Budoucnost je v pochopení přírody přes počítač

Atomistické pochopení látky dosahuje v dnešní době tak vysoké úrovně, že dokážeme kontrolovat přírodu na počítači. Budoucnost je tedy v pochopení přírody díky výpočtům, které směřují k vývoji nových technologií. Toto je „poselství“ Michala Bajdicha.

(c)2016 Center for Interface Science and Catalysis
©2016 Center for Interface Science and Catalysis

Dr. Bajdich pracuje od roku 2013 na Stanford University (SLAC National Accelerator Laboratory & Department of Chemical Engineering, group of Prof. Nørskov). Jeho současným zaměřením je katalýza na oxidech přechodných kovů a 2D materiálech. V posledním týdnu zimního semestru vedl na katedře fyziky Přírodovědecké fakulty OU přednášku s názvem „Transition Metal-Oxide Catalysis“. Využila jsem přítomnosti tak vzácného hosta a zvu vás k našemu rozhovoru.

Jaká byla vaše profesní cesta ze Slovenska až na druhé nejlepší univerzitní vědecké pracoviště v Americe?
Po vysokoškolském studiu na Komenského Univerzitě v Bratislavě jsem začal studovat doktorské studium v Americe. Měl jsem to štěstí, že jsem se dostal na North Carolina State University. Po absolvování doktorského studia jsem šel na dvouletou post-doktorskou stáž do Oak Ridge National Laboratory. Tehdejší prezident Obama přišel s velkými projekty z environmentální oblasti, vytvořili velký institut s názvem Joint Center for Artificial Photosynthesis, JCAP (Centrum pro umělou fotosyntézu). Potřebovali tam velké množství expertíz na výpočty pro umělou syntézu a katalýzu pro vývoj nových materiálů. Tak jsem se dostal jako hlavní výpočtář do skupiny prof. Jens. K. Nørskov.

To se vědci v USA mají, když vláda tak hodně investuje do vědeckého výzkumu a do takových projektů... A jaké je studium na amerických univerzitách?
Jsou tam lidé z celého světa, člověk má z toho kulturní šok. Ale jinak je to podobné jako všude jinde. Trochu odlišná je asi jen struktura předmětů. Oni začínají doktorské studium jako bakaláři, pak studují 3 roky, mají přednášky a zkoušky, pak dělají výzkum. Celé to doktorské studium v USA trvá 5 až 6 let a jsou velmi důslední. Opravdu je to jedna z nejtěžších věcí dokázat tady absolvovat doktorské studium. Ph.D. studium v USA doporučuji každému vyzkoušet. Je třeba vybrat si dobrý obor, protože obory se rychle mění, jsou multidisciplinární, není třeba separovat se do jednoho oboru, protože se vše prolíná. Já jsem vystudoval doktorát ve fyzice, ale jsem na katedře chemického inženýrství. V USA je takový systém, že nejlepší univerzity si vybírají největší talenty. Ti jsou pak nejžádanější na světě jako profesoři budoucnosti. Ale mám možnost pracovat se studenty ze Stanford University a jsou opravdu vynikající. Strašně tvrdě pracují, hned jak ukončí doktorát, tak jdou na profesury. A většinou si vybírají profesury pouze na top světových univerzitách.

Budoucnost je v pochopení přírody přes počítačBudoucnost je v pochopení přírody přes počítačBudoucnost je v pochopení přírody přes počítačBudoucnost je v pochopení přírody přes počítač

Prof. Jens K. Nørskov je „guru“ v oblasti katalýzy. Jeho skupina má nyní skoro 600 odborných článků, H-index 126, pres 60 tisíc citací. Jaké to je pracovat v tak excelentním týmu?
Ten tým je velký, je v něm asi 50 lidí, složený z postdoků, studentů a visitorů. Prof. Nørskov vymyslel celý obor, který se jmenuje computational catalysist a zhruba 80% všech vědců, kteří na celém světě tento obor dělají, pocházejí z jeho skupiny a všichni vědci, kteří se tomuto oboru věnují nebo do tohoto výzkumu přispívají, byli jeho studenti.

Úžasné! A co budoucnost?
Potřebujeme nové materiály vyvíjet tak, aby katalyzovaly velmi precizně s velmi malou ztrátou energie, aby byly stabilní a levné a aby to bylo lokální. Člověk si bude sám vyrábět lokální zdroj energie a bude soběstačný. Snažíme se nahradit všechny drahé materiály těmi levnými. To je jediný způsob, jak to rozšířit globálně po světě. Momentálně je velmi známý náš materiál na výrobu vodíkového paliva, tzv. HER materiál. Teď se snažíme ve velkém vyvíjet materiál na redukci CO2. Když chci vyrábět palivo tak odněkud musím mít vodík a odněkud uhlík. Ideálně aby se ten vodík získal z vody a uhlík z ovzduší, protože tam je ho nadbytek. Tím pádem by člověk dělal to, co rostliny. Efektivita fotosyntézy v rostlině je max. 1%, my se snažíme zvýšit efektivitu tohoto procesu na 10%. Do jisté míry se to už podařilo. Výroba vodíku je už na efektivitě 10 % a pro výrobu z CO2 ještě neexistuje efektivní materiál, takže největší problém je objevit ten materiál, který efektivně redukuje CO2.

Chtěl byste něco vzkázat studentům?
Já nejsem experimentátor, jsem teoretický fyzik a chemik, multidisciplinární způsob výpočtů je nesmírně důležitý. V minulosti byl teoretický výzkum velmi malou součástí výzkumu. V současnosti výzkum dosáhl takové úrovně, že doporučuji věnovat se teoretickému výzkumu, protože v budoucnosti bude levnější realizovat teoretický výzkum, bude to dokonce přesnější a lépe kontrolovatelné, než samotný experiment. Kvalita teoretických výsledků je už taková, že se to dá reprodukovat.

Jak je propojená vaše práce s naší katedrou fyziky?
S Františkem KarlickýmMatúšem Dubeckým spolupracujeme ve stejném oboru, hledáme materiály, které umí dělat katalýzu, absorbují světlo a energii toho světla pak použijí na samotnou reakci, analyzujeme tzv. dvojdimenzionální materiály a vyvíjíme stejné teorie, které pak používáme na všechny možné aplikace. Například Matúš vytváří teorie, které můžeme aplikovat a testovat na naše systémy. Takže je to velmi provázané.

Těšíme se tedy na další spolupráci!