Tohoročným laureátom ceny ESET Science Award v kategórii Výnimočná osobnosť vedy do 35 rokov sa stal vedec MATEJ BALÁŽ z Ústavu geotechniky SAV. Jeho vedecká cesta je neoddeliteľne spätá s mechanochémiou, ale aj športom a vytrvalosťou, ktoré mu pomáhajú prekonávať nezdary a prehry.
Venujete sa mechanochémii, ktorú by sme veľmi zjednodušene mohli opísať aj ako chemickú reakciu látok v tuhej fáze alebo chémiu bez použitia rozpúšťadiel. Ktoré z experimentálnych prístupov, ktorým sa venujete, sú zatiaľ najbližšie priemyselnej aplikácii?
Rád uvádzam príklad našej spolupráce s japonskou firmou NihonSeiko, ktorá vyrába komponenty do brzdových obložení. Jednou zo zložiek je sulfid cínatý – zlúčenina cínu a síry, ktorá sa vo veľmi malom množstve, asi 10 gramov, vyrobila u nás ešte pod vedením môjho otca. V tom čase spolupracoval s nemeckou Technickou univerzitou v Clausthale, kde mali väčší excentrický vibračný mlyn a kde bolo možné mlieť v kilových množstvách. Zhodou okolností si túto prácu všimla spomínaná firma, a keďže výsledok bol veľmi dobrý, prejavila záujem vyrobiť zlúčeninu vo veľkom. Zakúpili ešte väčší mlyn a otcovi jedného dňa už len prišiel e-mail s textom: „Dnes som stlačil zelený gombík,“ čo znamenalo spustenie priemyselnej výroby sulfidu cínatého.
Na našom oddelení sa dlho venujeme takisto kovovým chalkogenidom – zlúčeninám obsahujúcim chalkogén, napríklad síru alebo selén. Zistil som napríklad, že je celkom ľahké vyrobiť sulfid meďnatý. Samozrejme, čím kratšie trvá proces mletia, aj proces potenciálnej aplikácie v priemysle je jednoduchší. Preto je šanca, že by to mohlo byť využiteľné. Táto skupina zlúčenín je veľmi zaujímavá v prípade konverzie energie – napríklad v prípade termoelektrických materiálov pri premene odpadového tepla na elektrinu alebo pri získavaní vodíka ako alternatívneho paliva z vody. Mechanochemická syntéza kovových chalkogenidov je iba jedným z mnohých smerov, ktorým sa venujeme. Okrem iného sme poukázali na možnosť spracúvať vaječný odpad, konkrétne pomletím okenného parapetu s vaječnou škrupinou sa nám podarilo odstrániť chlór z PVC.
„Pomletím okenného parapetu s vaječnou škrupinou sa nám podarilo odstrániť chlór z PVC.“
Ako vyzerá príprava, kým sa materiály vložia do mlyna? Napríklad pri mletí parapetu s vaječnou škrupinou?
Vždy je dobré začať s definovanou veľkosťou častíc. V tomto mechanochémia nadväzuje na metódy spojené s baníctvom. Aj tam bolo potrebné rudu najskôr rozbiť na menšie kusy. V prípade parapetu nám ho najskôr na univerzite v maďarskom Miškovci nasekali v drviči na malé časti, ďalší mlyn ho zomlel na prášok. Cez systém sít, kde je nadefinovaná veľkosť častíc, prepadla len požadovaná veľkosť. Existuje dokonca pravidlo, že najhrubšie častice by mali byť 30-krát menšie než mlecia guľôčka, aby bolo mletie efektívne. My najčastejšie používame guľôčku s priemerom jeden centimeter, pričom do 250-mililitrovej komory sa používa 50 kusov takýchto guľôčok. Mlecie guľôčky, rovnako ako mlecie komory, sa vyrábajú z rôznych materiálov. Najčastejšie sa využíva nehrdzavejúca oceľ, karbid volfrámu či oxid zirkoničitý.
Akú rýchlosť majú mlyny, s ktorými pracujete?
V planetárnom mlyne sa točí disk, na ktorom je umiestnená komora do jednej a samotná komora zas do druhej strany. Odtiaľ pochádza aj označenie planetárne mletie. Disk tu predstavuje Slnko, dokonca aj v odbornej literatúre sa označuje ako sun wheel (slnečné koleso), pričom mlecia komora je v tomto prípade Zem. Komora v mlyne obieha okolo disku a zároveň sa točí okolo svojej osi. Pri tomto type mletia sa pohybuje rýchlosť pri menšom mlyne do 1 100 otáčok za minútu, my zvyčajne využívame rýchlosť do 800 otáčok. Pri väčšom mlyne je to do 600 otáčok za minútu. Ide pritom o rýchlosť disku, komora sa pohybuje ešte väčšou rýchlosťou a práve to vytvára obrovské odstredivé sily, ktoré napomáhajú priebehu týchto procesov.
Aj samotné mletie môže trvať rôzny čas. Ako dlho napríklad?
To závisí od toho, čo máte v pláne získať. Existuje mechanické legovanie, kde pri získavaní nejakej zliatiny prebieha mletie aj 14 dní. Takže mletie môže prebiehať niekoľko sekúnd, ale aj pár týždňov.
V mechanochémii skutočne nedochádza ku kontaktu s rozpúšťadlami?
Nie je to úplne tak. Ak sa vám konkrétne v organickej mechanochémii podarí trafiť vhodný pomer medzi práškom a rozpúšťadlom, máte oveľa lepšie výsledky než pri mletí nasucho. Bavíme sa však o skutočne malých množstvách. Ak je celková navážka pol gramu a pridáte 50 mikrolitrov, čo predstavuje asi dve alebo tri kvapky rozpúšťadla, reakcia je rýchlejšia a lepšia. Niektoré aplikácie si vyslovene vyžadujú prítomnosť kvapaliny. Existujú napríklad materiály, ktoré v prítomnosti vody do svojej štruktúry dokážu zachytiť oxid uhličitý. Aby sa však zachovalo environmentálne prijateľné posolstvo mechanochémie, vo všeobecnosti sa snažíme mieru rozpúšťadiel držať na minime. V mojej práci, za ktorú som bol ocenený, však mokrá zložka vôbec nefigurovala.
Spolu s manželkou, tiež vedkyňou, ste sa venovali téme zelenej syntézy alebo vzniku antibakteriálne aktívnych strieborných nanočastíc, ktoré možno vytvoriť mletím práškov dusičnanu strieborného a bežných rastlín ako tymian alebo materina dúška. Ako vznikla táto spolupráca?
Manželka (PharmDr. Ľudmila Balážová, PhD., je vedecká a zároveň pedagogická pracovníčka na Univerzite veterinárskeho lekárstva a farmácie – UVLF v Košiciach, pozn. red.) vyučuje farmakognóziu, vedu o liečivých rastlinách. Impulz prišiel z jej strany. Zelená syntéza strieborných nanočastíc existuje už dlhšie. Princípom je redukcia strieborných iónov – ako zdroj sa najčastejšie využíva dusičnan strieborný – na elementárne striebro. Vyvinula sa ako alternatíva ku klasickej chemickej syntéze, kde sa ako redukčné činidlá využívajú syntetické chemikálie, napríklad borohydrid sodný. Pri zelenej syntéze sa namiesto chemikálií využíva ako redukčné činidlo niečo zelené z prírody. Zistilo sa napríklad, že ak sa látky získané z vylúhovaného extraktu z bežných rastlín zmiešajú s roztokom dusičnanu strieborného, dochádza tiež k spomínanej redukcii striebra.
V rámci nášho výskumu sme najskôr skúšali oregano. Moja idea bola využiť mechanochémiu na stabilizáciu nanočastíc pripravených klasickou zelenou syntézou, pretože takto pripravené nanočastice majú po krátkom čase tendenciu zgrupovať sa. Pri mletí sme pridali organickú látku polyvinylpyrolidón, ktorá tomuto javu na pol roka-rok zabránila. Neskôr mi napadlo, že by to možno šlo uskutočniť celé v jedinom kroku mletím práškov dusičnanu strieborného a rastliny. Ako potenciálnu aplikáciu v jednom aj druhom prípade sme mali testovanie antibakteriálnej aktivity na UVLF v Košiciach.
Neskôr sme pracovali s lišajníkmi z rôznych oblastí, dokonca z Antarktídy. Tam sa ukázalo, že namočením lišajníka do vody látky schopné redukcie neprejdú tak, ako to bolo pri bežných rastlinách, a bolo by potrebné pridať organické rozpúšťadlo, aby to fungovalo. Mletím to však opäť fungovalo, čo sa ukázalo ako ďalšia výhoda.
Okrem manželky spolupracujete najmä s otcom, Petrom Balážom (Dr.h.c. prof. RNDr. Peter Baláž, DrSc., z Ústavu geotechniky SAV), ktorý bol pre vašu dráhu vedca veľkou inšpiráciou. V súčasnosti je vo väčšine odborov veľký dopyt po mladých vedeckých pracovníkoch. Ako možno podľa vás zvrátiť klesajúci záujem u mladých o vedu a výskum?
Musím povedať, že okrem otca ma určite ovplyvnila aj výborná učiteľka chémie na strednej škole. Zápal a dobrý prístup učiteľa môže veľmi inšpirovať. No závisí to asi aj od povahy, od toho, do akej miery je mladý človek materiálne založený. Pretože v tomto ohľade sú podmienky na Slovensku možno horšie než pred 20 rokmi. Mladých však môžu inšpirovať popularizačné aktivity s presahom do sociálnych sietí. Motiváciou môžu byť úspechy slovenských vedcov a vedkýň a príklady z praxe. Pretože aj na Slovensku je možné dopracovať sa k skvelým výsledkom, dokonca aj k takejto cene.
„Aj keď v zápase zo začiatku prehrávam, netrápi ma to. Lebo viem, že moja chvíľa príde.“
Ak by ste sa nestali vedcom, zvažovali ste dráhu športového komentátora. O vašom nadšení pre šport svedčí tiež fakt, že sa stále pohybujete v prvej stovke slovenského rebríčka v tenisovej dvojhre aj v štvorhre. Aké pozitíva prináša do života vedca šport na poloprofesionálnej úrovni?
Zhodou okolností aj k tenisu ma priviedol otec. Minulú sezónu som skončil 106. v rebríčku, niekedy to vyjde a niekedy nie. Samozrejme, čím som starší, tým je to ťažšie. Na turnajoch hrávam s chlapcami, ktorí majú 17 – 18 rokov a vďaka upravenému študijnému plánu a kondičným tréningom trénujú každý deň. Napriek tomu sú ešte stále situácie, keď sa mi podarí vyhrať. Možno aj vďaka vytrvalosti a systematickosti. Aj keď v zápase zo začiatku prehrávam, netrápi ma to. Lebo viem, že moja chvíľa príde. Keď sa rozbehnem, otočí sa to. Podobne vnímam neúspech a prehry. Keď prehrám, snažím sa zistiť, aký bol ten hlavný dôvod, a v budúcnosti sa to snažím využiť ako svoju výhodu. A takto to funguje aj vo vede.
Čo sa týka športu, z domu do práce to mám asi päť kilometrov. Preto sa sem snažím prísť na bicykli alebo behom aspoň dvakrát do týždňa a využiť aj tú malú chvíľu na šport. Niekedy je problém nasekať všetko do časového harmonogramu, ale často to za mňa rieši dokument vo Worde, kde to hrá rôznymi farbami podľa priorít. Bez časového manažmentu by to určite nebolo možné, pretože každý správny vedec a vedkyňa sú vorkoholici.
Myslíte?
Ak máte vedu v sebe, neustále nad ňou premýšľate. Ale ako som už spomínal, dôležitý je časový manažment. Kým som bol doktorand a nemal som rodinu, po práci som sa venoval športu a robotou som sa už nezaoberal. No po skončení doktorandského štúdia sa aj u mňa začali prejavovať známky vorkoholizmu. Preto si to treba nastaviť tak, aby táto intenzita až tak výrazne neinteragovala s normálnym životom. Keď som doma, pomáham manželke, hrám sa s deťmi. Niekedy, keď prídem z práce domov a venujem sa iným veciam, sa mi stane, že večer mi napadne odpoveď na otázku, ktorá ma v práci trápila dve-tri hodiny predtým.
Navyše dosť často sa dnes stretávam s pojmom vyhorenie a aj preto si už dávam veľký pozor na to, aby som to neprehnal. Je dobré definovať si úlohy a s predstihom ich naplánovať. Mnohí vedci a vedkyne s tým majú problém a dostávajú sa tak do stresu. A je určite dobré mať tiež inú aktivitu – šport a/alebo rodinu, ktorá po práci zmení myslenie, aby sa človek nedostal do štádia vyhorenia.
„Ja sám som veľa pochytil od iných a svojou systematickou prácou som sa dopracoval k výsledkom, ktoré mám.“
Z úst mnohých porotcov zaznelo počas tohoročného ceremoniálu ESET Science Award, že kreativita je jedným z dôležitých aspektov úspechu vo vede. Čo ešte je tým hnacím motorom vo vašom výskume?
Niekedy nemá človek super myšlienku, ale má projekt, na ktorom dlhodobo pracuje, a potom príde jedna vec, ktorá mu otvorí dvere do niečoho nepoznaného. Hovorí sa, že ak máte dobrú vedeckú tému, neviete, do ktorých dverí sa skôr pozrieť. Človek, samozrejme, musí byť kreatívny, ale je to tiež limitované tým, čo vie a čo pozná. Keď som bol v Nemecku a počúval prednášky doktorandov, dokonca študentov magisterského štúdia, v niektorých odboroch hovorili o veciach, ktoré som nepoznal. Ten level bol skutočne dobrý a je to aj preto, lebo ich prístrojové vybavenie je na vysokej úrovni a môžu viac skúšať.
Inšpirujúca je tiež interakcia s inými výskumníkmi na konferenciách či iných podujatiach. Ak človek pracuje sám a je uzavretý, môže mať akúkoľvek kreativitu, no nedostane impulz zvonku. Ten je podľa mňa veľmi dobrá cesta k rozvoju. Ja sám som veľa pochytil od iných a svojou systematickou prácou som sa dopracoval k výsledkom, ktoré mám. Okrem kreativity je teda dôležitá aj usilovnosť a systematickosť a schopnosť obrniť sa voči neúspechom. Keď to nevyjde, treba ešte zabojovať. Dôležitá je tiež sebadôvera. Ako tínedžer som si veľmi neveril – nepil som, nefajčil, čo nebolo veľmi in. Počas vysokej školy sa to začalo meniť a ten, kto niečo vedel, začal byť populárny. Vtedy som si uvedomil, že moja cesta je asi správna.
RNDr. MATEJ BALÁŽ, PhD., pôsobí v Ústave geotechniky SAV v Košiciach. Venuje sa mechanochémii, prostredníctvom ktorej vo svojich výskumoch zhodnocuje biomasu a odpady či pripravuje nanomateriály využiteľné pre konverziu energie alebo v biomedicíne. V roku 2019 získal ocenenie Vedec roka v kategórii Mladý vedecký pracovník a v roku 2021 dostal Cenu SAV za popularizáciu. Je prvým Slovákom, ktorý sa stal členom prestížnej Young Academy of Europe. V roku 2021 vydal Matej Baláž rozsiahlu monografiu Environmental Mechanochemistry: Recycling Waste into Materials Using High-Energy Ball Milling. Publikácia vyšla vo vydavateľstvo Springer a obsahuje 1 017 štúdií o mechanochemickom zhodnocovaní odpadov vo svete. Pri niektorých štúdiách bol uvedený aj ekonomický výpočet, do akej miery by bol konkrétny proces výhodný v porovnaní s už existujúcim prístupom. Vo väčšine prípadov boli výsledky v prospech mechanochémie.
Viac o výskume Mateja Baláža, začiatkoch mechanochémie na Slovensku a aj o tom, aké nehody sa stávali pri starších typoch planetárnych mlynov, sa dozviete vo Vedeckom podcaste SAV.
Stanislava Longauerová
FOTO: ESET Science Award/Jozef Kadela
Časopis Akadémia 6/2023