Můj vynález vznikl pozorováním přírodního úkazu

Docent Miroslav Sedláček z ČVUT překvapil objevem, který se bez nadsázky dá považovat za revoluční. Jeho speciální turbína je totiž schopna vyrobit elektřinu i tam, kde by jiné typy vodních turbín nebyly efektivní. Otvírá se tím možnost získat energii i v místech, jež jsou mimo dosah elektrické sítě. K tomu, aby jeho zařízení vyrábělo elektřinu, stačí jen nevelká říčka či potok. Také instalace tohoto typu turbíny je nesrovnatelně snadnější než je tomu u jiných typů vodních turbín. Objev tohoto českého vědce by mohl splnit sen mnoha lidí o energetické nezávislosti. Za svůj objev byl docent Sedláček nominován na cenu Vynález roku, udělovanou Evropským patentovým úřadem.

V jednom z článků o vás jsem se dočetl, že váš vynález inspiroval pohled na listy ve vodním víru. Bylo tomu skutečně tak?

Ano, můj vynález vznikl jako výsledek pozorování přírodního úkazu, kdy se za určitých okolností začnou ve vodním víru plovoucí předměty odvalovat (koulet). Sami se můžeme přesvědčit, že například ve vodním víru, který vznikl v nějaké přirozeně vytvořené tůni, se plovoucí věci občas koulí podél její vnitřní stěny a tím se otáčí proti směru víru.

Můžete princip svého vynálezu, takzvané "odvalovací turbíny" přiblížit? Jak pracuje, v čem spočívá jeho mimořádnost?

V situaci, kdy většina klasických vodních zdrojů pro výrobu energie je v našich podmínkách téměř vyčerpána, může se jevit jako výhodné, hledat nové možnosti i na úseku malých vodních zdrojů s marginálním energetickým potenciálem. V naší přírodě, ale i jinde ve světě, se nachází relativně velké množství těchto marginálních vodních zdrojů, které za určitých podmínek mohou být využity pro ekologicky šetrný a ekonomicky efektivní rozvoj území. Může k tomu být využitý i tzv. odvalovací tekutinový stroj, tedy vodní turbína bez lopatek, která funguje na principu obíhání rotoru uvnitř výtokového konfuzoru. Rotor má obyčejně tvar polokoule nebo komolého kuželu a protékající kapalina ho vychýlí ke stěně konfuzoru – dutého válce, který se směrem k výtoku zužuje. A následně je rotor odvalován a tím se otáčí kolem svojí osy.

Za svůj vynález jste byl nominován na cenu udělovanou Evropským patentovým úřadem, který vybíral z celkem čtyř set vědců z celého světa. Nominováno ovšem bylo pouhých patnáct, mezi nimi také Vy, což je mimořádný úspěch. Kdy jste se o nominaci dozvěděl a jaké byly vaše první reakce?

Na tomto místě bych chtěl nejdříve poděkovat naší univerzitě, protože do soutěže Evropský vynálezce roku 2016 mě přihlásil rektorát Českého vysokého učení technického v Praze. Přihláška se odesílala Evropskému patentovému úřadu se sídlem v Mnichově, který s ní pak dále pracoval. Z evropských zemí bylo nominováno celkem 12 přihlášených a tři další patřili do kategorie „neevropské státy“. Oznámení o nominaci jsem obdržel na svůj školní mail a stálo v něm, že nezávislá komise vybrala moji přihlášku do nominace. A pak již probíhaly potřebné administrativní kroky, natáčení prezentačního filmu apod.

(https://www.youtube.com/watch?v=yJXf8k7ZDpo)

Odvalovací turbína Vám vynesla několik mezinárodních ocenění, psalo se o vás v mnoha zahraničních médiích, od Číny až po Spojené státy. Změnilo to Váš život?

Musím uvést, že v zásadě nezměnilo, i když mám po každém veřejně zdokumentovaném úspěchu vždy trochu víc administrativní práce, protože musím především komunikovat se zájemci o turbínu. Zároveň bych však chtěl zdůraznit, že mediální zájem a širší informovanost o našem zařízení prospívá především obchodním kontaktům s různými výrobci, ale také odborným kontaktům a diskuzi o fungování turbíny.

Vaše zařízení je výjimečné mimo jiné v tom, že jím lze vyrábět elektřinu i z menších, či pomalejších toků. Kde vidíte jeho největší uplatnění?

Nejdříve bych rád připomenul, že se primárně jedná o stroj určený pro okrajové parametry spádu a průtoku. Například pro spády od 0,5 do 1 m a průtoky v desítkách resp. stovkách litrů vody za sekundu. Nebo velmi malé průtoky, například pouze 5 – 15 litrů za sekundu na spádech 2 – 15 metrů. Jsme přesvědčeni o tom, že nejlepší uplatnění naší turbíny bude na velmi nízkých spádech menších než 1 metr. Běžně známé turbíny nemohou na takovém extrémně nízkém rozdílu hladin úspěšně fungovat. To znamená, že naše odvalovací stroje mohou nalézt uplatnění jak kdekoli ve vyspělých státech, tak i v rozvojových zemích.

Oficiální stránky Evropské patentové agentury popisují vyši turbínu jako nevelké zařízení - tubus - rozměry srovnatelný například s běžnou mikrovlnnou troubou. Je však schopno produkovat 100 - 400 wattů, což pokryje potřeby menší domácnosti. Mohlo by toto zařízení sloužit v některých případech skutečně jako hlavní a nezávislý zdroj energie?

Ano, odvalovací turbíny instalované v ostrovním provozu (co se vyrobí, to se v místě spotřebuje) mohou představovat energeticky samostatnou a nezávislou jednotku. Rozvoj určitých území zcela jistě může posílit zvyšování jejich energetické soběstačnosti, ke které může přispět využívání našich bezlopatkových turbín při výrobě elektrické energie. Představme si, že máme na nějakém vodním toku k dispozici hladinový spád jen 0,8 m. A můžeme využívat průtok vody 100 litrů za sekundu. To představuje potenciální energii cca 0,78 kW. A jestliže tuto energii převedu pomocí odvalovací turbíny s generátorem elektrické energie na okamžitý elektrický výkon, tak při celkové účinnosti 40 % budu mít k dispozici elektrický výkon 0,3 kW. Jestliže budu tento výkon akumulovat, pak získám za 24 hodin k dispozici 7,2 kWh elektřiny. Uvádí se, že průměrná spotřeba české domácnosti je cca 2500 kWh za rok, což představuje denní spotřebu 6,8 kWh.

Vyžaduje tento typ turbíny nějakou složitější instalaci?

To je velmi důležitá otázka. Právě jednoduchost zařízení spolu s tím, že není potřebné budovat vysoké spády (hráze), předurčuje méně náročnou instalaci, než jaká by byla potřebná při všech ostatních vodních turbínách.

Jakého maximálního výkonu by teoreticky mohlo vaše zařízení při rozměrnější konstrukci dosáhnout?

Odvalovací turbíny prozatím nedosahují velké výkony. Největší turbína s průměrem rotoru 600 mm byla před lety instalovaná na Berounce a její mechanický výkon byl cca 2 kW (viz obr. č. 1). Avšak musíme si v této souvislosti znovu uvědomit, že se primárně jedná o stroj určený pro okrajové parametry spádu a průtoku. Například spády od 0,5 do 1 m a průtoky v desítkách resp. stovkách litrů vody za sekundu. Zvětšování výkonu si proto představujeme především cestou integrace elektrických výkonů jednotlivých strojů. Ale je možné, že se v brzké budoucnosti pustíme do výroby turbíny s průměrem rotoru přes 1 m. Uvidíme. Plánujeme to již delší dobu.

Tato turbína je, pokud vím, k mání na českém trhu od firmy Mechanika Králův Dvůr s.r.o., přesto doposud není tak rozšířená, jak by se dalo, vzhledem ke všem výhodám jež přináší, očekávat. Proč je tomu tak?

Od společnosti Mechanika Králův Dvůr, s. r. o., která se mnoho let věnovala zakázkové výrobě odvalovacích turbín s průměrem rotoru 120 mm (viz obr. č. 2) a kotlových verzí s průměrem rotoru do 200 mm, jsem získal velkou podporu. Jak odbornou technickou pomoc, tak i podporu ekonomickou, která spočívala především v angažovanosti pracovníků, kteří se podíleli na výrobě a vývoji různých prototypů turbín. Do praxe však tyto turbíny vstupují prozatím pomalu, což podle mého názoru souvisí s mnoha otázkami uvádění nových produktů na trh. Věřím, že časem úspěšně zvládneme i všechny potřebné marketingové postupy. V současnosti jsme ve spolupráci se společností P.F - Economy consulting, s.r.o. a Profi-Elektro, s. r. o. (www.profi-elektro.com) zahájili přípravné práce pro vývoj a testování nových odvalovacích turbín. Domníváme se, že vyvineme další úspěšné verze, které pak samozřejmě rádi představíme veřejnosti.

Projevily zájem o využití vašeho patentu také nějaké zahraniční společnosti? Mají zájem o výrobu odvalovacích turbín i jinde ve světě? Nebo je již dokonce někde v zahraničí vyrábějí?

Ze zahraničí cítíme velký zájem především o hotové komerční výrobky. Co se týče výroby, tak určitým způsobem spolupracujeme s firmou Vortex Hydrokinetics na Floridě, která vyvíjí a do výroby připravuje vlastní verzi odvalovacích strojů pro instalace do mořských proudů. Příklad provedení takové turbíny můžeme vidět na obrázku č. 3.

Vývoj trval dlouhých dvanáct let, s kým jste během té doby na projektu spolupracoval?

Ano, vývoj poslední verze odvalovací turbíny, která byla součástí mojí nominace do soutěže Evropský vynálezce a na kterou má naše univerzita Evropský patent a patent v USA, trval dvanáct let. Ale mé práce na odvalovacím principu trvaly mnohem déle. Již v roce 1993 jsem si vyrobil první model turbíny a vyzkoušel jsem ho. Rotorem byla malá koule a statorem, tedy výtokovým konfuzorem, se stal trychtýř s vrcholovým úhlem asi 10 stupňů. Necelé dva roky po podání první patentové přihlášky (1994) jsem začal spolupracovat se slovenským vědcem doc. Ing. Stanislavem Hostinem, PhD, kterého mé řešení velmi zaujalo, a společně jsme začali pracovat na zdokonalování turbíny a další patentové ochraně. Velkou podporu jsme během tohoto procesu obdrželi od občanského sdružení Aqua Energia z Bratislavy, za jehož pomoci se nám podařilo získat projekt Phare Energy a na jeho základě jsme spolupracovali při měření naší turbíny se Slovenskou akademií věd a také se společností ČKD Blansko. Bylo to pro nás mimořádně plodné a povzbudivé období. Materiální a odbornou podporu jsme získali také od společnosti Mechanika Králův Dvůr, s. r. o., o které jsem se již zmínil, a která již tyto turbíny nevyrábí. Později jsme obdrželi velkou podporu také z ČVUT, když jsme se podíleli na řešení výzkumného úkolu o trvale udržitelném rozvoji územních celků.

Je paradox, že jste dosáhl tak mimořádného objevu v oblasti, která není vysloveně vaším oborem... Jaké byly reakce odborné veřejnosti?

Rád bych na tomto místě zdůraznil, že reakce odborné veřejnosti byly pozitivní a žádnou roli nehrálo to, že jsem původním povoláním ekonom. Mám určité technické vzdělání z učňovské školy, takže jsem měl k technickým otázkám vždy velmi blízko. Vědecká obec se seznamovala se zájmem s nově odhaleným prouděním a podobou stroje, který ho využívá. Toto proudění nastává mezi povrchem odvalujícího se rotoru a nepohyblivého statoru a spolu s kolegou Hostinem jsme ho kdysi nazvali odvalovacím jevem. Mohu ve stručnosti konstatovat, že odborníci se stavěli k mému vynálezu kladně a od celé řady z nich jsem byl podporován a dokonce jsme na dalším vývoji turbíny spolupracovali. Například s panem profesorem Maršíkem z Ústavu termomechaniky Akademie věd ČR jsme vypracovali nové technické řešení, které je chráněno českým patentem s názvem „Precesní kapalinová turbína“.

Pracujete, nebo byste rád aktuálně pracoval na nějakých dalších projektech?

Ano, momentálně se zabývám dalším zdokonalením původních verzí odvalovací turbíny. Především bych chtěl dokončit sadu malých turbín pro pohon různého nářadí. Jestliže je odvalovací stroj o velikosti rotoru cca 20 – 150 mm připojen na tlakový zdroj vody, například běžný vodovodní kohoutek, může pohánět určitý pracovní nástroj. A je velmi důležité, že ten nástroj v důsledku obíhání rotoru vykonává precesní pohyb (opisuje plochu kuželu), což velmi intenzivně posiluje funkci, kterou vykonává. To, že se nástroj zároveň otáčí kolem svojí podélné osy, to je druhotné.

Na vyhlašování vítězů ceny Evropského vynálezce roku v Lisabonu jste sice titul vynálezce roku nezískal, obdržel jej Alim-Louis Benabid za objev revoluční léčby Parkinsonovy choroby, přesto samotná nominace pro Vás jistě je značnou satisfakcí. Jaký pocit jste si z této události odnesl?

Z Lisabonu jsem si přivezl nádherný pocit, že vědci mezi sebou především spolupracují. Snaží se, aby jejich práce pomáhala lidem, aby se měli lépe, aby žili ve zdravějším prostředí. S panem Benabidem jsem se osobně seznámil, je vystudovaný fyzik a budeme spolu o mém vynálezu písemně diskutovat. Chtěl by získat o fluidním proudění, které jsem objevil, více informací. Je to mimořádný a přátelský člověk a o spolupráci mezi vědci také velmi působivě hovořil. Bylo pro mne velkou ctí, že jsem nominaci získal a mohl se osobně na závěrečném ceremoniálu soutěže, spolu s ostatními nominovanými vědci, zúčastnit.

Doc. Ing. MIROSLAV SEDLÁČEK, CSc (65)

Pochází z Vyškova. Absolovoval studium ekonomie na Vysoké škole ekonomické v Praze. Působil jako ekonom a pedagog na pražské vysoké škole a ve Slovenské akademii věd. V 90. letech nastoupil na katedru ekonomiky a řízení ve stavebnictví pražské Fakulty stavební ČVUT, zde se začal věnovat profesionálnímu výzkumu.