.

Komplexní (zastřešující) metody Nejvýznamnějším rysem těchto postupů je schopnost spojovat základní metody do celků zaměřených na zpravidla širší oblast problematiky průmyslového podniku. Jejich využití v „začátečnické“ firmě je velmi problematické, naopak je nutné, aby pracovníci dané firmy již měli ve zlepšování produkčního systému něco za sebou.

Oblast využití průmyslového inženýrství Lean management je spojován historicky především s automobilovým a následně „automotive“ průmyslem. Nicméně jeho principy se rozšířily postupně nejen mezi dodavatele automobilek, ale i mezi firmy z jiných oborů, včetně chemických. Metody štíhlého podniku postupně pronikají do dalších výrobních podniků, ale i do bank, obchodních

36

Chemanagement28.indd 36

Tab. 2 – Vybrané komplexní metody průmyslového inženýrství Metoda

Hlavní zaměření a přínosy

Just in time (JIT)

Hlavní myšlenkou je dodávat produkty „právě včas“ a tím omezit plýtvání formou zbytečných zásob. Tato komplexní metoda zahrnuje širokou škálu změn produkčního systému, které dodávání právě včas umožní.

Kaizen

Jeden ze systémů trvalého zlepšování procesů založený na každodenním zlepšování malými kroky.

Nová montáž (NM)

Zavádí štíhlý (bez plýtvání) systém středně a vysoce složitých montáží. Dotýká se montážních postupů, dodávek dílů, prostorového uspořádání a pracovních standardů.

Six sigma (6σ)

Metoda využívající souhrn vlastních nástrojů zaměřených na zjišťování a odstraňování vad procesů a produktů. Cílem je dosáhnout extrémní spolehlivosti procesů za přiměřenou cenu [18].

Štíhlé pracoviště – Lean layout (LL)

Metoda vybudování prostorově úsporného pracoviště s hladkými hmotnými toky a produktivní výrobou.

Teorie omezení (TOC)

Metoda je založená na principu zvyšování výkonnosti v úzkých místech systému. Poskytuje jednoduché nástroje pro zlepšování procesů a racionální rozhodování. V zobecnělé podobě se jedná o mimořádně výkonný nástroj rozvoje firemního produkčního systému.

Trvalé zlepšování procesů

Skupina metod průmyslového inženýrství zaměřených na zavedení a udržení systému trvalého zlepšování procesů ve firmě.

Týmová práce (TP)

Metoda, jak vytvořit a rozvíjet různé typy týmů (výrobních, procesních, servisních, projektových, týmů na zlepšování procesů a týmů simultánního inženýrství) a tím zvýšit produktivitu procesů, kterých se týmy účastní.

řetězců, veřejné správy, stavebních společností a dalších oblastí [15]. V literatuře je popsáno dokonce i uplatnění Leanu v nemocnicích [7]. Metody Leanu jsou využitelné v jakékoliv podnikové oblasti bez ohledu na to, zda se jedná o prvovýrobu, zpracovatelský sektor nebo služby [1], přičemž štíhlost podniku je považována za základní podmínku, aby mohl na trhu existovat [6]. Na tuto podmínku by měla navazovat schopnost spojit prvky štíhlého podniku s inovací. Seznam přínosů je pro každou firmu individuální, mezi základní a obecně platné patří: snížení vázanosti kapitálu v zásobách a zvýšení jeho likvidity, zvýšení produktivity vloženého kapitálu, zvýšení konkurenceschopnosti a flexibility firmy, snížení nákladů na zmetky, zlepšení firemní kultury a týmové spolupráce [17].

Vybrané metody průmyslového inženýrství Metody společně s postupy a souhrnem principů, které směřují k naplnění vize, hodnot a strategie firmy, tvoří výrobní systém firmy. Mezi nejznámější výrobní systémy patří Toyota production system, který se stal základem většiny moderních štíhlých výrobních systémů. V českém prostředí je známý například Škoda production systém [20]. V literatuře je zmíněno velké množství metod, které spadají do oblasti Lean managementu. Každá z těchto metod by mohla být, nebo již byla popsána v samostatné publikaci, proto budou v této kapitole stručně vysvětleny pouze některé z nich a to takové metody, které byly vybrány jako základní metody průmyslového inženýrství dle zkušeností odborníků ze společnosti API – akademie produktivity a inovací s.r.o.

Měření a analýza práce, normativy Analýza a měření práce patří mezi metody, které spadají do klasického, tedy tradičního průmyslového inženýrství. Jedná se o exaktní metody, jejichž cílem je optimální využití lidských a materiálových zdrojů dostupných v daném podniku, definování optimálních pracovních CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:57:00

EKONOMIKA A MANAGEMENT

postupů a určení norem spotřeby času pro dané činnosti [9]. Důležité je se nejdříve zaměřit na analýzu práce, čili na identifikaci plýtvání a neproduktivní činnosti a následný návrh zjednodušení [5]. Tímto postupem můžeme dosáhnout zlepšeného uspořádání pracoviště, zlepšených pracovních postupů, vyššího využití materiálu, strojů a pracovní síly a zlepšeného pracovního prostředí [9]. Další fází je měření práce a následné stanovení norem spotřeby času [5]. Měřit práci má smysl až poté, co v první fázi dosáhneme optimálního nebo alespoň vylepšeného pracovního postupu, jinak získáme ve druhé fázi pouze normu popisující současný stav bez reálného dopadu na produktivitu analyzované a měřené činnosti. Cílem měření práce je získat normu spotřeby času odpovídající průměrně zručnému pracovníkovi, který na vypracování zadané činnosti vynaloží průměrné úsilí. Měření a analýze práce je věnováno často až příliš mnoho pozornosti na úkor jiných metod [9].

Identifikace a monitoring plýtvání, mapa plýtvání Plýtvání můžeme popsat jako jakoukoliv podnikovou činnost, která zvyšuje náklady na výrobek, produkt nebo službu, ale nepřidává hodnotu z pohledu zákazníka. Opakem plýtvání je činnost, která přibližuje produkt zákazníkovi, tedy taková, za kterou je zákazník ochoten zaplatit [9]. Z pohledu produktivity je největším problémem plýtvání, které nelze identifikovat na první pohled, tedy takové, které je za současného stavu nevyhnutelné, ale lze je eliminovat změnou pracovních postupů. Pokud chceme zlepšovat podnikové procesy, je nutné plýtvání eliminovat [12]. Pro identifikaci a kvantifikaci plýtvání lze použít několik nástrojů, mezi které patří především jednoduchý nástroj mapa plýtvání, dále například VSM analýza, která bude popsána v následujícím textu, a rovněž nástroje analýzy a měření práce. Mapa plýtvání je formulář, který slouží jako jakýsi návod pro připomenutí, že některé činnosti jsou plýtváním a napomáhá jejich zachycení, popsání a zaznamenání. Využít lze například při tréninku operátorů nebo středního managementu, kde je výměna zkušenosti nejlepším postupem pro identifikaci plýtvání v podniku, seznámení pracovníků s druhy plýtvání a metodikou jejich identifikace. Součástí je i praktická ukázka přímo na pracovišti. Při dostatku času jsou pracovníci schopni většinu plýtvání sami identifikovat. Vhodným způsobem je také pozorování kolegy přímo při práci a pokládání otázek, proč provádí dané činnosti právě tímto způsobem. Při zavádění monitoringu a identifikace plýtvání je především nutná trpělivost [10].

Monitoring ukazatele celkové efektivity zařízení Monitorování ukazatele celkové efektivity zařízení (CEZ, anglicky OEE – overall equipment effectiveness) je metoda, jejímž cílem je maximalizace produktivního využití zařízení díky sledování všech druhů ztrát z kapacity zařízení a jejich následná redukce [6]. Tato metoda je jedním ze základních kamenů TPM.Ukazatel CEZ je definován jako součin dostupnosti, výkonu a kvality (viz obr. 2). Nejlepší firmy dosahují hodnot přibližně 85–90 % v závislosti na typu výroby. V praxi je možné setkat se nejen s ukazatelem CEZ (případně označeném jako OEE), ale také s ukazatelem TEEP, který zohledňuje stupeň využití, nebo s ukazatelem NEE, který zohledňuje dostupnost očištěnou o poruchy. Důležitým aspektem používání monitoringu efektivity zařízení je nejen sbírání údajů, ale i jejich vizualizace a následný návrh a realizace opatření za účelem zlepšování současného stavu [6]. Obr. 2 – Výpočet ukazatele celkové efektivity zařízení (upraveno podle [6])

Value stream mapping Value stream mapping (VSM) neboli mapování hodnotového toku je nástroj, který zobrazuje skutečný tok výrobku/produktu/služby a informací napříč firmou od vstupu až po zákazníka. Umožňuje zobrazit skutečný a budoucí stav, odhaluje plýtvání, zdůrazňuje úzká místa a příležitosti ke zlepšení. VSM je považován za základní nástroj pro analýzu plýtvání, zlepšování procesů a komunikace ve všech procesech ať již ve výrobě nebo logistice, ale i ve vývoji a administrativě [6]. Tento nástroj je použitelný jak u stávajících procesů a operací, tak i při zavádění nových. Základním předpokladem VSM analýzy je zákaznický pohled na celý proces. Výsledkem této analýzy je diagram, který se nazývá mapa toku hodnot. Tento diagram obsahuje informační tok a systém řízení, materiálový tok, parametry jednotlivých procesů a poměr časů přidávajících a nepřidávajících hodnotu z pohledu zákazníka.

FMEA FMEA (Failure mode and effect analysis) neboli analýza možného výskytu a vlivu vad je jednou z metod, která nalézá uplatnění především v předvýrobních etapách. Relativní náklady na odstranění chyby z nekvality jsou řádově nižší v průběhu vývoje a přípravy výroby oproti nákladům na odstranění chyb, které byly odhaleny u zákazníka [6]. Cílem této metody je definovat všechny možné vady související s daným výrobkem či procesem. Proces této analýzy probíhá tak, že se každý proces nebo produkt rozebere krok po kroku nebo kousek po kousku a u každé této části se pokládají následující otázky: Co se může pokazit? Když se to pokazí, jak to můžeme zjistit? Co uděláme, když se to stane? Jak jinak můžeme produkt nebo proces navrhnout, abychom těmto vadám předešli? FMEA je tedy nástrojem, který pomáhá identifikovat a ohodnotit potenciální vady a chyby a najít cesty, jak se jich vyvarovat. Hlavními přínosy této metody je snížení počtu chyb a snížení nákladů a času spojených s řešením těchto chyb [1].

Standardizace práce a pracoviště Standardizovaná práce je jedním z prvků, které zabezpečují kvalitu ve štíhlém podniku [6]. Absence standardů vede k chybám vlivem neznalosti a chybějící vizualizace těchto standardů k chybám z nepozornosti, zapomnětlivosti a přehlédnutí [9]. Přestože většina firem zpracovává podnikové postupy a technologické návodky, jsou tyto dokumenty často vzdálené pracovníkům přímo na pracovišti, nebo jsou pro ně z důvodu složité terminologie nepochopitelné [6]. Naopak standardy práce, které jsou přímo na pracovišti, by měly být vytvářeny tak, aby byly maximálně stručné, jednoznačné, jednoduché a pochopitelné, dále tak, aby byla možná jejich rychlá změna při změně parametrů operace či procesu. Standardy práce jsou využitelné ve všech oblastech podnikových činností. Mezi hlavní přínosy lze uvést především snížení nákladů na nekvalitu, lepší poznání procesů a snížení doby na zapracování nových pracovníků. Tato metoda umožňuje neustálé aplikování nejlepších možných postupů jak danou operaci vykonávat, jelikož každý nový standard je základem pro nové zlepšovací aktivity. Nedílnou součástí procesu standardizace práce je i standardizace pracoviště, pro které se v průmyslovém inženýrství využívá především metoda 5S, která bude popsána následně.

5S Metoda 5S je nástroj, který umožňuje zorganizovat pracoviště tak, aby každý prostředek či věc potřebná pro vykonávání činnosti pracovníka měly zřetelně označeno místo uložení a byly viditelné z pracovního prostoru a zároveň jsou z pracoviště odstraněny všechny nečistoty a nepotřebné položky. Jedná se o nástroj standardizace čistoty a pořádku na pracovišti nejen ve výrobě, ale i ve všech ostatních oblastech podnikových činností. Cílem metody je zejména zlepšení pracovního prostředí, zlepšení materiálového toku (eliminace času potřebného na hledání a transport materiálu), vizualizace a redukce plýtvání (eliminace času hledání a transportu potřebných nástrojů), zlepšení kvality Dokončení na další straně

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement28.indd 37

37

25. 7. 2016 8:57:01

EKONOMIKA A MANAGEMENT

a bezpečnosti díky zavedení standardů, zlepšení podnikové kultury, komunikace a týmové práce [2, 4]. Termín 5S pochází z japonských slov pro pět postupů vedoucích k čisté a uspořádané pracovní ploše: – seiri (aj. Sort) – odstranění nepotřebného, – seiton (aj. Set in order) – uspořádání zbylých (potřebných) položek, – seiso (aj. Shine) – čištění a úklid, – seiketsu (aj. Standardize) – standardizace, – shitsuke (aj. Sustain) – pravidelná aplikace standardů. V literatuře bývají uvedeny ještě dodatečné dvě S, a to bezpečnost a ekologie a životní prostředí. Za hlavní přínosy této metody lze považovat eliminaci základních druhů plýtvání, standardizaci layoutu pracoviště a výrobního procesu, zvýšení kvality produkce díky snížení chybovosti, snížení zastavěné plochy, zajištění pořádku a čistoty na pracovišti, zkrácení doby na zapracování nových pracovníků a především vytvoření podmínek pro další zlepšování [5].

zlepšování procesů zvyšuje pracovní morálku a doporučuje managementu, aby své zaměstnance podporovali a motivovali k podání jakkoli malých návrhů [8]. Dále zmiňuje, že v západních firmách je ve spojení se zlepšovacími návrhy kladen důraz především na benefity spojené s finančními pobídkami zaměstnancům. Hlavními přínosy systému zlepšovacích návrhů jsou malá či větší zlepšení, která usnadňují práci, odstraňují nadměrnou fyzickou námahu, zvyšují bezpečnost práce, zvyšují produktivitu práce a kvalitu produktů a šetří náklady a čas [8]. Zajímavý pohled na problematiku aplikace metod průmyslového inženýrství představuje model synchronizace výrobních a logistických procesů dle Mikulce obr. 3 [10]. Obr. 3 – Návrh modelu synchronizace výrobních a logistických procesů [10]

Neopomenutelnou výhodou metody 5S je fakt, že její implementace vyžaduje minimální náklady. Naopak nevýhodou může být potřebná spolupráce všech zaměstnanců a tudíž vynaložení nemalého úsilí na motivaci především pracovníků, kteří změny odmítají [4].

SMED SMED (Single minute Exchange die = přestavba zařízení za jednotky minut) neboli systém rychlé změny je metoda, která minimalizuje čas na přestavbu pracoviště při dvou po sobě jdoucích různých typech výrobků či výrobních zakázek [6]. Důvodem pro zkracování doby na změnu zakázky a seřízení je především potřeba rychlé reakce na zákaznické požadavky a s tím spojené zmenšující se velikosti dávek. Díky změnám v organizaci práce a technickém uspořádání je [9] možné snížit dobu přestavby až na 1/50 původního času. Principem metody je rozdělení činností při přestavbě na tzv. interní (činnosti, které lze vykonávat pouze při zastavení chodu stroje), externí (činnosti, které je možné provádět před vypnutím a po zapnutí stroje) a plýtvání (hledání, čekání, chůze atd.) [16]. Cílem je co možná nejvíce činností převést na externí, plýtvání eliminovat a interní činnosti optimalizovat.

Vizuální management Vizuální management je nedílnou součástí štíhlého podniku. Hlavním cílem vizualizace je zobrazení důležitých informací přímo na pracovišti tak, aby se pracovníci mohli efektivně rozhodovat [3]. Těmito informacemi je především aktuální i dlouhodobý stav nejen výrobních procesů srozumitelný a dostupný pro všechny. Jednotlivé prvky vizuálního managementu zlepšují informovanost a komunikaci napříč celým podnikem. Mezi hlavní prvky vizuálního managementu patří především standardy činností a technologické postupy, plány údržby, standardy úklidu a čištění, kontrolní karty a výsledky auditů, ukazatele kvality a označení nekvality, podlahové značení a layouty [20]. Dalšími prvky vizualizace může být zobrazení cílů a hlavních úkolů, výrobních plánů a jejich plnění, kvalifikační matice pracovníků, stav týmových projektů, zlepšovací návrhy a další dle potřeb týmu a pracoviště [15]. Mezi hlavní přínosy vizuálního managementu patří především zjednodušení a zlepšení komunikace mezi pracovníky, rychlejší řešení problémů, snížení chybovosti, zrychlení a zpřehlednění práce údržby a servisních pracovišť a jednodušší kontrola procesů [3].

Systém zlepšovacích návrhů Systém podávání zlepšovacích návrhů je nedílnou součástí štíhlého výrobního systému. Vychází se z předpokladu, že každý nápad je důležitý a je nutné se jím zabývat. Tento systém umožňuje pracovníkům podat zlepšovací návrh a tím zajišťuje, aby se žádný dobrý nápad neztratil [6]. Hlavním cílem managementu by měla být rychlá reakce na podaný návrh, tedy rychlé posouzení, rychlé rozhodnutí o realizaci, rychlá realizace a vyplacení odměny. Pozitivní účast zaměstnance ve

38

Chemanagement28.indd 38

Na obrázku č. 3 je uvedený model synchronizace výrobních a logistických procesů návrhem autora, co by mělo být v podniku zvládnuto, aby bylo dosaženo synchronizace výrobních a logistických procesů pro dosažení vyvážených a kratších plynulých toků s efektem zkracování průběžné doby výroby. Model zobrazuje klíčové principy a metody PI a výrobní logistiky společně s dalšími premisami pro synchronizaci procesů výroby a logistiky za účelem zkracování průběžné doby výroby při výrobě plastových dílů (jak bylo ověřeno výzkumem). Model se ale nemusí ve své aplikaci striktně omezovat jen na výrobu plastových dílů, ale je možné jej obecně použít pro jakoukoli jinou výrobu. Navrhovaný model je nutné číst podle autora od vnějšího kraje ke středu. Předpoklady ležící po obvodu klastru vytvářejí vhodný základ pro další principy, techniky a metody směřující k jádru. Díky nim je realizovatelná synchronizace procesů výroby a logistiky v stanoveném čase pro zajištění krátké průběžné doby výroby, resp. zkracování průběžné doby výroby, plynulých a vyvážených výrobních a materiálových toků.

Závěr Metody průmyslového inženýrství jsou ovšem vhodné nejen pro vlastní výrobu (tj. core business), ale musí být naopak uplatněny i v ostatních podnikových procesech (podpůrné a infrastrukturní), má-li být naplněn koncept štíhlého podniku. Zásadní otázkou ovšem stále zůstává volba (konstrukce) metrik pro měření stupně „štíhlosti“ jednotlivých procesů resp. podniku, včetně možnosti uplatnění benchmarkingu.

Literatura [1] ARTHUR J.: Lean Six Sigma Demystified:A Self-Teaching Guide. 1st ed. New York: McGraw-Hill, 2007. ISBN 978-0071486507. [2] BEJČKOVÁ J.: Metoda 5S - základní kámen štíhlé výroby - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2019 [cit. 201503-09]. http://e-api.cz/article/69253.metoda-5s-8211-zakladni-kamen-stihle-vyroby/. [3] DEBNÁR P.: Vizuální management - API - Akademie produktivity CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:57:02

EKONOMIKA A MANAGEMENT

a inovací s.r.o., [online]. 2010 [cit. 2015-03-15]. http://e-api.cz/ article/69650.vizualni-management/ . [4] DEJLOVÁ B.: Praha: VŠCHT Praha, 2013. [5] DLABAČ J.: Analýza a měření práce - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2012 [cit. 2015-02-25]. http://e-api.cz/ article/70803.analyza-a-mereni-prace/. [6] KOŠTURIAK J., FROLÍK Z.: Štíhlý a inovativní podnik. 1st ed. Praha: Alfa Publishing, 2006. ISBN 80-86851-38-9. [7] Lean Healthcare - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o.. http://e-api.cz/page/70828.lean-healthcare/ [cit. 2015-02-25]. [8] MAASAKI I.: Kaizen, the key to Japan’s competitive success, 1st ed.; McGraw-Hill Education: New York, 1986. ISBN 9780075543329. [9] MAŠÍN I., VYTLAČIL M.: Cesty k vyšší produktivitě. Strategie založená na průmyslovém inženýrství. 1st ed. Liberec: Institut průmyslového inženýrství, ISBN 80-902235-0-8. [10] MIKULEC P.: Metody průmyslového inženýrství a výrobní logistiky jako nástroje zvyšování výkonnosti v plastikářské výrobě, Disertační práce, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně, 2009 [11] PAVELKA M.: Monitoring podniku, definování potenciálu dalšího zlepšování - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2012 [cit. 2015-03-12]. http://e-api.cz/article/70959.monitoring-podniku-definovani-potencialu-dalsiho-zlepsovani/. [12] PAVELKA M.: Naučte se vidět a odstraňovat plýtvání - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2012 [cit. 2015-03-05]. http://e-api.cz/article/70817.naucte-se-videt-a-odstranovat-plytvani/. [13] Průmyslové inženýrství - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2015 [cit. 2015-02-23]. http://e-api.cz/page/101/. [14] ROTHER M., SHOOK J.: Learning to See: Value Stream Mapping to Add Value and Eliminate MUDA. Cambridge: Lean Enterprise

Institute, 2003. ISBN 978-0966784305. [15] SAUNDERS B.: The industrial Engineering Profession. In SALVENDY, G. (ed.). In Handbook of industrial engineering. 2nd ed. John Wiley&Sons, 1982, p. 1.1.1–1.1.16 [16] SHINGO S. A: Revolution in manufacturing: The SMED System. New York: Taylor & Francis, 1985. ISBN 978-0-915299-03-4. [17] SLAVÍK V.: Nejčastější otázky na téma LEAN - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o.,[online]. 2010 [cit. 2015-02-26]. http://e-api.cz/article/69860.nejcastejsi-otazky-na-tema-lean/. [18] ŠPAČEK M., HYRŠLOVÁ J., SOUČEK I.: Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (22), Moderní nástroje řízení výkonnosti v podnicích chemického průmyslu, Chemagazín 6, Pardubice, 2014, ISSN 1210-7409 [19] ŠPAČEK M., SOUČEK I., HYRŠLOVÁ J. Ekonomika a řízení podniků v chemickém průmyslu (5). Benchmarkingové hodnocení. Nástroj řízení chemických a rafinérských společností. Chemagazín 1, 2012, str. 24. ISSN 1210-7409. [20] Vizuální pracoviště - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2015 [cit. 2015-03-15]. http://e-api.cz/page/68421. vizualni-pracoviste/. [21] Výrobní systém - API - Akademie produktivity a inovací s.r.o., [online]. 2015 [cit. 2015-02-26]. http://e-api.cz/page/67818.vyrobni-system-efektivni-vyroba .

Abstract

VALUE BASED MANAGEMENT IN CHEMICAL INDUSTRY Summary: The Article summarizes the Basic and Complex Methods of the Industrial Engineering. Those methods are useful for Industrial Engineering not only for execution and management of core business activities but should be applied also in the supporting and infrastructural enterprise management processes. With this effective application, the Lean organisation will be bestablished and kept sustainable. Basic question is the appropriate method and metrix for evaluation of degree of „Leaness“ utilising also benchmarking approaches. Key words: Industrial Engineering, Value Stream Mapping

AKTUÁLNĚ

NEJLEPŠÍ MLADÝ CHEMIK ČR JE Z LOUNSKA

Obr. – Nejlepší mladý chemik ČR pro rok 2016 Jana Spurná ze ZŠ Kryry

Pardubice, 1.6.2016 – Soutěž Hledáme nejlepšího Mladého chemika ČR zná svého vítěze. Ve čtvrtém ročníku celostátního finále se jím stala Jana Spurná ze ZŠ Kryry. Fakulta chemicko-technologická Univerzity Pardubice hostila 1. června 2016 vrcholné klání mladých chemiků. Žákovského mistrovství se zúčastnilo 37 finalistů ze všech krajů republiky. „V základních kolech soutěžilo letos téměř 12 000 žáků devátých tříd, což je číslo impozantní. Do národního kola postoupili jen ti nejtalentovanější,“ uvedl děkan pořádající fakulty Petr Kalenda. „Všichni finalisté prokázali mimořádné znalosti a vědomosti, takže jsou již dnes našimi potenciálními studenty. Rádi je na fakultě za pár let přivítáme a poskytneme jim ty nejlepší podmínky k tomu, aby zde úspěšně završili své vzdělání,“ dodal profesor Kalenda. Soutěž sestávala ze dvou částí. Teoretické znalosti prověřil písemný test, praktické dovednosti laboratorní práce. Nejlépe si vedla Jana Spurná ze ZŠ Kryry, která se stala pomyslnou královnou mladých chemiků pro rok 2016. „Ještě mi pořád nedochází, že jsem vyhrála, je to pro mě obrovský šok!

Já si přijela soutěž spíš užít a na finále jsem se nijak zvlášť nepřipravovala,“ svěřila se vítězka. „Chemie mě ale moc baví a věnuji se jí i ve volném čase. Po gymnáziu bych ráda

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement28.indd 39

zamířila na univerzitu a studovala některý z mých oblíbených oborů: chemii, medicínu nebo psychologii. Ještě nejsem rozhodnutá, čemu dám nakonec přednost,“ doplnila nejlepší mladá chemička, která převzala ceny hned od tří významných hostů. Z rukou místopředsedkyně Senátu parlamentu ČR Miluše Horské si odnesla notebook s edukačním softwarem, od náměstka ministryně školství pro řízení sekce vzdělávání Václava Pícla převzala čestné uznání ministryně školství a děkan pořádající fakulty Petr Kalenda jí udělil příslib přiznání stipendia ve výši 48 000 Kč v prvním akademickém roce studia na FChT Univerzity Pardubice. Na druhé příčce se umístil Václav Nevyhoštěný ze ZŠ Letovice, který získal iPad, odbornou literaturu a příslib stipendia v hodnotě 24 000 Kč. Věcné ceny mu předal generální ředitel společnosti Dow Europe pro Českou a Slovenskou republiku Ivan Luciak. Jako třetí skončila Vanesa Víšková ze ZŠ Cerekvice nad Loučnou. Ta převzala od děkana pořádající fakulty Petra Kalendy elektronickou čtečku Amazon, sadu knih s chemickou tematikou a příslib stipendia v hodnotě 24 000 Kč. První tři hodnotné ceny věnovala finalistům společnost Dow Europe, která se v letošním roce stala novým partnerem celostátPokračování na další straně

39

25. 7. 2016 8:57:02

AKTUÁLNĚ

ního finále. „Náš obor, stejně jako řada jiných technologických oborů, stojí na neustálých inovacích a vývoji. Potřebujeme proto mladé a zapálené talenty, kteří přijdou s novými nápady. Jsme nadšení z toho, jak šikovní mladí lidé se do soutěže zapojili. Těšíme se, že se jednou stanou našimi kolegy,“ řekl Ivan Luciak, generální ředitel společnosti Dow Europe pro Českou a Slovenskou republiku. Oceněno bylo všech 37 finalistů. Ceny jim předávali zástupci významných chemických společností, které se na podpoře soutěže podílely, představitelé státních orgánů a akademické sféry. Žáci, kteří se umístili na prvních pěti místech, získali navíc i Cenu děkana FChT UPa – příslib přiznání stipendia v prvním akademickém roce studia na Fakultě chemicko-technologické Univerzity Pardubice v celkové hodnotě 120 000 Kč. A protože za úspěchy nejlepších žáků stojí do značné míry jejich učitelé, uznání se dočkali i pedagogové, jejichž svěřenci obsadili první tři pozice. Jaroslava Suchomelová ze ZŠ Kryry, Hana Nečasová ze ZŠ Letovice a Dagmar Víšková ze ZŠ Cerekvice nad Loučnou si kromě čestného uznání odnesly také dárkový set delikátních pochutin. Zvláštní cenu získaly i osobnosti, které se výrazným způsobem zasloužily o popularizaci soutěže i oboru. Medaili Fakulty chemicko-technologické Univerzity Pardubice za významný přínos v oblasti propagace a popularizace chemie převzala z rukou děkana fakulty Petra Kalendy místopředsedkyně Senátu parlamentu ČR Miluše Horská, náměstkyně hejtmana Pardubického kraje Jana Pernicová a generální ředitel společnosti Synthesia Josef Liška. Ti vyjádřili poděkování za ocenění svého přínosu k popularizaci chemického odvětví a vyzdvihli úroveň a užitečnost soutěže. „Tohoto ocenění si velmi vážím a děkuji za ně. Jsem ráda, že se mohu angažovat v podpoře této vysoce záslužné aktivity, která má praktický smysl a na níž se podílí řada vynikajících lidí. Je pro mě ctí být v jejich společnosti a pracovat na dobré věci,“ uvedla Miluše Horská. „Pro letošní ročník Mladého chemika je třeba ocenit celkovou účast, která stoupla oproti loňsku o dva tisíce žáků, kteří byli podporování a inspirování svými pedagogy – příznivci oboru chemie. Významná je i činnost spojená s organizací soutěže, kde klíčovou roli sehrávají Střední průmyslová škola chemická v Pardubicích, Fakulta chemicko-technologická Univerzity Pardubice a agentura Czech marketing – organizační garant celostátního kola. Soutěž získává na atraktivitě i díky podpoře průmyslových firem, zapojených zejména v regionálních kolech. Kromě tradičních partnerů se letos do podpory zapojila i společnost Dow Europe, výhledově bychom rádi oslovili i další firmy. Zahájili jsme také spolupráci s ministerstvem školství a doufáme, že ministerstvo bude spoluvyhlašovatelem příštího ročníku soutěže. Stále rostoucí oblíbenost klání mezi žáky základních škol je určitě příslibem, že chemie získá na své popularitě a že v příštích letech budou mít střední průmyslové školy a technické univerzity dostatečné množství studentů, kteří budou schopni zajistit postupnou generační výměnu v našem odvětví,“ uzavřel Ivan Souček, ředitel Svazu chemického průmyslu České republiky, generálního partnera celostátního finále. »»www.mladychemikcr.cz

40

Chemanagement28.indd 40

UNIPETROL ZÍSKÁ SPOLEČNOST SPOLANA Praha, 10.6.2016 – Společnost UNIPETROL RPA, s. r. o. („Unipetrol RPA“) uzavřela kupní smlouvu se společností ANWIL S.A. („Anwil“), na základě které získá 100% akciový podíl ve společnosti SPOLANA a.s. („Spolana“). Transakce podporuje celkovou reorganizaci aktivit skupiny Unipetrolu, která souvisí se získáním plné kontroly nad rafinérskými aktivitami v České republice. Akvizice Spolany umožní skupině Unipetrol lépe plánovat a optimalizovat výrobní kapacity, připravit se na plánované spuštění nové polyetylénové jednotky PE3 a zvýšit odolnost společnosti vůči vlivům externího prostředí. Pořizovací cena akciového podílu je 1 milion EUR. Projekt konsolidace skupiny Unipetrol, zaměřený zejména na optimalizaci organizační struktury skupiny, již zahrnul firmy Benzina nebo Polymer Institute Brno. Hlavní společností skupiny zůstává společnost Unipetrol RPA. Tento projekt je v souladu se strategií skupiny Unipetrol a jeho cílem je posílit pozici společnosti na vysoce náročném a konkurenčním trhu a otevřít ji novým obchodním příležitostem. „Akvizici společnosti Spolana vnímáme jako dobrou příležitost pro rozšíření našeho výrobního řetězce, zejména s ohledem na budoucí využití etylénové jednotky,“ řekl Marek Świtajewski, generální ředitel společnosti Unipetrol. „Akvizice společnosti Spolana otevírá další možnosti k integraci a posílení pozice skupiny Unipetrolu v České republice,“ dodal Marek Świtajewski. K dodávkám produktů mohou obě společnosti využívat výhody potrubního propojení Litvínova a Neratovic. Společnost Spolana je významným odběratelem etylénu, od společnosti Unipetrol RPA také nakupuje čpavek a síru. »»www.unipetrol.cz

UNIPETROL VYKÁZAL VE DRUHÉM ČTVRTLETÍ ČISTÝ ZISK 3,1 MILIARDY KORUN Praha, 21.6.2016 – Ve druhém čtvrtletí roku 2016 společnost Unipetrol dosáhla provozního zisku před úroky, daněmi, odpisy a amortizací (EBITDA LIFO) v hodnotě 4,58 miliardy korun a čistého zisku 3,1 miliardy korun. Tržby společnosti meziročně klesly o 37 % na hodnotu 20,55 miliardy korun, z důvodu nízkých cen ropy a nižších prodejů petrochemických produktů. Provozní výsledky společnosti Unipetrol byly výrazně ovlivněny omezenou výrobou v důsledku mimořádné události na etylénové jednotce ze dne 13. srpna 2015, pravidelnou odstávkou chemického areálu u Litvínova probíhající v březnu a dubnu a také neplánovanou odstávkou rafinérie v Kralupech od poloviny května. Pozitivně se do vytvořeného zisku promítla platba pojistného v souvislosti s mimořádnou událostí na etylénové jednotce ve výši 3,9 miliardy korun, vyšší prodeje rafinérských produktů a také meziročně vyšší prodeje maloobchodního segmentu. V rámci segmentu downstream, který se skládá z rafinérské a petrochemické části, společnost ve druhém čtvrtletí roku 2016

vykázala provozní zisk EBITDA LIFO ve výši 4,398 miliardy korun. Tento výsledek pozitivně ovlivnila platba pojistného v souvislosti s mimořádnou událostí na etylénové jednotce ve výši 3,9 miliardy korun, vyšší prodeje rafinérských produktů a také pozitivní efekt přecenění zásob. Naopak negativní dopad do výsledků segmentu downstream měly meziročně nižší rafinérské marže a výrazné omezení petrochemické produkce v důsledku mimořádné situace na etylénové jednotce. V rafinérské části segmentu downstream bylo ve druhém čtvrtletí roku 2016 dosaženo nárůstu objemu prodejů rafinérských produktů o 4 % na úroveň 1,515 mil. tun, zejména s ohledem na prodej petrochemických surovin a obchodování s palivy. Objem zpracované ropy dosáhl úrovně 998 tisíc tun, což představuje meziroční pokles využití rafinérských kapacit z 95 % na 46 %. Pokles byl způsoben omezenými výrobními kapacitami v obou rafinériích v Litvínově a Kralupech nad Vltavou. Výsledky petrochemické části segmentu downstream byly i nadále výrazně ovlivněny mimořádnou situací na zařízení etylénové jednotky. Prodejní objemy petrochemických produktů tak meziročně klesly na 227 tis. tun (–49 %). Společnost dokončuje opravné práce na etylénové jednotce a v průběhu srpna plánuje zahájit postupnou obnovu výroby. V tuto chvíli se předpokládá, že běžná výroba bude obnovena letos v průběhu října. Maloobchodní segment dosáhl ve druhém čtvrtletí roku 2016 provozního zisku EBITDA LIFO ve výši 174 mil. korun. Meziročního nárůstu provozního zisku (+51 milionů korun) bylo dosaženo zejména díky vyšším prodejům pohonných hmot, ale také prostřednictvím lepších palivových marží a zlepšených výsledků v oblasti nepalivové části segmentu. Vyššími prodeji sít čerpacích stanic Benzina v druhém čtvrtletí zvýšila svůj tržní podíl na 16,8 % (údaj z konce dubna 2016). Začátkem června společnost Unipetrol slavnostně zahájila výstavbu nové polyetylénové jednotky PE3, která se po dokončení v roce 2018 stane jednou z nejmodernějších svého druhu v Evropě. Svým rozsahem jde o největší investici v historii českého petrochemického průmyslu v hodnotě 8,5 miliardy korun. »»www.unipetrol.cz

FINEP INNOVATION JE NOVÝM INVESTOREM VE SPOLEČNOSTI BIOINOVA Praha, 28.6.2016 – Bioinova, biotechnologická společnost specializující se na vývoj buněčných terapií, představuje nového investora. Je jím FINEP Innovation, dceřiná společnost FINEPu HOLDING a investiční společnosti ABP Consulting. Ty společně dlouhodobě spolupracují při investování do perspektivních českých projektů. FINEP Innovation získala 15% podíl ve společnosti Bioinova. Bioinova se zaměřuje na spolupráce s předními vědeckými pracovišti v republice, a to včetně ústavů Akademie věd ČR, vysokých škol či soukromých společností, jež se zabývají výzkumem v regenerativní medicíně. V současnosti se jedná zejména o nové, vysoce perspektivní využití schopnosti kmenových buněk pro obnovu a regeneraci tkání.

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 8:57:02

AKTUÁLNĚ

Dále je činná i v aplikacích buněčných terapií, tkáňovém inženýrství a nanotechnologiích. Cílem Bioinovy je uvést inovativní výrobky na trh buď individuálně, nebo společně s dalšími strategickými partnery. Do oblasti zájmu patří využití inovativních produktů u následujících onemocnění: • amyotrofická laterální skleróza (ALS), • kritická končetinová ischémie (tzv. „syndrom diabetické nohy“), • poranění míchy, • ortopedická onemocnění (např. osteoartróza, rekonstrukce vazů a šlach, podpora hojení kostních defektů). Největším podílníkem Bioinovy je český stát zastoupený Ústavem experimentální medicíny AV ČR (35 %). Mezi další vlastníky patří SinBio (25 %), Hakel (15 %) a CTI (cca 6 %). »»www.sinbio.cz

UMICORE OTEVÍRÁ NOVÝ ZÁVOD V POLSKU Skupina Umicore otevřela nový závod na výrobu katalyzátorů pro snižování emisí v Nové Rudě u Wroclavi v Polsku. Zařízení umožňuje společnosti uspokojit rostoucí poptávku po automobilových katalyzátorech v Evropě, což je trend, který je podporován zpřísněním legislativy pro emise v Evropské unii. Tímto rozšířením Umicore doplňuje své stávající výrobny automobilových katalyzátorů v Německu, Francii a Švédsku. Závod se nachází ve zvláštní ekonomické zóně Wałbrzych, zaměstnává kolem 80 lidí a pracuje s nejnovější generací výrobních technologií. Tato investice umožňuje dodávat zákazníkům katalyzátory vyrobené nejnovějšími technologiemi tak, aby splňovaly nejpřísnější emisní legislativu a podporovaly cíle Evropy o „čistší vzduch pro všechny“. Rovněž podtrhuje ambice Umicore být v katalyzátorech pro automobily jasným lídrem. Umicore katalyzátory umožňují zlepšení kvality ovzduší tím, že mění škodlivé emise z vozidel prostřednictvím sofistikovaných katalytických procesů na méně škodlivé produkty. Umicore působí v oblasti automobilových katalyzátorů více než půl století a vyrábí je více než 40 let. »»www.umicore.com

SONGWON POSILUJE PODPORU BENZOTRIAZOLOVÝCH STABILIZÁTORŮ V posledních letech regulační předpisy týkající se UV-absorbérů, zejména pak benzotriazolů, zapříčinily řadu problémů u zákazníků firmy Songwon, která se zabývá UV stabilizací plastů a nátěrových hmot. Zejména registrace REACH vyvolala mnoho otázek a obav mezi zákazníky. Vzhledem k tomu se druhý největší výrobce stabilizátorů polymerů a hlavní dodavatel UV absorbérů a benzotriazolů Songwon zaměřil na tyto problémy. S cílem pomoci svým zákazníkům při aplikaci a výběru UV-absorbéru, se společnost rozhodla dále posílit svoji technickou

podporu. Sangwon nabízí doplňkovou službu svým zákazníkům v souladu se svojí trvalou strategií v rámci regulační podpory. Songwon je profesionálně podporován společností Chemservice, předním poskytovatel chemických informačních služeb, který pomáhá Songwon s přípravou a podporou v souladu s mezinárodními a národními směrnicemi pro kontrolu chemických látek. Regulační předpisy jsou pro zákazníky náročné a složité, což je důvod, proč je podpora Songwon nabízena společně s Chemservice. »»www.songwon.com

BASF OZNÁMILA NOVÉ OZNAČENÍ PIGMENTŮ BASF oznámila nové označení své divize výroby pigmentů – Colors & Effects. Nová značka zahrnuje portfolio různých barviv a efektních pigmentů a slouží zákazníkům v pěti klíčových průmyslových odvětvích, včetně nátěrových hmot, plastů, tisku, kosmetiky a zemědělství. BASF uspořádala svůj obchod s pigmenty a zavedené týmy soustředila výhradně na nátěry, plasty, tisk, kosmetiku a zemědělství. Je to poprvé, kdy společnost vytvořila specializované globální pigmentové týmy pro zemědělství a kosmetický průmysl. »»www.colors-effects.basf.com

BASF ROZŠIŘUJE VÝROBNÍ KAPACITY UV/EB AKRYLÁTŮ BASF rozšiřuje své stávající výrobní zařízení pro Laromer UV/EB akryláty, které jsou součástí jejich tříkomponentního pojivového systému. Významným zvýšením výrobních kapacit BASF reaguje na rostoucí poptávku po vysoce kvalitních UV/EB akrylátech a posiluje svou pozici jednoho z předních světových výrobců UV/EB pryskyřic používaných jako pojiva pro energeticky tvrzené povlaky a systémy. Tyto dodatečné kapacity budou k dispozici od 3. čtvrtletí roku 2016. »»www.basf.com

PODPORA ZVÝŠENÍ ÚČINNOSTI CHEMICKÝCH A RAFINERSKÝCH ZÁVODŮ Evropská unie financuje projekt MORE vyvíjející systémy, které pomáhají zlepšit efektivitu využívání zdrojů v chemických a zpracovatelských závodech. V rámci projektu byla vyvinuta platforma, kterou lze snadno integrovat s existujícími softwarovými aplikacemi používanými v chemických provozech shromažďujících údaje v reálném čase. Tyto ukazatele účinného využívání zdrojů jsou prezentovány v pečlivě navržených informačních panelech jak u obsluhy strojů, tak i u manažerů. Zajišťují podporu při správném rozhodování, které zlepšuje účinnost zdrojů. Na druhé straně tato rozhodnutí snižují náklady a dopady výroby na životní prostředí. Systém byl implementován a testován ve čtyřech průmyslových závodech: rafinerii, petrochemické výrobě, chemické továrně, která

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Chemanagement28.indd 41

zpracovává obnovitelné suroviny, a celulózce. Projekt byl také hodnocen z pohledu vlivu na životní prostředí. Studie proveditelnosti ukazují, že použitý přístup lze aplikovat i na další odvětví, jako je výroba papíru a celulózy a cukrovarnictví. V celulózce v Lenzingu (Rakousko) přineslo zvýšení efektivity 300 000 EUR ročně. Úspory nákladů byly výsledkem optimalizace jednotlivých výparníků a chladicích věžích. Například optimalizace jednotlivých výparníků při výrobě celulózových vláken má za následek úspory energie každý rok asi 1 milion m3 zemního plynu. To je ekvivalentní snížení 2 700 tun emisí CO2 za rok. Optimalizace chladicích věží, které jsou úzce spojeny s výparníky, vedla k úsporám asi 250 000 m3 zemního plynu ročně. To odpovídá emisím CO2 ve výši 700 tun ročně. »»ec.europa.eu

COVESTRO OHLÁSILO PRŮMYSLOVOU PRODUKCI PLASTŮ ZA POUŽITÍ OXIDU UHLIČITÉHO Covestro poprvé použilo oxid uhličitý při průmyslové výrobě plastů. Společnost ve svém sídle v Dormagenu u Kolína nad Rýnem otevřela výrobní závod pro PUR pěny vyrobené s 20 % z CO2. Nový proces šetří poměrnou část tradiční ropné suroviny. Použití CO2 jako alternativního zdroje surovin je řešení pro největší výzvu naší doby – najít náhradu za omezené zdroje fosilních paliv, jako je ropa a plyn. Německá spolková vláda prosazuje využití CO2 jako suroviny s cílem rozšířit surovinovou základnu v chemickém průmyslu a otevřít nové cesty k trvalé udržitelnosti. Vytváření efektivního využití molekuly oxidu uhličitého, který je za normálních okolností málo reaktivní je skutečný vědecký a technický problém. K průlomu došlo při kombinaci základního a aplikovaného výzkumu s průmyslovou praxí, na které se podíleli odborníci z Univerzity v Cáchách, firmy Covestro a odborníci z CAT Catalytic Center ve městě Cáchy, kteří objevili ten správný katalyzátor, který umožnil reakci s CO2. V Dormagenu Covestro nyní používá uhlík z CO2 pro výrobu nového typu polyolu. Jsou to klíčové suroviny pro polyuretanové pěny – univerzální materiál, který se používá v mnoha průmyslových odvětvích po celém světě a s kterým se setkáváme v našem každodenním životě. Oxid uhličitý je chemicky vázán do materiálu. Společnost proinvestovala v novém závodě asi 15 milionů eur, ten má roční výrobní kapacitu 5 000 tun. Použitý CO2 je odpadní produkt ze sousední chemické továrny. Nový polyol na bázi CO2 byl navržen pro flexibilní polyuretanové pěny určené pro použití v matracích a čalouněném nábytku. Co se týče kvality, pěna dosahuje přinejmenším stejně vysoké kvality jako konvenční materiály vyrobené s použitím pouze petrochemické suroviny, tj. ropy. Eliminací použití ropy se šetří energie jinak sloužící ke zpracování ropy, tím je tato metoda šetrnější k životnímu prostředí ve srovnání s konvenčními výrobními procesy. »»www.covestro.com

41

25. 7. 2016 8:57:02

ANALÝZA DAT

VYHODNOCOVÁNÍ EXPERIMENTÁLNÍCH DAT (13) JAVŮREK M., TAUFER I. Univerzita Pardubice, Fakulta elektrotechniky a informatiky, Katedra řízení procesů. [email protected], [email protected] Charakterizuje se metoda nelineární regrese, její specifika a odlišnosti vůči regresi lineární. Nelineární regrese nemá k dispozici nástroje pro kritiku dat a často je třeba experimentovat při hledání vhodného počátečního odhadu parametrů. Diskutují se hlavní problémy použití metody vzhledem k různé podmíněnosti parametrů regresní funkce a především způsoby verifikace nalezených výsledků pomocí statistických i grafických metod.

1 Úvod V předchozích částech tohoto seriálu [1–4] byla diskutována regresní metoda vyhodnocování experimentálních dat. Pozornost byla věnována výhradně regresi lineární, kdy určované parametry regresní závislosti jsou lineární – tj. v první mocnině. Pomocí metody nejmenších čtverců (MNČ) pak mohou být definovány tzv. normální rovnice a z nich přímo odvozeny explicitní vztahy pro jednotlivé parametry. Metoda lineární regrese je relativně jednoduchá a díky tomu značně propracovaná. Byly popsány např. metody kritiky dat, kdy jsme schopni pro zvolený regresní model odhalit vlivné (odlehlé) body a ještě před provedením výpočtů je z dat odstranit. V případě nelineární regrese však takové nástroje chybí. Díky své jednoduchosti se lineární regrese používá při konstrukci predikce průběhu funkcí ve složitějších metodách zpracování dat (plánování pokusů, kanonická korelační analýza, diskriminační analýza, logistická regrese atd.). Zásadní rozdíl nelineární a lineární regrese spočívá v nelinearitě parametrů (alespoň jednoho z nich), tj. parametry se zde vyskytují např. v exponentech, zlomcích apod. Důsledkem je nemožnost získání explicitních vztahů pro výpočet parametrů metodou MNČ a musíme zde výpočet realizovat postupně, v jednotlivých krocích (iteracích), přičemž kritériem kvality proložení regresní závislosti experimentálními daty je hodnota účelové funkce. Opět používáme MNČ a hledáme minimum účelové funkce, tj. realizují se takové změny parametrů, které vedou k jejímu snížení. Z výše uvedeného je jasné, že výpočty nelineární regrese jsou složité a náročné, realizovatelné pouze pomocí kvalitního programového vybavení. Zatímco dříve byly programy pro výpočet nelineární regrese alespoň částečně heuristické, kdy bylo možno průběh výpočtu usměrňovat a řídit, dnes jsou převážně algoritmické, kdy zadáme data a čekáme na výsledek. Sice si tím zjednodušíme a urychlíme práci, ale ne vždy získáme kvalitní výsledky. Řešením je dostupnost více programů a porovnání jejich výsledků např. na základě analýzy reziduí. Tak jako je mnoho různorodých praktických problémů, tak je mnoho regresních metod, které se liší postupem hledání optimálních hodnot parametrů regresní závislosti. Nelze kvalifikovat metodu nejlepší, univerzální, a proto je vhodné jejich použití kombinovat buď v rámci jednoho výpočtu, nebo provedení více výpočtů různými metodami.

losti na jednotlivých parametrech, což způsobuje velký vliv volby počátečních odhadů parametrů. Účelová funkce může obsahovat více tzv. lokálních minim a při nevhodné volbě počátečního odhadu může dojít k nalezení tohoto lokálního minima namísto minima globálního, viz obr. 1. Obr. 1 – Efekt volby počátečního odhadu parametrů b. Pro 1) konvergence do lokálního minima, pro 2) oscilace v okolí globálního minima. Převzato z [5]

Obecně vzhledem k definici účelové funkce z MNČ jakožto součtu druhých mocnin reziduí má účelová funkce tvar eliptického hyperparaboloidu v m + 1 rozměrném prostoru (m je počet parametrů), viz obr. 2. Tvar účelové funkce souvisí také s rozdílnou podmíněností parametrů, tj. mírou vlivu změny určitého parametru na velikost změny účelové funkce. Pokud změna parametru způsobuje větší změnu účelové funkce, její zakřivení je větší a tyto parametry se stanovují snadněji a s menší směrodatnou odchylkou. Proto je také průřez hyperparaboloidem eliptický. Z poslední elipsy nad minimem, tj. vzdálené o hodnotu rozptylu závisle proměnné, se určují chyby stanovených parametrů (v podstatě jejich směrodatné odchylky) – čím menší podmíněnost parametru, tím menší zakřivení účelové funkce a tím delší poloosa elipsy. Viz obr. 3. Obr. 2 – Obecný tvar účelové funkce jakožto hyperparaboloidu v m + 1 rozměrném prostoru. Převzato z [6]

2 Formulace regresní funkce Regresní modely, tj. matematické funkce prokládané experimentálními daty, rozlišujeme na analytické a matematické. Analytický model vychází z matematicko – fyzikálního popisu zkoumaného systému, přičemž jeho parametry se vztahují k danému systému, tj. mají přímo fyzikální význam. Matematickým modelem myslíme aproximaci experimentální závislosti matematickou závislostí, což nám slouží především pro predikci chování systému. V případě lineární regrese se analytické modely vyskytují poměrně zřídka (např. Lambertův – Beerův zákon), např. velmi často používané polynomy jsou pouhým matematickým řešením. V případě regrese nelineární jsou analytické modely častější (např. analýza spekter), neboť přírodní jevy jsou zpravidla nelineární povahy. Ale i zde se matematické modely často používají (např. různé exponenciály). Velmi často stanovení průběhu regresní funkce je pouhým mezistupněm, kdy hledaný údaj odečítáme až z proložení (např. inflexní body apod.). Výběr matematického modelu je volbou uživatele, buď na základě zkušeností či třeba studia literatury. Významnou komplikací je složitější tvar účelové funkce v závis-

42

Vyhodnocování13.indd 42

Obtíže při stanovování některých parametrů je možno řešit úpravou regresního modelu. To v případě matematického vztahu není problém – použijeme jinou funkci. Pro analytické modely se používají buď nějaké transformace či linearizace (např. logaritmováním). To je však nesprávný postup – základním předpokladem použití regresní metody je normalita náhodných chyb měření, které je po matematické úpravě deformováno. Správnější a serióznější je promyšlené zpracování dat – např. použití více regresních metod, hledání lepšího počátečního odhadu parametrů atd. Všechny iterační metody vycházejí z počátečního odhadu vektoru parametrů a postupně vytvářejí řadu zlepšených odhadů. Přitom musí platit, že hodnota účelové funkce se snižuje. Postup lze tedy vyjádřit těmito kroky: CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:29:58

ANALÝZA DAT

1) Určení počátečního odhadu vektoru parametrů p0;

2) Nalezení směrového vektoru dh;

3) Určení koeficientu λh takového, že přírůstek vektoru Δh = λh×dh, zajistí nerovnost . 4) Ověření, zda bylo dosaženo minima účelové funkce – většinou se porovnávají změny její hodnoty ve dvou následujících krocích vůči předem zadanému kritériu; 5) Nebylo-li dosaženo požadovaného přiblížení k minimu účelové funkce, provede se korekce vektoru hodnot parametrů a vrací k bodu 2).

Jednotlivé minimalizační metody se liší výběrem směrového vektoru dh a strategií změn koeficientu λh. Takových metod bylo odvozeno a publikováno mnoho, lze je rozdělit zhruba takto: a) metody derivační, které vybírají směrový vektor na základě gradientu účelové funkce, b) metody nederivační, přímého hledání, které si mapují tvar účelové funkce, c) metody Monte Carlo, u kterých se provádí náhodný průzkum parametrů okolí. Metody nejsou tedy v pravém slova smyslu konvergentní. Obr. 3 – Způsob stanovení chyb Δ1 a Δ2 odhadů parametrů b1 a b2 z poslední elipsy nad minimem. Převzato z [6]

z experimentální závislosti – jednotlivé parametry mají rozhodující vliv na průběh funkce v určitých oblastech. Jako příklad lze uvést Debye – Hueckelův zákon, popisující závislost disociační konstanty na iontové síle roztoku [7] ,

(1)

kde: pKa je závisle proměnná, tj. disociační konstanta, I je nezávisle proměnná, tj. iontová síla, A, B jsou konstanty charakteristické pro příslušnou látku, pKaT je první parametr, tzv. termodynamická disociační konstanta, je druhý parametr, tzv. efektivní průměr iontu, C je třetí parametr, tzv. vysolovací konstanta. Příklad experimentální závislosti je ukázán na obr. 5. První parametr má zásadní vliv pro malé hodnoty závisle proměnné, je to vlastně extrapolovaná hodnota pro nulou intovou sílu. Třetí parametr má největší vliv pro vysoké hodnoty intové síly, je to vlastně směrnice koncové části závislosti. Prostřední parametr má vliv ve střední části závislosti, ovšem jeho odhad lze realizovat ze závislosti těžko. Spíše vycházíme ze zkušenosti či literárních zdrojů. Rovněž je možné si povšimnout postavení parametrů ve funkci – první a třetí parametr jsou podmíněny dobře, druhý parametr hůře. V práci [7] byly zkoumány tvary účelové funkce pro zvolené dvojice parametrů, takže je vidět její různá zakřivení. V případě matematických modelů je situace komplikovanější. Pokud nemáme žádnou představu, začínáme se všemi parametry jednotkovými a sledujeme, jak se v průběhu iteračního výpočtu mění účelová funkce a také jednotlivé parametry. Jestliže výpočet nevede k dobrému proložení, je třeba jej opakovat s různou počáteční volbou jednotlivých parametrů a opět sledovat průběh výpočtu. Celou situaci může usnadnit použití metody Monte Carlo, která tyto různé počáteční odhady realizuje automaticky. Je ovšem nutné zadat předpokládané rozsahy jednotlivých parametrů. Obr. 5 – Závislost disociační konstanty homatropinu na iontové síle. Převzato z [6]

Široký výběr těchto metod je výhodou, která umožňuje vybrat tu, která zajistí potřebnou konvergenci řešení nebo metody také libovolně kombinovat. Řada dostupných programových realizací je vybavena možností automatického střídání různých metod – např. derivační vs. nederivační. Některé programy jsou vybaveny také heuristickou strategií, kdy je možnost definovat kolik, jakých kroků a jakou metodou má algoritmus provést řešení. Tento postup se však pro svoji pracnost využívá málo. V závislosti na tvaru minima se různé metody také mohou chovat různě, viz obr. 4. Popis vybraných minimalizačních metod bude uveden v následujících pokračováních tohoto seriálu. Obr. 4 – Chování tří různých minimalizačních metod v okolí nepravidelného minima. Převzato z [5]

3 Volba počátečního odhadu parametrů Jak již bylo uvedeno výše, druhým úkolem po volbě regresní funkce je definice počátečního odhadu parametrů. Pokud pracujeme s analytickým modelem, je zpravidla možné provést předběžný odhad parametrů CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Vyhodnocování13.indd 43

4 Testování vlastností modelu V programu na vyhodnocení nelineárně regresních modelů by neměla chybět možnost simulace dat. Tím se rozumí možnost pro zadané hodnoty parametrů a hodnoty nezávisle proměnné spočítat přesné hodnoty závisle proměnné veličiny. Tyto pak zatížíme náhodnými chybami s normálním rozdělením, čím získáme simulovaná data, která vyhodnocujeme jako experimentální. Velikost náhodných chyb by měla být volitelná, což nám reprezentuje různou přesnost měření. Při zpracování těchto simulovaných dat si můžeme otestovat jednak správnost programu, jednak vlastnosti regresního modelu. Jelikož známe správné hodnoty parametrů, můžeme posoudit, jak se stanovují, jak jsou v modelu podmíněny, jaký je vliv přesnosti měření či kvality počátečního odhadu parametrů. Menší problém je použití vhodného generátoru náhodných čísel pro Dokončení na další straně

43

24. 7. 2016 17:29:58

ANALÝZA DAT

generování náhodných chyb. Ne každý generátor poskytne čísla s přesně specifikovaným rozdělením. Vyřešení problému různé podmíněnosti parametrů je poměrně obtížné, zejména v případech, kdy máme funkci popisující přímo náš experiment a nemáme možnost ji obměnit. Možným řešením by byla heuristická strategie, kdy bychom parametry stanovovali postupně – tj. proměňovali vždy jen některý z nich po předepsaný počet iterací a zvolenou optimalizační metodou, tzn. že by proces optimalizace neprobíhal automaticky až do splnění konvergenčních kritérií (počet iterací, velikost změny účelové funkce apod.). Další možností je vymezení rozsahu určitých parametrů, aby nedošlo při minimalizaci ke „sklouznutí v úžlabině“ a tím nalezení nesprávných hodnot parametrů. V těchto případech se používají tzv. „penalty functions“, tzn. při dosažení hraniční hodnoty parametru je výrazně zvýšena hodnota účelové funkce. V případě, že prokládáme obecnou matematickou funkci, je pak vhodné si prošetřit vztahy jednotlivých parametrů a raději formulaci funkce modifikovat. Podmíněnost jednotlivých parametrů bývá také určována podle tzv. celkové citlivostní funkce ,

(3)

kde βj jsou jednotlivé parametry.

Tato funkce má však smysl pouze pro nelineární parametry (lineární jsou konstanty). Pokud vymodelujeme závislost citlivostní funkce v okolí minima, dostaneme citlivostní graf. Pokud je citlivostní graf přibližně konstantní, indikuje to malou citlivost regresního modelu vůči změnám příslušného parametru.

5 Verifikace výsledků Tato finální fáze je nejdůležitější. Zde musíme ověřit, zda nalezené proložení je optimální, tj. zda došlo ke shodě experimentálních i vypočtených dat. Opět zde máme v porovnání s lineární regresí podstatně méně příslušných nástrojů. Základním z nich je analýza reziduí. Zpravidla se testují klasická rezidua, podle vyspělosti výstupu programu můžeme mít k dispozici další typy reziduí či Cookovy, Atkinsonovy a věrohodnostní vzdálenosti bodů od regresní čáry, viz [2].

ménkový, Wilcoxonův pořadový test či test Manna a Whitneye [8]. Číselná statistická analýza reziduí však nemá úplnou vypovídací schopnost, číselné charakteristiky mohou být přijatelné, ale nepostihnou např. trendy v proložení. Proto je někdy výhodné použít další, grafické nástroje, kdy vidíme na první pohled, jak jsou rezidua rozprostřena. Tyto pomůcky sice neposkytují exaktní výsledky, jejich hodnocení je subjektivní a závisí na zkušenostech, ale pro posouzení kvality proložení zejména ve fázi hledání modelu je velice užitečné. Mapa rozložení reziduí Jejich velikosti vyneseme do grafu, přičemž jsou znázorněny okolo střední (tj. nulové linie). Zde poznáme na první pohled, zda je v nich nějaký trend či některé odlehlé hodnoty. Graf proložené závislosti I prostý graf obou závislostí – experimentální a vypočtené má značnou vypovídací schopnost, posoudíme, jak nám obě závislosti „padnou“ na sebe. Prostorové grafy tvaru účelové funkce Zde lze vymodelovat tvar účelové funkce pro vybranou kombinaci dvou parametrů a posoudit, jaká je stanovitelnost, resp. podmíněnost jednotlivých parametrů. Podobný nástroj jsou tzv. kontury, vrstevnice účelové funkce promítnuté do půdorysu, které také ukazují tvar nalezeného minima po dokončení optimalizace. Tyto kontury by měly mít kruhový tvar, pokud jsou však elipsovité s velkým rozdílem velikostí poloos, je jasné, že tvar účelové funkce je deformovaný kvůli rozdílné podmíněnosti parametrů. Kromě charakteristik reziduí každý algoritmus nelineární regrese poskytuje kromě hodnot nalezených parametrů také jejich chyby, vypočtené na závěr optimalizace. I ze vzájemného poměru hodnota parametru – velikost chyby se snadno usuzuje na kvalitu stanovení jednotlivých parametrů. Pokud chyba přesáhne 10 % hodnoty parametru, je stanovení nespolehlivé.

Literatura

Nejdříve se provádí statistická analýza, počítají se všechny čtyři centrální momenty a z nalezených hodnot pak usuzujeme, zda má soubor reziduí normální rozložení:

[1] JAVŮREK, M.; TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (9), Chemagazín, XXV, 2015, č. 3, s. 37 – 39. ISSN 1210 – 7409.

– aritmetický průměr – má se blížit nule, – rozptyl, resp. směrodatná odchylka jakožto její druhá odmocnina se má blížit instrumentální chybě, – koeficient šikmosti – má se blížit nule, – koeficient špičatost – má se pohybovat kolem hodnoty tři.

[3] JAVŮREK, M.; TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (11), Chemagazín, XXV, 2015, č. 6, s. 52 – 54. ISSN 1210 – 7409.

Vztahy pro výpočet výše uvedených odhadů těchto centrálních momentů lze nalézt v jakékoli odborné literatuře o matematické statistice – např. [6] Výtečná charakteristika je Hamiltonův R-faktor, který vyjadřuje těsnost proložení:

(2)

kde s2 je rozptyl souboru reziduí. Hodnota RF – faktoru je bezrozměrné číslo, je-li menší než 0,5 instrumentální chyby, jedná se o výtečné proložení. Pokud je hodnota Hamiltonova faktoru větší než instrumentální chyba, proložení není vyhovující. Normalita rozložení reziduí se testuje také pomocí Pearsonova χ2-testu dobré shody, kdy se rezidua rozdělí podle velikosti do tříd a testuje se četnost jejich výskytu v těchto třídách. Jedno z možných roztřídění je na šest tříd – s ±1σ, s ±2σ, s ±3σ. Kromě již uvedených testů se provádí další testy normality – z parametrických např. test Jarque – Berraův výběrové šikmosti a špičatosti, test podle Shapira a Wilka, a z neparametrických např. iterační, zna-

44

Vyhodnocování13.indd 44

[2] JAVŮREK, M.; TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (10), Chemagazín, XXV, 2015, č. 4, s. 49 – 51. ISSN 1210 – 7409.

[4] JAVŮREK, M.; TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (12), Chemagazín, XXVI, 2016, č. 3, s. 41 – 43. ISSN 1210 – 7409. [5] HIMMELBLAU, D. M. Process Analysis by Statistical Methods. USA: John Wiley & Sons, Inc., 1970, 463 s. [6] MELOUN, M., MILITKÝ, J. Statistická analýza experimentálních dat. Praha: Academia, 2004. ISBN 80-200-1254-0. 953 s. [7] MELOUN, M., JAVŮREK, M., MILITKÝ, J. Computer Estimation of Dissociation Constants. Part V. Regression Analysis of Extended Debye-Hueckel Law. Microchimica Acta 109, 221 – 231 (1992). [8] JAVŮREK, M., TAUFER, I. Vyhodnocování experimentálních dat (4), Chemagazín, XXIII 2013, č. 4, s. 36 – 38. ISSN 1210 – 7409.

Abstract

EVALUATION OF EXPERIMENTAL DATA (13) Summary: This present paper characterizes a method of non-linear regression, its specific features and its differences from linear regression. Non-linear regression does not possess instruments for criticism of data, and often it is necessary to experiment when looking for a suitable assessment of parameters. The text discusses the main problems of application of the method with regard to different degree of interdependence of parameters of the regression function and, first of all, the methods of verification of the results found by means of both statistical and graphical methods. Key words: nonlinear regression, interdependence of parameters, function fitting.

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

24. 7. 2016 17:29:58

AKTUÁLNĚ

NOVÁ LABORATOŘ PŘÍRODOVĚDECKÉ FAKULTY MU SE BUDE ZABÝVAT TECHNOLOGIÍ CCS Brno, 15.6.2016 – Informace o technologii zachycování a ukládání oxidu uhličitého neboli CCS bude nově dokumentovat výuková laboratoř na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity (MU). Shromážděné materiály a znalosti budou odborníci předávat studentům základních, středních a vysokých škol a dalším zájemcům. Laboratoř je výsledkem projektu hrazeného z Norských fondů, do kterého se zapojili i odborníci z Fakulty sociálních studií MU. V nové laboratoři jsou k dispozici modely úložiště, postery vysvětlující cyklus uhlíku v přírodě, vývoj klimatu a podrobnosti k technologii zachycování a ukládání CO2, která může přispět k omezení rostoucích emisí skleníkových plynů, a také knihovna věnující se této problematice. „Jde o navazující aktivitu, které předcházelo na osmdesát přednášek pro studenty a žáky středních škol, přednášky pro veřejnost, zástupce krajských samospráv, pro představitele ministerstva průmyslu a obchodu, ministerstva životního prostředí a ministerstva financí a také pro poslance a senátory,“ přiblížil náplň projektu děkan Přírodovědecké fakulty MU Jaromír Leichmann. „Častým problémem u nových technologií je nedostatek informací, které by laické i odborné veřejnosti pomohly zorientovat se v jejich výhodách i nevýhodách. Naším záměrem proto bylo tyto informace poskytnout,“ doplnil Filip Černoch z Fakulty sociálních studií MU. Technologie zachycování a ukládání CO2, anglicky Carbon Capture & Storage (CCS), spočívá v tom, že se emise u velkých zdrojů znečištění, jako jsou elektrárny, zachytí a před vypuštěním do ovzduší se z nich oddělí oxid uhličitý. Plyn je následně zchlazen a stlačen do kapalné formy. Pak je přepraven na vybrané úložiště, kde se vtlačí hluboko pod zem. Zájemci se mohli s problematikou seznámit také na dvou výstavách, jedné putovní a jedné stálé, která byla k vidění v zábavním vědeckém centru VIDA! v Brně. Díky projektu vzniklo i video ukazující vývoj klimatu v historii planety Země, koloběh uhlíku v přírodě a to, jak jej ovlivňuje člověk. Představuje způsoby omezování emisí oxidu uhličitého a zájemci jej mohou vidět na webových stránkách projektu shake.sci.muni.cz. Projekt s názvem „Zachycování a ukládání CO2 – sdílení znalostí a zkušeností“ byl financován grantem z Norských fondů 2009–2014. »»www.muni.cz

VĚDECKO-VÝZKUMNÉ CENTRUM BIOCEV ZAHÁJILO PROVOZ Vestec, 16.6.2016 – Unikátní vakcína pro léčbu infekčních onemocnění, historicky první zdokumentování vývoje zubu, které může pomoci v boji proti rakovině, nebo revoluční objev organismu bez mitochondrií neboli „bu-

něčných elektráren“. I takové jsou aktuální výsledky vědeckých týmů z centra BIOCEV. Za přítomnosti mnoha významných tuzemských i zahraničních hostů ze světa vědy a politické reprezentace byl dnes oficiálně zahájen jeho plný provoz. Biotechnologické a biomedicínské centrum Akademie věd a Univerzity Karlovy ve Vestci (BIOCEV) vzniklo za významné finanční podpory Evropské unie. Žádost o dotaci obsahovala 1 600 stran a realizace vyšla na 2,3 miliardy korun. Do roku 2020 by zde mělo pracovat až 400 vědeckých pracovníků a 200 magisterských a doktorandských studentů. Již nyní se 56 výzkumných skupin, působících v 5 synergických programech, zaměřuje na detailní poznání organismů na molekulární úrovni. Jejich výsledky směřují do aplikovaného výzkumu a vývoje nových léčebných postupů proti závažným zdravotním problémům. Mezi koncové výsledky výzkumné práce v centru BIOCEV patří například léky cílené do přesného místa poškozeného metabolismu nebo proteinové a tkáňové inženýrství. Po slavnostním aktu, jehož se zúčastnily významné české i zahraniční osobnosti, jakými byli místopředseda vlády pro vědu, výzkum a inovace Pavel Bělobrádek, ministryně školství Kateřina Valachová, hejtman Středočeského kraje Miloš Petera, předseda Akademie věd ČR Jiří Drahoš, rektor Univerzity Karlovy Tomáš Zima nebo ředitel Ústavu molekulární genetiky Václav Hořejší, následovaly prohlídky vybraných pracovišť centra BIOCEV. V odpoledních hodinách byla také zahájena dvoudenní mezinárodní konference za účasti významných představitelů české a zahraniční vědy a výzkumu. „Díky vzniku centra BIOCEV se podařilo propojit tradiční silné obory z oblasti technických, přírodních a lékařských věd,“ prohlásil Pavel Martásek, ředitel BIOCEV. „Kvalitní vědecké výsledky jsou závislé na dobrém přístrojovém vybavení, a hlavně na vzdělaných a chytrých lidech. Dovolím si říct, že BIOCEV má obojí. Nejmodernější technickou základnu a špičkové odborníky, kteří jsou připraveni předávat své znalosti a zkušenosti studentům. Věřím, že BIOCEV svým významem dosáhne špičkové vědecké úrovně a výrazně posílí prestiž české vědy.“ „Cesta k budoucí prosperitě České republiky povede přes úspěch projektů, jako je BIOCEV. Jsem přesvědčen, že tato více než dvoumiliardová investice z evropských a národních zdrojů se vyplatí nejen České republice, ale prospěje vlastně celému světu, protože vědeckovýzkumné výsledky, které z centra BIOCEV vzejdou, budou mít skutečně celosvětový dopad,“ řekl místopředseda vlády Pavel Bělobrádek. „Pevně věřím, že otevření centra BIOCEV napomůže české výzkumné komunitě stát se plnohodnotným členem evropské komunity biotechnologického a biomedicínského výzkumu a tím přispět nejen ke konkurenceschopnosti ČR, ale potažmo i Evropy,“ řekla Kateřina Valachová, ministryně školství, mládeže a tělovýchovy. Hejtman Miloš Petera připomněl, že ve středních Čechách chybí veřejnoprávní vysoká škola, zároveň však ocenil, že v našem regionu vznikají vědecká centra té nejvyšší světové úrovně. „Velmi si vážíme toho, že u nás působí nejen centrum BIOCEV, ale také

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Monitor_věda.indd 45

ELI v sousedních Dolních Břežanech či vědecko-výzkumné centrum Vysoké školy chemicko-technologické v Kralupech nad Vltavou a další školy. Chceme spolupracovat se všemi vysokými školami, které ve Středočeském kraji působí. Nabízíme výzkumným týmům podporu například prostřednictvím našeho Středočeského inovačního centra,“ řekl hejtman Miloš Petera. „Dnes posíláme BIOCEV do evropského výzkumného prostoru a domnívám se, že má všechny předpoklady stát se v tomto směru významným hráčem,“ prohlásil předseda Akademie věd ČR Jiří Drahoš. Tomáš Zima, rektor Univerzity Karlovy doplnil: „Uplynuly již více než dva roky od chvíle, kdy jsme položili základní kámen ke stavbě vědeckého pracoviště Biotechnologického a biomedicínského centra BIOCEV. Toto unikátní vědecké centrum zásadním způsobem přispívá ke zvýšení kvality vědy a výzkumu v České republice a věřím tomu, že našim vědcům a studentům se zde bude dobře pracovat. Přeji nám všem, ať BIOCEV patří mezi špičková vědecká centra v oblasti biomedicíny a přináší poznatky do mozaiky lidského vědění.“ Václav Hořejší, ředitel Ústavu molekulární genetiky AV ČR, v. v. i. (příjemce dotace na projekt BIOCEV), při příležitosti slavnostního ceremoniálu uvedl: „Jsem nesmírně rád, že jsme tento náročný projekt úspěšně zvládli. Bylo to především díky skvělé spolupráci všech zúčastněných partnerů a profesionalitě pracovníků realizačního týmu. Již nyní, půl roku po dokončení stavební části, je zřejmé, že prostředky vložené do vybudování tohoto nového velkého centra biomedicínského výzkumu byly dobrou investicí. Naši badatelé již několik měsíců naplno pracují v krásných nových, skvěle vybavených laboratořích. Obzvláště mě těší, že zde dostává příležitost mnoho mladých vědců a studentů. O budoucnost tohoto nového centra biomedicínského výzkumu nemám nejmenší obavy.“ Projekt BIOCEV byl schválen Evropskou komisí 31.10.2011. O rok později byla spuštěna vlastní realizace. Slavnostní poklepání základního kamene proběhlo v říjnu 2013 a oficiální ukončení stavby 18. prosince 2015. Výzkumné aktivity však započaly již v roce 2012, tedy v době, kdy projekt existoval jen na papíře a vědecké týmy na svých původních pracovištích. V současné době pracuje v centru více než 390 vědeckých a technických pracovníků. Téměř třetina z nich pochází ze zahraničí, např. z Austrálie, Kanady, Francie, Ukrajiny, Polska nebo Německa. Výzkumné týmy BIOCEV již publikovaly více než 320 vědeckých výstupů včetně článků v prestižních zahraničních časopisech (např. Cell, Molecular Cell, Nature Communication a Gastroenterology a dalších). »»www.biocev.eu

NOSITEL NOBELOVY CENY OCENIL ČESKÉ STUDENTY ZA VÝZKUM RAKOVINY A LÉKOVÝCH INTERAKCÍ Praha, 22.6.2016 – Prestižní ocenění získali dnes čeští studenti za své vědecké práce. Z rukou Jean-Marie Lehna, nositele Nobelovy Pokračování na další straně

45

25. 7. 2016 10:35:44

AKTUÁLNĚ

ceny za chemii, převzali Cenu Sanofi za farmacii. Porota v letošním roce ocenila tři vědecké práce, zabývající se výzkumem rakoviny, lékovými interakcemi a preklinickým vývojem léčiv. Vítězní postgraduální studenti z Farmaceutické fakulty v Hradci Králové, Lékařské fakulty z Olomouce a Ústavu makromolekulární chemie, získali cenu 100 tis. korun a měsíční stáž ve Francii. Soutěž pro talentované studenty farmacie vyhlašuje Velvyslanectví Francie v Praze ve spolupráci se skupinou Sanofi od roku 2009. Cenu Sanofi za farmacii společně vyhlašují Francouzské velvyslanectví v České republice a společnost Sanofi. „Skupina Sanofi investuje do vědy a výzkumu v České republice 700 miliónů korun ročně, část těchto výdajů směřuje právě do oblasti univerzitního výzkumu,“ vysvětluje Filip Hrubý, tiskový mluvčí skupiny Sanofi v ČR. Soutěž pro studenty doktorských studií a mladé české lékaře probíhá pod záštitou Sanofi už osmým rokem. „Zájem studentů o soutěž neustále roste stejně jako kvalita přihlášených projektů,“ řekl Rachid Makhloufi, atašé pro vědu a vyšší vzdělávání Francouzské ambasády v Praze a jeden ze členů odborné komise. Letos porotu nejvíce zaujala práce Evy Koziolové z Ústavu makromolekulární chemie AV ČR. V ní zkoumá možnosti léčby těžce léčitelných nádorů bez nežádoucích vedlejší účinků. Druhé místo patří Tomáši Smutnému z Farmaceutické fakulty v Hradci Králové. Ten v uplynulých letech studoval enzymy, které se významně podílí na metabolismu léčiv a jsou základem pro četné lékové interakce. „Ocenění je bezpochyby možnost, jak se představit širší vědecké obci. Součástí předávané ceny je financování stáže na některém vědeckém pracovišti ve Francii. Rád bych navázal plodnou vědeckou spolupráci a prohloubil své znalosti v oblasti molekulární farmakokinetiky,“ uvádí Smutný. Ocenění si nesmírně váží, zejména proto, že soutěž proti sobě postavila velice silné kandidáty. Souhlasí i Kristýna Krasulová z Univerzity Palackého v Olomouci, která obsadila třetí příčku. „Konkurence byla veliká. O to větší radost z ocenění mám,“ zhodnotila svůj úspěch. Už samotná účast v soutěži byla podle Krasulové obrovským přínosem. „Možnost prezentovat výsledky mé vědecké práce v angličtině před odborníky byla zkušeností k nezaplacení,“ přibližuje autorka práce, která se zabývala vzájemnou interakcí léčiv.

elektronové mikroskopie. CEITEC tak kromě silné pozice v základním výzkumu potvrdil i schopnost komercializovat výsledky výzkumu a vývoje. Na začátku byl výzkumný projekt a nadšení. Doktorští studenti prof. Tomáše Šikoly z výzkumné skupiny Příprava a charakterizace nanostruktur potřebovali zobrazit své nanovzorky ve 3D pohledu a na relativně velké ploše, zhruba centimetru čtverečním. K takovému úkolu již však pouze elektronový mikroskop nestačí a využívá se i tzv. mikroskop atomárních sil, který právě 3D zobrazování umožňuje velmi dobře. Dostupná zařízení jim z mnoha důvodů nevyhovovala nebo byla cenově nedostupná. Pokusili se tedy vyvinout nové, vlastní zařízení, které by nedostatky v současnosti dostupných zařízení překonalo a navíc se stalo i cenově dostupnějším. Nová metoda současně umožňuje i tzv. korelativní zobrazování, které bylo v této oblasti mikroskopie prakticky nemožné. Korelativní zobrazování umožňuje sloučit a analyzovat obrázky pořízené dvěma různými metodami a v současné době je jedním z trendů v oblasti moderních zobrazovacích technik. „Brno je centrem elektronové mikroskopie a Zdánlivě velmi jednoduché řešení složitého technického problému je výsledkem několikaleté práce vědců a studentů z CEITEC VUT, kteří se zabývají oblastí nanotechnologií. Do zpeněžitelné podoby následně produkt dovedli zakladatelé NenoVision. „V principu se jedná o krabičku o velikosti přibližně 15 x 9 x 5 centimetrů, která se dvěma šrouby přimontuje na manipulátor elektronového mikroskopu a posílá do počítače data o povrchu vzorku tak, aby byl vidět povrch i v 3D rozměru. Pro řadu aplikací je to nezbytně nutné,“ popisuje velmi jednoduše svůj první produkt LiteScope Jan Neuman, jeden ze zakladatelů spin-off firmy NenoVision. „Trendem v oblasti mikroskopie je maximální využití získaných informací v rámci jednoho měření. A přesně tímto směrem se snažíme jít,“ dodává Neuman. Obr. – Doplněk k elektronovému mikroskopu firmy NenoVision

»»www.sanofi.cz

VĚDCI Z CEITEC VUT ZALOŽILI PRVNÍ SPIN-OFF FIRMU Brno, 24.6.2016 – Vědci a doktorandi z CEITECu založili první spin-off firmu. Pod názvem NenoVision bude nabízet doplněk k elektronovým mikroskopům, který s využitím principu mikroskopie atomárních sil rozšiřuje možnosti elektronového mikroskopu o 3D zobrazování s hloubkovou analýzou reliéfu měřeného vzorku. Spin-off firma NenoVision podepsala s Vysokým učením technickým v Brně (VUT) licenční smlouvu na využití vyvinutého know-how a je tak připravena jednat se světovými hráči na poli

46

Monitor_věda.indd 46

Vysoké učení technické a následně CEITEC VUT je již historicky v nanotechnologiích velmi silným hráčem světového měřítka. Není tedy překvapením, že první spin-off se našim vědcům podařilo založit právě v oblasti zobrazování a analýzy povrchů,“ uvedl Markus Dettenhofer, ředitel CEITECu. „Věřím, že prodej licence bude výhodný pro obě strany a výsledky výzkumu a vývoje najdou své místo v průmyslovém sektoru,“ dodává Dettenhofer. „Zařízení, které se díky NenoVision povedlo uvést na trh, umožní výrazně lépe využít možností elektronových mikroskopů. Poskytuje totiž trojrozměrné zobrazení zkoumaných nanovzorků. Použitá nová metoda umožňuje rov-

něž korelativní zobrazování, které bylo v této oblasti mikroskopie prakticky nemožné a které umí efektivně sloučit a analyzovat obrázky pořízené dvěma různými metodami. Při jednom měření v mikroskopu tak získáváme násobně větší objem informace. Lze říci, že tím umožníme výrazně lépe studovat a vyvíjet mikro a nano zařízení. Ta dnes nalezneme takřka v každé elektronice, telefonech či počítačích,“ vysvětluje praktický dopad zařízení Radimír Vrba, ředitel organizační jednotky CEITEC. Nově založená CEITEC spin-off firma NenoVision sídlí v podnikatelském inkubátoru INMEC provozovaném Jihomoravským inovačním centrem, kde úspěšně prošla programem JIC ENTER. »»www.nenovision.com, www.ceitec.cz

VISEGRÁDSKÝ PATENTOVÝ INSTITUT ZAHAJUJE SVOJI ČINNOST Praha, 30.6.2016 – Českým firmám a přihlašovatelům se od zítřka významně usnadní mezinárodní řízení o získání patentové ochrany. Ve spolupráci Česka, Slovenska, Polska a Maďarska totiž zahajuje činnost Visegrádský patentový institut (VPI), díky kterému přihlašovatelé ušetří na poplatcích a získají možnost využít informační podporu pro mezinárodní přihlášky v českém jazyce. Pro české přihlašovatele se tak otevírá možnost nejen podávat mezinárodní patentové přihlášky podle Smlouvy o patentové spolupráci (PCT), ale vést mezinárodní fázi řízení o získání patentové ochrany právě u VPI. Zatím to bylo možné pouze u Evropského patentového úřadu. „Činnost VPI významně pomůže českému průmyslu, výzkumu a vývoji s ochranou technických inovací v zahraničí,“ říká Josef Kratochvíl, předseda Úřadu průmyslového vlastnictví (ÚPV). ÚPV předpokládá snížení nákladů cca o 25 % u přihlašovatelů – právnických osob, a cca o 37 % u přihlašovatelů – fyzických osob. Dalšími výhodami pro české přihlašovatele jsou možnosti využít informační podpory ÚPV a jednat ve věci své mezinárodní patentové přihlášky a zprávy o mezinárodní rešerši v českém jazyce. ÚPV též očekává, že se díky VPI bude zvyšovat počet patentových přihlášek českých přihlašovatelů, především firem a výzkumných institucí. Na světě se jen v roce 2015 přihlásilo k ochraně patentem 2 700 000 technických řešení. Například Rakousko vyprodukuje ročně téměř desetkrát více patentových přihlášek podaných do mezinárodního systému PCT než Česká republika. Přitom počet rakouských domácích přihlášek je s námi srovnatelný. Z ČR se do zahraničí podá jen desetina doma přihlášených technických řešení, zhruba 150–200 případů. V roce 2015 bylo v Česku podáno 880 patentových přihlášek. Nejvíce zastoupeny byly obory měření a optika, organická chemie, nebo doprava a skladování. Pokud jde o přihlašovatele, lze zaznamenat významnou aktivitu ze strany českých vysokých škol, které podaly více než jednu čtvrtinu všech přihlášek. »»www.patentuj.cz

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 10:35:45

AKTUÁLNĚ

VYUŽITÍ ESPRESSO KÁVOVARŮ V CHEMII Využití espresso přístrojů na kávu k původnímu účelu je dostatečně známo nejen chemikům. Výzkumníci však nedávno uvedli, že espresso přístroje je možno rychle a levně využít pro některé složité chemické analýzy, jako je např. testování škodlivých látek v prostředí.

hrnují použití žíravin nebo vysokých teplot. V této nově objevené technice tým degraduje plasty mírnějším a účinnějším způsobem procesem známým jako metathese. Látky potřebné pro novou metodu jsou vedlejšími produkty rafinace ropy, takže jsou relativně snadno dostupné. Zefektivnění technologie zahrnuje zvýšení aktivity katalyzátoru a jeho životnosti, snížení nákladů, jakož i rozvoj katalytických procesů.

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) jsou skupinou karcinogenních organických sloučenin, které jsou všudypřítomné v životním prostředí. Jsou generovány při nedokonalém spalování materiálů při lesních požárech, požárech průmyslových závodů a ve spalovnách odpadu. Ke stanovení hladiny PAU v půdě a sedimentu vědci nejprve extrahují látky ze vzorku, což je krok, který může trvat až 16 hodin a vyžaduje velké množství nebezpečných rozpouštědel. Novější techniky, které využívají vysoké teploty, jsou rychlejší a potřebují mnohem méně rozpouštědla, ale vyžadují drahou laboratorní techniku. Francesc A. Esteve-Turrillas a jeho kolegové vyzkoušeli pro extrakci espresso přístroj, ve kterém prochází horká tekutina přes malé množství kávy a ve kterém nahradili kávu půdou.

Originální publikace: Jia, Xiangqing and Qin, Chuan and Friedberger, Tobias and Guan, Zhibin and Huang, Zheng, Efficient and selective degradation of polyethylenes into liquid fuels and waxes under mild conditions; Science Advances, 2016

Vědci extrahovali vzorek půdy v kávovaru malým množstvím organického rozpouštědla a vody. Extrahovaný vzorek byl pak analyzován standardním chromatografickým postupem pro stanovení obsahu PAU. Proces trval jen 11 sekund. Výsledky získané „espresso“ postupem byly srovnatelné s výsledky získanými s certifikovanými technikami, ale nový proces byl výrazně levnější a rychlejší. Výzkumníci říkají, že tato studie ukazuje, že espresso přístroj může být použit jako nízkonákladová alternativa v chemické laboratoři. V současné době se testuje, zda tyto stroje mohou extrahovat a analyzovat pesticidy, léčiva a čisticích prostředky v potravinách a složkách životního prostředí.

Studie provedená na oddělení materiálového inženýrství na Univerzitě v Leuvenu (Belgie) – světově uznávaném pracovišti v oblasti expertíz, výzkumu a testování pokročilých kompozitních technologií, prokázala, že telen vykazuje o 50 % vyšší odolnost a čtyřikrát delší životnost v únavových testech než vyztužené epoxidové kompozity.

Originální publikace: Sergio Armenta, Miguel de la Guardia, and Francesc A. Esteve-Turrillas; Hard Cap Espresso Machines in Analytical Chemistry: What Else?; Analytical Chemistry, 2016 »»Zdroj: www.chemeurope.com

CHEMICI NALEZLI NOVÝ ZPŮSOB RECYKLACE PLASTOVÝCH ODPADŮ Nový způsob recyklace milionů tun plastových odpadů na kapalné palivo byl navržen výzkumníky z Univerzity v Kalifornii a Univerzity v Šanghaji. Plasty jsou nedílnou součástí moderního života, ale jejich spotřeba ve velkém objemu z nich učinila vážný ekologický problém. Cílem tohoto výzkumu bylo vyřešit otázku plastového znečištění, jakož i dosažení příznivého ekonomického výsledku vytvořením nového zdroje kapalného paliva. Vědci přišli na to, jak rozštěpit vazbu v polyethylenu, který je nejběžnějším komerčním plastem. Jejich inovativní technika se soustředí na využití alkanů. Závěry týmu byly nedávno publikovány v Science Advances. Vědci se snaží recyklovat plastové sáčky, lahve a další odpadky generované lidmi méně toxickými či energeticky méně náročnými technologiemi. Současné přístupy za-

»»Zdroj: www.chemeurope.com

POLYDICYKLOPENTADIEN -TELENE® JAKO MATRICE V KOMPOZITECH Studie použití polydicyklopentadienu jako matrice v kompozitech vyztužených skleněnými vlákny prokázaly jeho pozitivní vliv na pevnost a odolnost mechanickému namáhání.

Studie srovnává kompozit s telenovou matricí s běžným epoxidovým kompozitem. Zatímco lamináty založené na skleněných vláknech pojených epoxidovou pryskyřicí vykazují brzké lokální poškození a ztrátu mechanických vlastností, polydicyklopentadien si uchovává mechanické vlastnosti v průběhu celé zkoušky až do konečného zlomení. Další informace: K. Vallons, R. Drozdzak, M. Charret, S. V. Lomov , I. Verpoest; Composites: Part A 78 (2015) 191–200 doi:10.1016/j. compositesa.2015.08.016 »»www.telene.com

NOVÁ GENERACE OSVĚTLENÍ S NOVÝM TYPEM LUMINOFORU Výzkumníci z Univerzity v Leuvenu (Belgie) a Univerzity ve Štrasburku, ve spolupráci s Center for Natural Resource Studies (CNRS) objevili novou formu luminoforu, která by mohla zlevnit a zefektivnit příští generace zářivek a LED osvětlení. Tým použil vysoce luminiscenční klastry atomů stříbra a jako jejich nosič porézní krystalickou zeolitickou strukturu. Klastry stříbra se skládají z několika málo atomů stříbra a mají pozoruhodné optické vlastnosti. Nicméně současné aplikace jsou omezené, protože klastry mají tendenci se shlukovat do větších částic, čímž se ztrácí zajímavé optické vlastnosti. Profesor Hofkens a jeho tým nyní nalezli způsob, jak udržet stříbrné klastry od sebe tím, že je zapouzdří do porézní struktury zeolitů. Výsledkem jsou stabilní stříbrné klastry,

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Monitor_věda.indd 47

které si udržují své jedinečné optické vlastnosti. Zeolity jsou minerály, které se vyskytují v přírodě, nebo jsou synteticky vyráběné v průmyslovém měřítku. Tyto minerály mají velmi tuhou a dobře vymezenou strukturu průměrem pórů a velikostí vnitřního prostoru mřížky. Používají se jako součást pracích prášků (zeolit A), jako absorbenty, vysoušedla, nosiče katalyzátorů apod. Zeolity obsahují sodné nebo draselné ionty. Vědci při iontové výměně nahradili ionty alkalického kovu ionty stříbra a zkoumali vlastnosti vzniklých produktů. Za použití pokročilých technik zjistili, že strukturní, elektronické a optické vlastnosti zeolitu jsou silně ovlivněny stříbrnými klastry. Také se zjistilo, že tvar stříbrných klastrů je rozhodující pro získání správných fluorescenčních vlastností a je ovlivněn zejména tepelným zpracováním klastru. Klastry stříbrných atomů mohou být sestaveny do různých tvarů, včetně řetězců nebo pyramid. Tvar pyramidy je to, co je potřebné k dosažení nejlepších fluorescenčních vlastností, toho se dosahuje právě tepelným zpracováním. Zeolit vytváří pyramidu se čtyřmi atomy stříbra v rozích. To je přesně tvar a velikost, v němž toto seskupení vyzařuje největší množství fluorescenčního světla, s účinností téměř 100 %. Tyto vynálezy mají velký potenciál pro rozvoj nové generace zářivek a LED osvětlení a pro biologické zobrazování. Tato studie byla podpořena Evropskou unií: EU FP7-NMP-2012 SACS (Self-Assembly in Confined Space; GA-310651). »»www.kuleuven.be

NOVÉ SLOUČENINY REVERZIBILNĚ SE MĚNÍCÍ Z KAPALINY NA PEVNOU LÁTKU ZA POMOCI SVĚTLA A TEPLA Výzkumná skupina vedená profesorem Mochida Tomojuki (Universita v Kobe) a Dr. Funasako Yusuke (Tokijská univerzita) vyvinula koordinační sloučeninu obsahující kov (ruthenium), která přechází do pevné fáze, když je vystavena světlu, a vrací se do kapalné formy při zahřátí. Tato látka by mohla být použita pro fotolitografické technologie, jako je například výroba tištěných obvodů. Koordinační polymery jsou pevné látky s různými užitečnými aplikacemi. V posledních letech se výzkum koordinačních polymerů zvýšil a vědci vyvinuli mnoho způsobů, jak je syntetizovat, ale většina těchto metod se spoléhá na chemické reakce v roztocích. Jedná se o první příklad, při kterém se vytvářejí koordinační polymery vystavením kapaliny na světlo. Techniky, kterými lze ovládat vlastnosti materiálů přes vnější podněty, jako je světlo a teplo, jsou nesmírně důležité při vytváření materiálů pro aplikace v elektronice. Například materiály, které tuhnou při vystavení světlu (fotosenzitivní pryskyřice), se používají při vytváření tištěných obvodů, ale je obtížné jejich opětovné použití. Výzkumná skupina profesora Mochida navrhla, že pokud by se mohl řídit proces vzniku Dokončení na další straně

47

25. 7. 2016 10:35:45

AKTUÁLNĚ

vazeb mezi ionty kovů a organickými molekulami pomocí tepla a světla, mohl by se vytvořit materiál, který výrazně mění své vlastnosti, pokud je vystaven vnějším podnětům. Tato skupina se stala první na světě, která vyvinula iontovou kapalinu s rutheniovým komplexem s kyanoskupinami. Tato kapalina je bezbarvá, čirá, netěkavá a nezamrzne ani při –50 °C. Pokud se použije ultrafialové světlo po dobu několika hodin, změní se na amorfní koordinační polymer, a pokud se této pevné látce dodá teplo po dobu jedné minuty při teplotě 130 °C, tak se vrátí do své původní iontové kapalné formy. Tímto způsobem, za použití světla a tepla, skupina realizovala reverzibilní transformaci mezi iontovou kapalinou a pevným koordinačním polymerem – dvě látky se zcela různými strukturami a různými chemickými vlastnostmi. Tento výzkum vedl k úspěšnému vytvoření opakovaně použitelných tvrditelných kapalin. To může být potenciálně aplikováno na desky s plošnými spoji, 3D tisk a lepidla. Originální publikace: Yusuke Funasako, Shotaro Mori and Tomoyuki Mochida, Reversible transformation between ionic liquids and coordination polymers by application of light and heat, Chemical Communications, 2016 »»Zdroj: www.chemeurope.com

POČÍTAČOVÁ SIMULACE POLOVODIČOVÝCH MATERIÁLŮ NA BÁZI NITRIDŮ Výzkumníci pomocí počítačové simulace identifikovali dříve neobjevené polovodiče se slibnými vlastnostmi pro optické a elektronické aplikace. Objev nových polovodivých materiálů je vědecky a technologicky důležitou otázkou. Stále propracovanější elektronická zařízení, jako jsou chytré telefony a laptopy zvyšují poptávku po polovodičích s širšími rozsahy vlastností. Na Tokijské univerzitě použili počítačovou simulaci pro screening sloučenin vhodných jako polovodiče. Studie identifikovala celkem 11 dříve neuváděných materiálů, včetně obzvláště nadějného nitridu zinku s vápníkem (CaZn2N2). Výzkumníci omezili své studium na nitridy, protože mají tendenci být chemicky stabilní a mohou být snadno připraveny stávajícími technikami. Dusík je také prvek široce hojný a šetrný k životnímu prostředí, ale v současné době jsou nitridy používané v průmyslu do značné míry omezeny na sloučeniny gallia a india. Díky podobnosti v elektronické struktuře vědci usoudili, že ternární nitridy zinku

by mohly být slibné sloučeniny pro polovodiče. Výzkumníci zdůrazňují, že polovodičový CaZn2N2 by měl mít vysokou elektrickou vodivost a silnou interakci se světlem. Tyto vlastnosti jsou indikátory dobrého výkonu v optoelektronických aplikacích, jako jsou světlo emitující diody (LED) a solární články. Je také vyroben výhradně z v přírodě hojných prvků, a tak může být relativně levný. Syntéza materiálu vysokotlakými technikami potvrdila očekávané vlastnosti a také ukázala červenou luminiscenci i při pokojové teplotě. Dokument také ukazuje, že jiné materiály běžně dostupné, jako je například nitrid vápníku a hořčíku, mohou být použity k úpravě elektrických vlastností CaZn2N2, což dále zvyšuje možnosti tohoto materiálu pro použití v elektronice. Originální publikace: Yoyo Hinuma, Taisuke Hatakeyama, Yu Kumagai, Lee A. Burton, Hikaru Sato, Yoshinori Muraba, Soshi Iimura, Hidenori Hiramatsu, Isao Tanaka, Hideo Hosono & Fumiyasu, Discovery of earth-abundant nitride semiconductors by computational screening and high-pressure synthesis, Nature Communications 7,11962 (2016), DOI: 10.1038/ncomms11962. »»www.titech.ac.jp

JAK BYLO LETOS V MIKULOVĚ NA ICCT 2016? Skvěle. Jako každý rok. Již počtvrté se sešli nadšení chemici z výzkumné, vědecké, akademické a průmyslové sféry na Mezinárodní chemicko-technologické konferenci ICCT 2016 v nádherném prostředí Mikulova. Úspěch této akce jistě dosvědčuje fakt, že, na rozdíl od jiných konferencí, počet účastníků neklesá. I letos zavítalo do Mikulova na 290 vědců různých věkových kategorií z mnoha institucí, a co je velmi příznivé, neklesá zejména počet účastníků z řad mladších vědeckých pracovníků a studentů. Z toho vyplývá stálý zájem mladých, a nás, starší ročníky, velmi těší, že nám vyrůstá nadšená, nová, mladá a šikovná nastupující generace. Letos organizátoři připravili i jednu změnu, v souvislosti s rostoucím počtem zahraničních účastníků byly příspěvky k registraci a do sborníku zasílány v angličtině. Samotné přednášky pak probíhaly v češtině, slovenštině nebo angličtině, ale prezentace a postery byly v jazyce anglickém. Zvláště u prezentací přednášek vedla tato změna k příjemnému efektu, prezentace byly nezvykle stručné, přehledné, většinou i velmi pečlivě připravené a byly prosty jinak často se vyskytujících doslovných kopií obsáhlých českých textů z výzkumných zpráv nebo diplomových prací. Přednášky probíhaly v několika sekcích zasedajících v sálech s chutnými jmény jako Cabernet, Sauvignon, Pálava, Frankovka či Tramín hotelu Galant. Oproti předešlým rokům byl odborný rozsah konference rozšířen z důvodu vysoké multidisciplinarity chemické

48

Monitor_věda.indd 48

výroby a technologie, chemického inženýrství, chemického průmyslu, výzkumu i vzdělávání. Přednášky a diskuze tak zněly v panelech Petrochemie a organická technologie; Ropa, plyn, uhlí, paliva, biopaliva; Polymery, kompozity; Anorganická technologie; Materiálové inženýrství; Biotechnologie a biorafinace; Syntéza a výroba léčiv; Zachycování a ukládání CO2; Zpracování odpadů, ochrana ovzduší a vod, technologie pro dekontaminaci půd; Bezpečné řízení procesů, prevence havárií, analýza rizik.

nášce, je velmi hodnotný nejen společensky, ale též odborně. Ať tomu někdo věří či nikoli, právě v těchto chvílích vzniká velké množství budoucích spoluprací.

Již tradičně byla udělena cena Viktora Ettela. Za přínos k rozvoji chemického průmyslu v České republice ji v tomto roce obdržel prof. Ing. Jiří Hanika, DrSc., a protože milého, přátelského a veselého Jirku všichni známe, moc jsme mu to přáli a tleskal mu celý sál.

Jediné, čeho lze vážně litovat, ale tak je to se všemi akcemi, kde se cítíte dobře, že vše trvá jen krátce a velmi rychle skončí. Na tak nabitý program trvá tato konference opravdu jen velmi krátce a nelze, bohužel, stihnout vše, co by člověk rád. Díky krátkému času tak probíhají paralelně zajímavé sekce s řadou přednášek, které bychom rádi slyšeli, ale nemůžeme, protože ve stejné době stojíme v jiném sále nesoucí jméno dobrého moravského vínka, sami držíme prezentér, přepínáme slidy a povídáme o tom, jak jsme byli uplynulý rok vědecky plodní.

K odbornému programu každé konference, nejen ICCT, patří i společenská stránka akce. Upřímně, řada z nás jezdí na konference ze dvou důvodů: (i) dozvědět se, co je v naší odborné oblasti nového a (ii) setkat se, mnohdy po velmi dlouhé době, s milými kolegy a kolegyněmi z různých institucí. Program byl sice nabitý, ale i tak mnohým vyšla alespoň chvilka vyběhnout na Svatý kopeček, do historického centra, na Kozí Hrádek, do Synagogy, na zámek, či i do vzdálenějších míst nádherné Pálavy. Na druhou stranu chladnější a deštivější počasí nijak nesnižovalo počet účastníků v jednotlivých sálech při prezentacích. A společenský večer, kde se u sklenky dobrého vína prodiskutuje vše, co se nestihlo v rámci krátké diskuze u posteru či po před-

Článek je převzat se svolením redakce z časopisu Chemické listy (Chem. Listy 110, 537–538 (2016)).

Nejedna písnička opěvuje tuto nádhernou moravskou oblast kolem Mikulova, Valtic, Lednice, mohu zmínit třeba tu od Žalmana: „krásnou Pálavou, krásný holky jdou, bez krojů a bosý, džbánky cinkají, víno chutnají, až se těla bílá orosí….“ A pokud nevěříte, přijeďte se podívat sami. Organizátoři přislíbili, že i příští rok uspořádají toto velmi cenné a milé setkání, a že snad opět proběhne v Mikulově. Organizátorům velmi děkujeme za letošní ročník a přejeme šťastnou ruku při vybírání atraktivních témat pro plenární přednášky i pro další odborné příspěvky v příštím roce. Zdeňka KOLSKÁ

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

25. 7. 2016 10:35:47

VELETRHY A KONFERENCE

4.–7.9.2016 Novotného lávka 5, Praha 1

68. Sjezd chemiků

Pořádá: ČSCH, SCHS, ČSVTS a EuCheMS I: http://sjezd.csch.cz/ 6. a 7.9.2016 Praha

KURZY REACH-IT 3.0 A IUCLID6 Systém REACH-IT je centrálním bodem komunikace s ECHA a plněním povinností plynoucích z nařízení REACH a CLP. Pouze za pomoci těchto nástrojů je možné provádět předregistrace, registrace chemických látek podle REACH, oznamovat klasifikaci a označení dle článku 40 nařízení CLP nebo oznamovat SVHC látky v předmětech. Oba zmíněné IT systémy prošly k 21.6.2016 zásadními změnami. V současné době ReachSpektrum s.r.o. pro své stálé klienty pracuje na převedení jejich registračních dokumentací do IUCLID6 a aktualizuje nastavení uživatelských účtů v REACH-IT 3.0. Termíny připravovaných kurzů: • IUCLID6 BASIC, 6.9.2016 v Praze • REACH-IT, 7.9.2016 v Praze ReachSpektrum je připraveno poskytnout podporu při instalaci IUCLID6 přímo na vašem pracovišti nebo zajistit kurz v regionu. I: www.reachspektrum.eu 7.–9.9.2016, Top Hotel. Praha

27. Mikrobiologický kongres 27. Kongres Československé společnosti mikrobiologické, který se uskteční ve spolupráci s Mikrobiologickým ústavem Akademie věd České republiky, v.v.i., bude jako obvykle věnovaný všem oblastem základní i aplikované mikrobiologie a příbuzných oborů, tj. obecná mikrobiologie, fyziologie mikroorganismů, biotechnologie, biochemie, virologie, imunologie, studium primárních a sekundárních metabolitů, diagnostika mikroorganismů, lékařská a veterinární mikrobiologie, nové a hrozící infekce, lékařská mykologie, gnotobiologie, forenzní mikrobiologie, genomika, proteomika, transkriptomika, bioinformatika, environmentální mikrobiologie, biofilmy, mikrobiologie potravin, probiotika, mikrobiologie vody, bioremediace, biotransformace, sbírky mikroorganismů, obecná a experimentální mykologie, výuka mikrobiologie. Další témata budou zařazena podle zájmu účastníků.

jejich tvorbu a využití informací z webu chemické Agentury. Chcete víc? Dobrá, přidáme přehled nejčastějších chyb v bezpečnostních listech, na kterých vás už inspekce nenachytá. V programu nebude chybět ani práce se scénáři expozice. I: www.reachspektrum.eu

13. Xenobiochemie a molekulární toxikologie. Pořádá: Česká společnost pro biochemii a molekulární biologii a Slovenská spoločnost pre biochémiu a molekulárnu biológiu I: www.csbmb2016.cz 14.–15.9.2016 Graz University of Technology, Rakousko

8.–9.9.2016 Hotel Fontána na Brněnské přehradě

ICPE 2016 – 7th International Congress on Pharmaceutical Engineering

Společnost HUMUSOFT s.r.o. zve k účasti na dalším ročníku setkání uživatelů a příznivců výpočetních a simulačních prostředí MATLAB® a COMSOL Multiphysics®.

• Advanced Pharmaceutical Manufacturing • Continuous manufacturing • PAT for continuous manufacturing • Regulatory aspects of continuous manufacturing.

Technical Computing Camp 2016

V průběhu akce Technical Computing Camp představíme moderní nástroje pro technické výpočty a počítačovou simulaci MATLAB a COMSOL Multiphysics a ukážeme jejich využití ve spojení s celou řadou hi-tech „hraček“ (LEGO, Arduino, Raspberry Pi, Kinect, roboti, mobilní zařízení, kamery, ...). Ve spolupráci se slovenským Národným centrom robotiky si letos poprvé budete moci vyzkoušet práci s robotem NAO, makerspace Dílna 21 uspořádá klání Zumo robotů, u kterých budete programovat jejich chování. Také si ukážeme nejnovější nástroje pro analýzu rozsáhlých dat, strojové učení, počítačové vidění, modelování fyzikálních systémů či návrh a ladění řídicích systémů. V programu akce naleznete přednášky, praktické ukázky i prostor pro vlastní práci pod dohledem našich specialistů. Přednášet budou odborníci z firmy HUMUSOFT s.r.o., MathWorks i další zvaní přednášející. V rámci „Technical Computing Camp“ bude probíhat soutěž o nejlepší uživatelský projekt. Studenti se mohou zúčastnit i se svou diplomovou či bakalářskou prací. Setkání je určeno všem, kteří se v neformálním prostředí chtějí dozvědět více o možnostech využití inženýrských nástrojů MATLAB a COMSOL Multiphysics. Na své si přijdou jak stávající uživatelé uvedených systémů, tak začátečníci a příznivci výpočetních, modelovacích a simulačních systémů. Nástroje si budete moci vyzkoušet a následně své poznatky a dotazy diskutovat s dalšími účastníky. I: www.humusoft.cz/tcc

Pořádá: APV Arbeitsgemeinschaft für Pharmazeutische Verfahrenstechnik e.V., Mainz, DE I: www.apv-mainz.de 20.–21.9.2016 Hotel Don Giovani, Prague

APV/IPEC Europe Excipient Conference 2016 The conference will focus on “hot topics” in the area of excipient regulation and technology. As part of the programme we will offer three parallel workshops to provide practical, hands-on insight and discussion on pressing regulatory topics, with a view to developing joint solutions. These workshops will focus on the implementation of ICH Q3D, risk assessment for excipient GMP and atypical actives. Pořádá: APV Arbeitsgemeinschaft für Pharmazeutische Verfahrenstechnik e.V., Mainz, DE I: www.apv-mainz.de 3.–6.10.2016 Hotel DUO, Praha 9

INDC – 16th International Nutrition and Diagnostics Conference Cílem konference je pochopení vztahu a spojení mezi výživou a klinickou diagnostikou. INDC je tradičním místem setkávání pro lidi, kteří se zajímají o to, jak strava ovlivňuje naše zdraví, pracovní výkonnost, pocity a stárnutí. Letošní ročník přivítá odborníky z oblastí jako je výživa, klinická biochemie, potravinářské technologie, analytická chemie a medicína. Pořádá: RADANAL s.r.o., Pardubice I: www.indc.cz 3.–7.10.2016 Výstaviště Brno

MSV 2016

13.–16.9.2016 NTK, Praha 6

V rámci programu budou uspořádány dva diskusní stoly:

XXV. biochemický sjezd

Mezinárodní veletrh plastů, pryže a kompozitů PLASTEX.

Témata sjezdu:

I: www.msv.cz

– (Bio) deteriorace kulturních památek. – Forenzní genetika a mikrobiologie, archeogenetika a paleomikrobiologie.

1. Biochemie membrán a bioenergetika 2. Bioelektrochemie a bioanalytika 3. Bioinformatika a výpočetní biochemie 4. Biotechnologie 5. Buněčná signalizace a buněčná regulace 6. Glykobiochemie 7. Molekulární genetika v biochemii a medicíně 8. Pathobiochemie a klinická biochemie 9. Proteomika a metabolomika 10. Struktura a funkce biomolekul 11. Výuka biochemie 12. Vývojová a srovnávací biochemie

7.–8.11.2016 hotel Jezerka, Seč u Chrudimi

I: www.cssm.info 8.9.2016 Praha

KURZ BEZPEČNOSTNÍ LISTY (SNADNO) A SPRÁVNĚ ReachSpektrum s.r.o. nabízí kurz, kde se naučíte připravit bezpečnostní list v souladu s posledním nařízením 830/2015. Stále chceme mít kurzy praktické, proto se podrobně podíváme na možné typy bezpečnostních listů, aktualizovaný návod ECHA pro

CHEMAGAZÍN • Číslo 4 • Ročník XXVI (2016)

Semináře_4-2016_v2.indd 49

IX. Konference pigmenty a pojiva

Odborná událost zaměřená na aplikovaný výzkum a vývoj v oblasti pigmentů, pojiv a specialit pro povrchové úpravy a výrobu nátěrových hmot. Již nyní je zaregistrováno téměř 20 přednášek a posterů. Hlavním sponzorem konference je společnost Synthesia a.s., partnerem jsou společnosti Nicolet CZ s.r.o. a RADKA s.r.o. Očekávají se prezentace dalších téměř dvou desítek firem. Pořádá: CHEMAGAZÍN s.r.o. ve spolupráci s ÚChML, FCHT, Univerzity Pardubice I: www.pigmentyapojiva.cz

49

24. 7. 2016 17:31:19

né ož 6! vl 1 é .20 en 9 íž 0. Sn o 3 d

IX. Konference PIGMENTY A POJIVA Pigmenty – Pojiva – Speciální materiály 7.–8. listopad 2016 Kongres hotel JEZERKA***, Seč u Chrudimi Konference zaměřená na aplikovaný výzkum z oblasti pigmentů, pojiv a specialit pro povrchové úpravy materiálů pomocí organických povlaků a nátěrových hmot. Je platformou k setkání zástupců výrobních firem, výzkumu a vývoje, univerzitní sféry a obchodních společností. Uzávěrka zařazení přednášek do programu konference je 31.7.2016. TÉMATA KONFERENCE PIGMENTY – VÝROBA, VLASTNOSTI A APLIKACE • Pigmenty – bílé a barevné (organické / anorganické) • Antikorozní pigmenty • Aplikace pigmentů – stavebnictví, nátěrové hmoty, plasty a kaučuky POJIVA – VLASTNOSTI A APLIKACE • Anorganická pojiva – křemičitá, hlinito-křemičitá a fosforečná pojiva pro keramiku, stavebnictví, vysokoteplotní nátěry, slévárenské směsi, speciální pojiva pro stavebnictví • Organická pojiva – pro nátěrové hmoty a stavebnictví • Aditiva – přísady a příměsi pro stavební chemii, nátěrové hmoty a plasty • Aplikace pojiv – stavebnictví, nátěrové hmoty, slévárenství, výroba plastů SPECIÁLNÍ MATERIÁLY / LEGISLATIVA • Kovové nanomateriály (NM) – Fe, Ag, Au atd. • Uhlíkové NM – nanotrubičky, fullereny, saze, nanodiamanty • Organické NM – nanovlákna, dendrimery, polystyren • Oxidy kovů – TiO2, SiO2, Al2O3, ZnO, ZrO2 • Anorganické NM – anorganická vlákna, jíly, zeolity, silikáty • Aplikace nanomateriálů • Smart coatings • Legislativa a ochrana životního prostředí

Hlavní sponzor

Partneři

Organizátoři

Organizuje CHEMAGAZÍN ve spolupráci s Ústavem chemie a technologie makromolekulárních látek, Fakulty chemicko-technologické, Univerzity Pardubice Kontakt – vědecký výbor: Dr.Ing. Petr ANTOŠ, Ph.D., CHEMAGAZÍN s.r.o., [email protected], T: 725 500 826 Prof. Ing. Andréa KALENDOVÁ, Ph.D., Univerzita Pardubice, FCHT, ÚCHTML, T: 728 994 274, [email protected] Kontakt – organizátor: Tomáš Rotrekl, CHEMAGAZÍN s.r.o., T: 603 211 803, [email protected]

www.pigmentyapojiva.cz Leták2016_v5.indd 1

24. 7. 2016 17:32:03

10. mezinárodní veletrh obráběcích a tvářecích strojů

58. mezinárodní strojírenský veletrh

MSV 2016

IMT 2016

Čína – partnerská země MSV 2016

MSV 2016

Zaregistrujte se před svou návštěvou veletrhu, ušetříte čas i peníze! www.bvv.cz/msv

3.–7. 10. 2016 Brno – Výstaviště

Absolutní jistota pro vaše analytické výsledky CERTIFIKOVANÉ REFERENČNÍ MATERIÁLY CERTIPUR® MERCK S DVOJITOU AKREDITACÍ PODLE DIN EN ISO/IEC 17025 A ISO GUIDE 34 Vaše výhody: Bezpečnost ve vašem systému řízení jakosti •

Dokumentace pro QA/QC

•

Splnění podmínek interních a externích auditů

•

Přesnost, opakovatelnost a srovnatelnost výsledků díky konstantní kvalitě našich referenčních materiálů

•

Úspora nákladů a času, protože naše referenční materiály přispívají k optimalizaci měření a nevyžadují vícenásobné opakování měření

Certifikované referenční materiály podle ISO 17025 a ISO Guide 34 CertiPUR® ICP referenční materiály CertiPUR® Conductivity referenční materiály pro vodivost Certipur® pH pufry a substance Certifikované referenční materiály podle ISO 17025 Certipur® AAS referenční materiály Certipur® Volumetric standards referenční materiály pro titrace Apura® referenční materiály pro stanovení vody podle KF

www.merckmillipore.cz www.merckmillipore.sk