MIKŠÍK, F. Stárnutí teplonosných kapalin v termických solárních systémech a propan-1,3-diol jako nová možnost [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2018.
Disertační práce má dvě hlavní témata. Prvním je studium stárnutí teplonosných kapalin na bázi propan-1,2-diolu, kde bylo využito sledování základních vlastností těchto kapalin jako je hustota, viskozita, teplota tuhnutí, pH. Významným přínosem je využití analýzy degradačních produktů pomocí kapilární elektroforézy a hmotnostní spektrometrie. Druhá část disertační práce je pak věnována zkoumání možností využití propan-1,3-diolu, jehož výhodou je možnost výroby z obnovitelných zdrojů, v teplonosných kapalinách. Za tímto účelem byly detailně studovány základní fyzikálně-chemické charakteristiky vodných roztoků propan-1,3-diolu. Výsledky byly v průběhu studia prezentovány na řadě konferencí a seminářů, sumarizující publikace byla odeslána do časopisu Journal of Chemical & Engineering Data. Během studia se doktorand aktivně podílel na projektech ChemLearning a IngLearning, které byly zaměřeny na zvýšení úspěšnosti studentů v kombinované formě studia. Dále se podílel na přípravě projektů IGA, TAČR a GAČR. V měsíci květnu 2015 absolvoval měsíční studijní pobyt na Lews Castle College University of Highlands and Islands, Stornoway, a poslední dva roky strávil na Kyushu University v Japonsku. Závěrem konstatuji, že cíle disertační práce byly beze zbytku splněny. Při jejím vypracování doktorand postupoval systematicky a precizně, vysoce je zapotřebí ohodnotit jeho iniciativu a míru jeho samostatnosti. Z výše uvedených důvodů předloženou disertační práci k obhajobě doporučuji.
Předložená dizertační práce je spíše experimentálně zaměřena a je členěna do 12 kapitol dle běžných zvyklostí. Celkem je na 190 stranách včetně příloh tvořena textem, tabulkami a grafy. Po Introduction/Úvodu do řešené problematiky jsou prezentovány Work objectives/Cíle práce (s. 8), dále State of the art/Současný stav techniky (s. 9-23), Theoretical Background/Teoretická část (s. 24-42), Experiment/Experimentální část (s. 43-80), Results and discussion/Výsledky a diskuze (s. 81-147) a Conclusion/Závěr (s. 148-150). Literature Cited/Citovaná literatura (s. 151-171) obsahuje 265 (!) citací domácích a zejména zahraničních autorů a zdrojů. Celá práce vrcholí přehledem symbolů a zkratek (s. 172-174), seznamem (s. 175-178) tabulek (55 ks) a obrázků (94 ks) a seznamem (s. 179) příloh (9 ks, s. 180-190). Dizertační práce zkoumá teplonosné kapaliny používané v solárních kolektorech ze dvou odlišných pohledů. Jednak se u komerčního produktu věnuje degradaci vlivem stárnutí a tepelné zátěže a jednak vyhodnocuje dříve naměřené fyzikální vlastnosti propan-1,3-diolu jako nové, potenciální základní nemrznoucí složky těchto teplosměnných tekutin. Tím bezpochyby splňuje zásady pro vypracování a jasně formulované cíle (čtyři), u kterých mohu po prostudování celé práce konstatovat jejich naplnění. Formální úprava práce, včetně logického členění kapitol je výborná. Obsahuje možná až příliš velké množství tabulek, obrázků a grafů. Dokument poskytuje jen nepatrné množství gramatických chyb a je napsán velmi čtivou angličtinou. State of the art (kap. č. 3), popisuje problematiku získávání energie, zejména solární, včetně fotovoltaiky avšak cílenou na solární kolektory. Detailně je vysvětlena konstrukce a materiálové složení solárních systémů, ve kterých koluje teplonosná kapalina. Na tuto část navazuje kapitola č. 4 - Theoretical background, věnující se chemickému a fyzikálnímu popisu nemrznoucích tekutin používaných v kolektorech a hlavně látek vhodných pro jejich výrobu. Diskutována je i otázka toxicity, rozložitelnosti nebo surovinových zdrojů pro produkci těchto chemikálií. Mohu konstatovat, že autor zvládl velmi dobře teoretický přístup k velmi širokému poli různých faktorů ovlivňujících složení a funkčnost teplonosných kapalin, o čemž svědčí i rozsáhlé citační zdroje. K vypuštění textu mělo bezpochyby dojít jak v úvodu kapitoly č. 3, tak i v samotném Intoduction, kde mnoho informací souvisí se samotnou prací jen okrajově. Zde bych také vytknul autorovi použití termínu „Fusion point“ v celé kapitole 4.3.2.1, které se v oboru vůbec nepoužívá a dává se u kapalin přednost běžnému výrazu: „freezing point“. Autor se navíc tohoto termínu v dalším textu nedrží, a pokud popisuje tuhnutí, opět využívá správného termínu: „freezing“. Kapitola č. 5 Experiment je rovněž psána přehledně, srozumitelně a je zaměřena na splnění vytyčených cílů. Použité metody hodnocení vzorku zahrnují jak standardní fyzikální parametry, tak analýzy vycházejí nad rámec zaběhnutých metodik teplonosných směsí, potažmo chladicích kapalin, které jsou běžně omezeny normami ASTM D. Možná až příliš detailně jsou popsány analytické metody (hmotnostní spektrometrie, isotakoforéza, AAS) a zejména pak hodnocení fyzikálních parametrů (obsah vody, pH, hustota, viskozita, bod tuhnutí atd.), kdy samotná teorie ke každé metodě zabírá min. 2 strany, avšak výsledky prezentované v kap. č. 6.1 pro každý základní fyzikální parametr zaujímají sotva jednu tabulku. V kontrastu s tím přístroj, na němž byly naměřeny všechny hodnoty viskozity a hustoty korelované v kap. č. 6.2 na téměř 20 stranách, je popsán v kap. č. 5.5 stranou jedinou. Results and discussion prezentované v kap. č. 6 jsou, jak už naznačovaly cíle této práce, rozděleny do dvou sekcí. Kapitola č. 6.1 popisuje stárnutí teplonosné kapaliny na velmi ojedinělé sadě pravidelně ročně odebíraných vzorcích z jediného solárního okruhu v průběhu let 2007-2014. Základní fyzikální parametry těchto vzorků (opakovaně ale chybí některé parametry pro vzorky z let 2013-2014) prokázaly spíše velkou odolnost komerční kapaliny Solaren, než případné degradační trendy, ačkoliv stoupající obsah mědi (zde si kapaliny zasloužily detailnější analýzu prvkového složení, např. pomocí AES-ICP) a nepatrně klesající hustota nahrávaly dalšímu postupu. Ten proběhl pomocí isotakoforézy, kdy se podařilo najít jeden dominantní degradační produkt - bohužel však v jiných, blíže nespecifikovaných vzorcích SD/SJ/TS/SP. Velmi přínosné je použití hmotností spektrometrie pro oblast teplonosných kapalin. Ta zde prokázala přítomnost oligomerů propan-1,2-diolu i polyethylenglykol. Otázkou, kterou částečně pokládá i autor práce, však je, zda jde opravdu o degradační produkty Solarenu nebo spíše o kontaminaci z výroby PG, resp. z manipulace se vzorky a jejich uschovávání. Druhá odlišná část výsledků práce, uváděná v kap. č. 6.2, zpracovává naměřená fyzikální data propan-1,3-diolu z dva roky staré práce (53) a porovnává je se staršími literárními údaji pro čisté alkoholy, koreluje polynomy různých řádů, přepočítává na molární zlomek a posuzuje s různými teoretickými modely výpočtu fyzikálních vlastností binárních směsí. Autor pro tyto účely musel využít velmi široký literární aparát i značnou znalost matematiky. Diskutována je zde takto hustota, viskozita, index lomu a bod tuhnutí. Poslední podkapitola č. 6.3. již jen shrnuje potenciál využití PDO a nepřináší žádná vlastní experimentální data. Závěry vycházejí z uvedených výsledků, jsou výstižné, dle mého názoru správně interpretovány a mohou sloužit pro další zkoumání dané problematiky. K této části nemám připomínek. Při celkovém hodnocení této dizertační práce je na prvním místě nutné ocenit aktuálnost zvoleného tématu, jelikož přenos tepla a chladu, jeho efektivita a udržitelnost, je zvláště v dnešní době rozvoje civilizace nadmíru potřebná. Práce rozdělená do dvou částí splnila stanovené cíle, avšak zvláště její první polovina přinesla pouze počáteční výsledky a bude nutné pokračovat ve výzkumu možné degradace solárních kapalin u dalších výrobců tekutin i u jiných dodavatelů konstrukčních systémů a zejména celkově u značně většího počtu vzorků. Postup řešení problematiky nastíněné v cílech je výborný a navržené způsoby analýz inhibitorů koroze a zejména potenciálních degradačních produktů jsou velmi inovativní pro tento vědní obor. Domnívám se, že jsou přínosné nejen pro hodnocení samotných solárních kapalin, ale ocení je také výrobci a uživatelé příbuzných chladicích kapalin na bázi glykolů. Konkrétní přínos autora též vidím v řešení cílů z druhé poloviny práce, kdy dříve naměřené fyzikální hodnoty PDO různých veličin dokázal proložit vhodnými kombinovanými matematickými modely pro jejich výpočet. Na druhou stranu je v první polovině Results and discussion přikládána až příliš velká vypovídací schopnost základním fyzikálním parametrům solárních kapalin, zatížených relativně velkou chybou měření (obsah vody, viskozita). Jak už bylo uvedeno výše, formální úprava práce a kvalita použitého jazyka jsou na vynikající úrovni. Na zvážení bylo určitě vypuštění některých méně souvisejících pasáží z nadmíru rozsáhlého textu, zejména pak z první, teoretické poloviny práce. Dizertační práce splňuje podmínky uvedené v § 47 odst. 4 zákona a doporučuji ji k obhajobě.
Dizertační práce autore Ing. F. Mikšíka se zabývá případovou studií funkčního experimentálního systému, který byl jako nový naplněn teplonosnou kapalinou na bázi 1,2-propandiolu. Provoz tohoto systému byl sledován po dobu 7 let, byly hodnoceny základní vlastnosti provozní kapaliny (např. hustota, viskozita, teplota tuhnutí, pH, obsah kovů) a analyzovány její degradační produkty. Paralelně se sledovaným systémem byly jako reference sledovány rovněž vybrané vzorky z jiných systémů, používající stejnou kapalinu, ale s prokazatelně vyšší úrovní degradace. Jako alternativní systém je pak navržena a teoreticky i laboratorně podpořena směs 1,3-propandiolu s vodou jako nové, ekologičtější řešení. Ve světle zvýšeného zájmu o levnější a obnovitelné zdroje surovin i energií se jeví téma práce jako velmi zajímavé. I přes vyšší zájem o využití solární energie cestou fotovoltaiky jsou kolektory pracující s přímým odvodem tepla stále aktuální a hromadně využívané pro ohřev vody především v zemích s vyšší intenzitou slunečního záření. Použití 1,3-propandiolu jako nového přenosového média pak ukazuje nové možnosti, především prodlouženou funkční životnost kapaliny, stejně jako její bezpečnější post-servisní likvidaci. Autor práce přistoupil k řešení problému systematicky, kritickým rozborem možností systémů existujících, aby pak na jejich základě navrhl řešení vlastní. Práce věnuje značnou pozornost analytickým metodám použitým pro sledování změn vlastností teplovodních kapalin. V této oblasti předkládá autor výsledky, které jsou systematicky, přehledně uspořádány, dobře presentovány a zasvěceně diskutovány. Oponent oceňuje velké množství práce, které autor v tomto směru vykonal, aby co nejlépe popsal vlastnosti vybraných kapalin, jejich charakterizaci a následně postihl i jejich degradační změny. Aby však provedená měření byla adekvátně interpretovatelná a měla praktický význam, bylo by vhodné, kdyby u popisovaných kapalin byla uvedena i přesná výchozí složení. V práci je presentováno velké množství analytických výsledků, popisujících základní složky i degradační produkty. Přesné receptury původních kapalin včetně obsahů přidávaných aditiv, které by udávaly informaci o výchozí povaze a možnostech kapalinového systému, tam však oponent nenalezl. K samotným výsledkům i jejich zpracování zásadní připomínky nejsou, možná by bylo jen vhodné více směřovat velké množství naměřených základních dat směrem k aplikaci, která je hlavním motivujícím tématem práce a měla by následně laboratorní výsledky prověřit v dlouhodobém horizontu praxe. Má-li se práci dále něco vytknout, tak snad jen formální způsob psaní literárních odkazů, který není zcela jednotný, např. křestní jména autorů se do referencí v mezinárodních publikacích nevypisují. Práce je psaná přehledně a i pro odborníka přímo nezasvěceného do dané problematiky je srozumitelná. Angličtina, kterou je práce psaná, je na velmi dobré jazykové úrovni. Oponent práci doporučuje k obhajobě.
eVSKP id 112482