Ako ste kad čitali o davnim (no ne i pradavnim) pomorskim bitkama, onima iz doba parobroda, mogli ste uočiti zanimljivu pojedinost. Ratni brodovi više nisu trebali, poput jedrenjaka, čekati da zapuše povoljan vjetar, no ipak nisu mogli isploviti kad god su htjeli. Razlog tome je jednostavan: nisu imali pare. Da bi se parobrod pokrenuo trebalo ju je stvoriti, a kako je mogla nastati samo u parnome kotlu, trebalo je kotlove grijati čak dva sata da bi brod mogao zaploviti punom parom. Da im neprijatelj ne uteče ili, još gore, da ih ne napadne na sidrištu, ratni su brodovi obično držali bar jedan kotao pod parom, a to je opet iziskivalo dodatnu potrošnju goriva – ugljena,  mazuta ili nafte. Čak i mnogo manji parostroj, onaj u najmodernijem automobilu (vjerovali ili ne, parni su se automobili proizvodili još 30-tih godina prošloga stoljeća), koji su se palio električno i vozio na petrolej, nije se mogao odmah pokrenuti nego je trebalo pričekati nekoliko minuta dok se ne postigne radni tlak. 

Kada  je tako teško brzo proizvesti paru u kotlu s ložištem, kako li tek teško mora biti učiniti to energijom Sunca! Kada na tako što pomislimo, odmah vidimo Sunčeve peći, visoke tornjeve na čijim se vrhovima sijeku zrake iz tisuća zrcala. No ne mora biti tako. To, da tako ne mora biti, pokazuje upravo ingeniozno tehničko rješenje međunarodne skupine znanstvenike iz Kine, SAD i Austrlije što je nedavno pod naslovom „Scalable production of integrated graphene nanostructures for ultrafast solar-thermal conversion and vapor generation“ osvanulo u časopisu Matter.

Iza dugačkog i kompliciranog naslova (Proizvodnja integriranih grafenskih nanostruktura prilagodljive veličine za ultrabrzu pretvorbu Sunčeve energije u toplinu te proizvodnju pare)  krije se međutim posve jednostavna spravica.

Svaki generator pare, da ne kažem parni kotao, mora imati vrući dio u kojem se para stvara, a taj opet mora opet biti zaštićen stijenkom koja ne propušta ni paru ni toplinu. Upravo su to napravili autori spomenutog znanstvenog rada, no na vrlo neobičan način: njihov je „parni kotao“ napravljen samo od ugljika, ili – točnije – od grafena.

Grafen je, podsjetimo se, zapravo grafit, no takav grafit u kojem slojevi ugljikovih atoma nisu posloženi u jednoliku stukturu, kao u istoimenom mineralu, nego se nalaze u različitim položajima. Grafen tvori i aerogel (graphene aerogel, GA), tvar u kojoj slojevi ugljikovih atoma grade strukturu sličnu pčelinjem saču. Aerogel grafena je izvrstan izolator topline, s toplinskom vodljivošću od samo 0,032 W m^-1 K^-1, dakle poput vune ili vate. Druga komponenta uređaja jesu listići grafena nanometarskih dimenzija (vertically oriented graphene nanosheets, VG), koji su izrasli na podlozi toplinskog izolatora, spomenutoga GA. Tako se dobiva integrirani uređaj, minijaturni parni kotao, napravljen – kako sam već rekao – samo od ugljika. Kako on radi?

Vrlo jednostavno: VG/GA-stupić se stavi, poput čepa, na spremnik od umjetnog polimera (PTEF) u kojem se nalazi voda, a zatim se odozgo obasja Sunčevim zrakama. One će zagrijati grafenske listiće (VG) na kojima će se potom stvarati para. Ipak, da bi proizveli dovoljno pare, znanstvenici su izložili uređaj zračenju od 10 kW m^-2, dakle deset puta većem od ozračenja Sunca (10 sun). Drugim riječima, želite li da vam Sunčev kotao dobro radi, pri ruci morate imali leću ili zakrivljeno zrcalo.

Rezultati su bili impresivni. Uz takvo ozračenje uređaj je već nakon 34 sekundi počeo proizvoditi zasićenu paru, i to uz zavidno iskorištenje od 89 %. Kada je međutim uređaj bio suh, mogao se – što je bilo za očekivati – mnogo brže zagrijati. Već nakon jedne sekunde zagrijao se na 190 ^oC, a nakon dvadeset temperatura se već popela na 280 ^oC.

Ovo drugo, zagrijavanje bez proizvodnje pare, čini mi se korisnim, recimo ako želimo u divljini zapaliti vatru ili – zašto  ne? – suncem paliti  cigarete. No to znanstvenici ne spominju. Njih je najviše zanimalo stvaranje pare i to pare zagrijane baš na 121 ^oC.

Razlog tome je očit onome kome je para namijenjena. 121 ^oC  je upravo temperatura pare koja se koristi za sterilizaciju u medicini. Stoga su usavršili izvorni uređaj te dobili sterilizator koji paru spomenute temperature, 121 ^oC, dobiva već za 84 sekunde. Zbog male veličine i jednostavnosti sterilizator na Sunčevu energiju mogao bi postati sastavni dio svake torbice za prvu pomoć. Naći će se jamačno još primjena, a mene progoni dječački san: model lokomotive kojeg pokreće para – kada se stavi na sunce.

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu, a u posljednje vrijeme i za mrežne stranice Zg-magazin te, naravno, BUG online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, a upravo mu je izišla još jedna: „Mala škola pisanja (za znanstvenike i popularizatore)“. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.