Rozhovor s nově jmenovanou profesorkou Janou Kukutschovou

Jaké mikrometrické částice a nanočástice se uvolňují do ovzduší při brzdění automobilů a jaký mají účinek na organismus? Tématem environmentálních aspektů nanomateriálů nás provede docentka Mgr. Jana Kukutschová, Ph.D.

Jakým tématům se věnujete v rámci vědecko-výzkumné činnosti na univerzitě? V jakých orgánech pracujete?

Na CPIT (Centrum pokročilých inovačních technologií) se věnujeme různým aspektům pevných částic, které vznikají  vybranými antropogenními procesy. V našem případě se jedná o nespalovací procesy v dopravě, konkrétně o otěr  brzdových desek a kotoučů. Všechna tato zkoumání navazují i na mé druhé pracoviště – RMTVC (Regionální materiálově-technologické výzkumné centrum, Fakulty materiálově-technologické), kde disponujeme brzdovým dynamometrem, což je poměrně unikátní zařízení. Simulujeme na něm podmínky provozu osobních automobilů: jízdu ve městě, mimo město, na dálnici a podobně. Z výsledků pak zkoumáme, jakých velikostí uvolňující se částice nabývají, odebíráme je, analyzujeme a to vše ve vazbě na složení materiálů zejména brzdových desek.

Takto studujeme jak komerční materiály dostupné na trhu, ale také jsme schopni laboratorně připravovat reálné brzdové desky a navrhovat/modifikovat jejich složení. Můžeme nahrazovat složky, které jsou rizikové (např. mutagenní), nebo ty, které přispívají k největším emisím nanometrických částic a tím kontrolovat množství emitovaných částic těch nejmenších velikostí. Kromě mikrometrických částic, které se standardně sledují při hodnocení kvality ovzduší, kvantitativně sledujeme také nanočástice. Právě tento parametr se běžně u kvality ovzduší nesleduje. Na danou problematiku jsme se dívali z pohledu jak modifikovat materiály, abychom docílili co nejmenších emisí pevných částic.

Je možné dosáhnou nulových emisí z těchto zdrojů?

To nelze. Ale snažíme se je mít alespoň pod kontrolou a snížit je na minimum při současném používání frikčních brzdových systémů. Běžně detekujeme nanometrické částice pod 100 nm v koncentracích a za drastičtějších podmínek provozu až 250  milionů částic na cm2. A to ani není pro jeden celý automobil, tyto hodnoty jsou měřeny pro jedno kolo! A když si vezmeme, že celosvětově už v roce 2010 přesáhl počet registrovaných automobilů jednu miliardu, tak to není zrovna zanedbatelná hodnota.

V jakých dalších oblastech se měření znečištění nanočásticemi věnujete?

I díky tomu, že se začíná klást důraz na ekologicky šetrné výrobky a technologie, začíná se oblast emisí nanočástic zkoumat i u průmyslu. V roce 2010 jsme jako první přišli s detailní charakterizací nanometrických částic, které se uvolňují při simulovaném brzdění automobilů z komerčních brzdových desek. Na toto téma jsme publikovali článek v Environmental Pollution, který má i dnes stále slušný citační ohlas. Přesně jsme popsali, za jakých podmínek testování dochází k největší produkci nanometrických částic, dále jaký mají tvar, jaké je jejich složení,… V návaznosti na to se nám ozvalo několik zástupců  průmyslu ze zahraničí, kteří četli naši studii a ptali se nás, jestli by bylo možné ji zopakovat pro jejich materiály. Z této zkušenosti mohu jasně říci, že publikace v impaktovaném článku je nejlepší reklamou pro vědeckou práci a díky tomu se o aktivitách daného týmu dozvědí i cílové skupiny jako jsou potenciální zákazníci z průmyslu, ale také partneři z akademické sféry, kteří hledají partnery pro konsorcia zahraničních projektů.

Ale ani evropská, ani česká legislativa zatím emise z otěru brzd nijak neřeší…

Na Státní technické kontrole se aktuálně totiž řeší pouze emise ze spalovacích procesů, opomíjí se ty ostatní, které v reálu rovněž přispívají. V Evropské unii se chystá legislativa, která by se měla této oblasti věnovat. Všechny materiály, které se do brzdových destiček používají, ale hlavně samotné materiály brzdových desek, by se v budoucnu měly začít testovat podle standardní procedury. Právě toto si naši partneři z průmyslu dobře uvědomují a chtějí být připraveni, až začne tato legislativa platit. Naší výhodou je, že nejsme jako univerzita tolik vytížení, co se týče rutinních analýz. V průmyslu je k dispozici velký počet brzdových dynamometrů, které máme my, ale jedou non-stop. Naší výhodou je, že oproti nim máme více prostoru pro vědeckou práci, což průmysl aktuálně oceňuje.

Váš tým disponuje také užitnými vzory. V jaké oblasti?

V rámci projektu TAČR (Technologická agentura ČR) jsme spolupracovali s průmyslovým partnerem, který vyrábí různé sloučeniny titanu. A z naší spolupráce tak vzniklo několik výstupů aplikovaného výzkumu. Řešili jsme, jak mohou titanáty (specifická sloučenina titanu, pozn. red.) ovlivňovat frikční účinnost a otěr brzdových destiček, když se přimíchají do frikčních směsí. Námi použitý materiál má nevláknitou morfologii, ale standardně se titanáty používají ve formě krátkých vláken. Z hlediska WHO jsou tyto složky potenciálně rizikové, proto jsme se snažili přijít s nevláknitou morfologií titanátů. Zjišťovali jsme, jak moc přídavek této nové složky ovlivní frikční účinnost frikčního materiálu nebo jestli ji třeba i zlepší. Už se o to začali zajímat i někteří výrobci brzdových systémů, měli jsme znatelný ohlas také na konferenci Eurobrake 2018.

Zabýváte se velmi zajímavými tématy. Co bylo první impulzem, díky kterému se věnujete nanovědám?

Nanovědy se zabývají různými aspekty nanomateriálů a také tím, jak se nanomateriály chovají v životní prostředí. Studovala jsem biologii a chemii na Přírodovědecké fakultě Ostravské univerzity. Věděla jsem, že bych se chtěla věnovat tomu, jak různé chemické látky/materiály ovlivňují živé systémy. Má disertační práce se zabývala toxicitou a mutagenitou prachových částic z pyrometalurgických provozů. V důsledku toho, že se jedná o vysokoteplotní procesy, což je mimo jiné i brzdění automobilů, tam také vznikají velmi jemné částice. K dopravě jsem se dostala díky profesoru Filipovi, který působí na Southern Illinois University, Carbondale v USA. Byl a je pro mě mentorem, stále spolupracujeme a vymýšlíme nové aktivity a publikace. Nejdříve jsme charakterizovali jen to, co spadne na povrchy cest. Pak jsme oslovili kolegy, kteří disponovali vhodnými technikami, a zjistili jsme, že v důsledku vysokých tlaků a teplot, kterých je při frikčních procesech dosahováno, se uvolňují částice o velikostech od 20 nm.

Spolupracujete také s kolegy z jiných univerzit?

Určitě. Naše aktivity jsou silně multidisciplinární a vyžaduje to zapojení odborníků z různých oborů, věnujeme se materiálovým vědám, chemii, práce na dynamometru přesahují do strojařiny, zabýváme se vědami o aerosolových částicích, biologiitoxikologii, ale i patologii. Z hlediska mezinárodní spolupráce se k nám do Ostravy sjíždějí např. kolegové z Itálie, Velké Británie, Německa.
Před čtyřmi lety se mi ozvala profesorka Barbara Maher z Lancaster University ve Velké Británii, která patří mezi Top 10 v UK, že četla několik našich článků a že se to krásně doplňuje s tím, co zkoumá ona. Zabývá se environmentálním magnetismem. Měří magnetické vlastnosti materiálů v prostředí a zaujaly ji také emise těchto částic z brzd. V rámci naší spolupráce již finišujeme s přípravami měřící kampaně pro jednoho zahraničního výrobce luxusních automobilů. Chtěly bychom také podávat společné projekty. Máme vazbu i na univerzitu v Parmě v Itálii. Měli jsme u nás na stáži doktoranda, kdy na našem vybavení měřil své vzorky a sbíral data, a teď chystáme společnou publikaci. A dotyčný student má zájem se ucházet o další stáž u nás na univerzitě již jako vědecký pracovník.

Paralelně s částicemi z brzd jste se věnovali také chemické analýze biologického materiálu... V čem spočívala vaše práce?

Ve spolupráci s Fakultní nemocnicí Ostrava jsme začali analyzovat různé vzorky biologického materiálu z pohledu možné přítomnosti pevných částic, protože jsme si s kolegy říkali, že když máme důkazy o tom, že tyto částice se do prostředí uvolňují, tak je nadmíru pravděpodobné, že se asi budou dostávat i do lidského organismu. A ukázalo se, že jsou tam. Takže nám to začalo krásně zapadat. Jsme přímo vystaveni nanočásticím, které se uvolňují do ovzduší. Otázkou je, jak se s tím organismus vyrovnává. Řešili jsme například pacienty s chronickým zánětem krčních mandlí, u nichž problémy neustupovaly ani po přeléčení antibiotiky. Vyžádali jsme si vzorky a nenašli jsme mandle, kde by pevné částice nebyly. Bylo by špatně tuto situaci přehlížet. Znečištěnému ovzduší se prostě nemůžeme vyhnout a tato problematika se musí řešit primárně na úrovni zdrojů, které je emitují. A zde se dostáváme opět k brzdám jako jednomu z těchto zdrojů.

Kde všude se s nanomateriály můžeme setkat?

Aplikací nanomateriálů je dnes již strašně mnoho. Používají se i v potravinách třeba pro zlepšení trvanlivosti, v kosmetickém průmyslu hojně například v opalovacích krémech, dělají zubní pasty bělejší a podobně. S touto informací ale musíte zacházet obezřetně, abychom neživili nanofobii. Přínos používání nanomateriálů může být značný, ale stejně tak mohou být značná jejich rizika. Proto se k této problematice musí přistupovat obezřetně a ve vyspělých zemích se již razí strategie „Better safe than sorry“.

Co pro vás znamená zisk titulu prof.?

Tohle je asi nejtěžší otázka, kterou jste mi položila. Nemůžu ji totiž exaktně definovat (smích). Je to pro mě jistý závazek produkovat kvalitní výsledky a jít dál. Když člověk dělá, co ho baví, tak bere zisk titulu jako bonus, ale určitě to není ten hlavní a jediný cíl. Je to určitě otevření dveří a možností, kam pokračovat, rozjet nové projekty a získat novou spolupráci. Osobně působím i v některých mezinárodních orgánech: jsem členkou panelu Horizon pod Evropskou komisí, byla jsem přizvána jako člen expertního panelu Ministerstva vysokého školství a výzkumu Itálie pro hodnocení projektů a v recenzních radách vědeckých časopisů a odborných konferencí např. ve Velké Británii, USA a podobně.  Samozřejmě to, co je za mnou není je o mně. Týmová práce je hrozně důležitá a musíte se obklopit lidmi, které stejně jako vás bude bavit jejich práce. Pak jim nebude vadit pracovat v pátek večer nebo v sobotu odpoledne. Navíc si můžeme důvěřovat a máme v týmu přátelskou atmosféru. Intriky jsou kontraproduktivní! Tvůrčí práce se navíc nedá dělat jen v kanceláři... Ne nadarmo se říká, že někteří nejvíc pracují, když vypadají, že nedělají nic (smích).

Prof. Jana Kukutschová vystudovala obor Chemická metalurgie na Fakultě metalurgie a materiálového inženýrství na VŠB-TUO. Na univerzitě nyní zastává roli vedoucí Oddělení nanověd a technologií Centra pokročilých inovačních technologií. Vede studenty ve dvou předmětech: Biologické nanostruktury a Toxikologie nanomateriálů. Spolupracuje s významnými průmyslovými partnery, jako je ITT Motion Technologies (Itálie), ITT Holding (CZ) nebo Brembo s.p.a. (Itálie). Dále je také aktivní členkou PMP Group (UNECE) – připravuje návrh pro EU legislativu pro kontrolu a regulaci emisí. Působí také v několika odborných periodicích a jako hodnotitel projektových návrhů v ČR i zahraničí.

Autorkou rozhovoru je: Šárka Sikorová, stážistka oddělení Vztahy s veřejností