Horčík zatiaľ nie je náhradou za lítium. Vedci však skúmajú, či by jeho vlastnosti mohli v budúcnosti umožniť nové spôsoby ukladania energie — bez rovnakej miery závislosti od surovín, ktorých ťažba a spracovanie sú dnes sústredené do obmedzeného počtu krajín.
Kúsok striebristo sivého kovu, ktorý na prvý pohľad pripomína bežný hliník, je práve teraz predmetom skúmania tímu Ústavu materiálov a mechaniky strojov Slovenskej akadémie vied (ÚMMS SAV) v Bratislave.
Prečo práve teraz
ÚMMS SAV bol hlavným riešiteľom projektu s pracovným názvom MAGRESTOR, ktorý skúmal využitie kovového horčíka ako materiálu, ktorý by mohol umožniť opakovateľné využitie a recykláciu v energetických aplikáciách. Na projekt, do ktorého bola ako partner zapojená aj Slovenská technická univerzita v Bratislave, bolo vyčlenených takmer dva milióny eur. Zodpovedným riešiteľom bol Dr. Ing. František Simančík. Súbežne ústav rieši aj projekt H2INSOL, zameraný na výskum vodíkových technológií, pod vedením Ing. Kateryny Kamyshnykovej, PhD.
Tieto dva projekty nie sú izolovaným zaujímavým faktom. Sú vstupnou bránou do širšej otázky: v čase, keď Európska únia tlačí na dekarbonizáciu priemyslu a hľadanie alternatív k dnešným batériovým technológiám, dokážu slovenské materiálové pracoviská premeniť svoj výskum na niečo, čo sa dá reálne použiť vo výrobe — nie iba publikovať vo vedeckých časopisoch?
Kontext: prečo sa hľadá alternatíva k lítiu
Súčasné batérie sa vo veľkej miere opierajú o lítium, kobalt a nikel — suroviny, ktorých ťažba je geograficky sústredená do malého počtu krajín a je environmentálne aj geopoliticky citlivá. Horčík patrí medzi najľahšie konštrukčné kovy a jeho dostupnosť z neho robí zaujímavého kandidáta pre nové materiálové riešenia. Výskum horčíkových a iných „post-lítiových“ technológií uskladňovania energie beží na viacerých pracoviskách v Európe už roky — slovenský príspevok je v tom, že sa nesnaží o univerzálne riešenie pre celý svet, ale o konkrétny výskumný prístup, na ktorom sa dá stavať ďalej.
Podobne je to aj s vodíkom. Vodík sám osebe je čistým nosičom energie, no má jednu známu slabinu: pri kontakte s kovmi môže spôsobovať takzvané vodíkové krehnutie — jav, pri ktorom kov postupne stráca pevnosť a stáva sa náchylnejším na prasknutie. Práve preto je materiálový výskum nevyhnutnou súčasťou vodíkových technológií: nestačí vyrobiť vodík, treba aj materiály, ktoré ho dokážu bezpečne uskladniť a prepravovať.
Ľudský príbeh: výskum, ktorý sa nedeje v jednom laboratóriu
Za skratkami projektov stoja konkrétni ľudia — a nie je ich málo. František Simančík sa materiálovému výskumu venuje od 90. rokov, keď na stáži v rakúskej firme priniesol na Slovensko technológiu hliníkovej peny — tú dodnes vyvíja aj na detašovanom pracovisku ÚMMS SAV v Žiari nad Hronom a v minulosti sa dostala napríklad do ochranných prvkov áut Ferrari a Audi či do vlakových súprav Siemens. Ťažisko jeho práce sa však v posledných rokoch presunulo inam — k horčíku a k biomateriálom. Vedľa projektu MAGRESTOR, ktorý horčík skúma ako materiál pre uskladňovanie energie, ústav rozvíja aj výskum čiastočne a plne resorbovateľných kovových biomateriálov na báze zinku, teda materiálov určených napríklad pre medicínske implantáty, ktoré sa v tele postupne bezpečne rozpustia. Je to práve tento posun — od konštrukčného materiálu, ktorý má vydržať čo najdlhšie, k materiálu, ktorý má naopak zmiznúť v presne definovanom čase —, ktorý dnes v ústave patrí medzi najzaujímavejšie smery.
Zaujímavosťou je aj to, že Simančík prepája dva slovenské materiálové ústavy naraz: vedie horčíkový projekt MAGRESTOR a súčasne je predsedom dozornej rady Centra pre využitie pokročilých materiálov SAV (CEMEA SAV) — spoločného konzorciálneho pracoviska niekoľkých ústavov SAV vrátane ÚMMS SAV, ktoré má batériový výskum ako jednu zo svojich ťažiskových tém a v roku 2024 publikovalo výsledky výskumu recyklácie lítium-iónových batérií. Na jednej strane teda hľadá alternatívu k lítiu, na druhej strane pomáha riadiť inštitúciu, ktorá skúma, ako lepšie recyklovať batérie, aké dnes bežne používame.
Vedľa neho na ústave pôsobí širší tím výskumníkov, ktorí vedú vlastné projekty — napríklad Dr. Nosko a Dr. Beronská, zodpovední za ďalšie európske projekty riešené na ÚMMS SAV v posledných rokoch. Kateryna Kamyshnykova, ktorá vedie H2INSOL, patrí medzi mladých vedeckých pracovníkov ústavu — v roku 2024 získala aj samostatný grant APVV z výzvy určenej práve mladým vedcom, na výskum vodíkového krehnutia zliatin pripravovaných takzvanou usmernenou kryštalizáciou. Je to metodika, ktorú na ústave desaťročia rozvíjal Juraj Lapin, dlhoročná kľúčová osobnosť ÚMMS SAV, ktorý sa jej pôvodne venoval pri vývoji lopatiek leteckých turbín a počas kariéry vychoval piatich doktorandov — traja z nich dnes na ústave pracujú. Výchova ďalšej generácie výskumníkov je tak jedným z menej viditeľných, no rovnako dôležitých produktov materiálového výskumu: mladí vedci nepreberajú len tému, ale aj konkrétne experimentálne postupy, na ktorých ich predchodcovia stavali celé desaťročia. Ústav pokračuje aj v medzinárodnej spolupráci v rámci projektu Lightweight-EU.
Práca na materiáloch je do veľkej miery neviditeľná — odohráva sa v meraní mikroštruktúry, v testovaní únavy a lomu, v opakovanom ladení zloženia zliatiny o desatiny percenta. Výsledkom nie je efektný objav zo dňa na deň, ale postupné, overiteľné zlepšovanie vlastností materiálu, ktoré sa dá neskôr preniesť do konkrétneho výrobku.
Popri experimentoch v laboratóriu sa čoraz väčšia časť tejto práce presúva aj do počítača. ÚMMS SAV napríklad v spolupráci s Fakultou matematiky, fyziky a informatiky UK a Technickou univerzitou vo Viedni publikoval v roku 2025 štúdiu, ktorá skúmala tvrdosť a lomovú húževnatosť tenkých vrstiev z diboridových supermriežok — teda materiálov používaných ako odolné povlaky — pomocou takzvaného ab initio modelovania, kombinovaného s experimentálnym overením. Ab initio modelovanie znamená, že sa vlastnosti materiálu počítajú priamo z fyzikálnych zákonov na úrovni usporiadania atómov — z takzvaných prvých princípov kvantovej mechaniky —, ešte predtým, než sa materiál skutočne vyrobí a otestuje. Takýto výpočtový prístup nenahrádza experiment, ale dokáže vopred naznačiť, ktoré zloženie alebo usporiadanie materiálu má zmysel skúšať — a ušetriť tak čas aj náklady na dlhé série pokusov v laboratóriu.
Vysvetlenie vedy: čo znamená „materiál ako úložisko energie“
Zjednodušene: keď hovoríme o batérii, predstavíme si zvyčajne chemický článok s elektrolytom. No energiu je možné uskladňovať aj inak — napríklad tak, že sa nechá kov reagovať kontrolovaným spôsobom, pričom táto reakcia sa dá neskôr „obrátiť“ a energiu tak z materiálu opäť získať. Presne to skúma MAGRESTOR pri horčíku: či môže byť tento kov súčasťou opakovateľného cyklu uskladňovania a získavania energie a či sa dá po použití efektívne recyklovať. Ide pritom o výskum chemických a materiálových procesov v ranom štádiu, nie o vývoj hotového nového typu batérie. Výzvou zostáva nájsť spôsob, ako zabezpečiť dostatočný výkon, životnosť a opakovateľnosť takéhoto systému, aby mohol konkurovať etablovaným technológiám.
Pri vodíkovom krehnutí ide o jav, pri ktorom sa atómy vodíka dostávajú do kovovej mriežky materiálu a menia jej mechanické správanie — materiál, ktorý bol pôvodne húževnatý, sa môže stať krehkým a náchylnejším na náhle porušenie. Výskum v tejto oblasti (podobnému javu sa venuje napríklad aj Ústav materiálového výskumu SAV v Košiciach, ktorý skúmal vplyv elektrochemického vodíkového nabíjania na vlastnosti oceľových potrubí) preto hľadá povlaky a zloženia zliatin, ktoré túto krehkosť obmedzujú.
Slovensko v širšom obraze
Horčík nie je jedinou oblasťou, kde slovenský materiálový výskum smeruje k novým technológiám. Pracoviská v Bratislave, Košiciach a Trnave riešia aj pokročilé ocele, povrchové úpravy, recykláciu či materiály pre vodíkové technológie — Ústav materiálového výskumu SAV v Košiciach sa venuje napríklad elektrotechnickým oceliam pre rotory elektromotorov, Materiálovotechnologická fakulta STU v Trnave diagnostike materiálov pre automobilový priemysel, Fakulta materiálov, metalurgie a recyklácie TUKE metalurgii, recyklácii a novým batériovým technológiám a CEMEA SAV — konzorciálne centrum založené v roku 2017 viacerými ústavmi SAV vrátane ÚMMS SAV — sa profiluje na nanomateriály, udržateľnú energiu a práve batériový výskum. Tieto pracoviská netvoria jeden formálny celok, no ich témy sa vzájomne dopĺňajú — od základného výskumu vlastností kovov až po ich testovanie pre priemysel.
Súvisiace slovenské pracoviská
— ÚMMS SAV (Bratislava): pokročilé kovové materiály, horčíkové a zinkové technológie
— CEMEA SAV (Bratislava): nanomateriály, udržateľná energia, batériový výskum a recyklácia
— ÚMV SAV (Košice): prášková metalurgia, pokročilé ocele, keramické kompozity
— MTF STU (Trnava): diagnostika materiálov, spolupráca s automotive
— FMMR TUKE (Košice): metalurgia, recyklácia, vodíkové technológie
Budúcnosť: kde je skutočná bariéra
Slovensko je dlhodobo významnou automobilovou krajinou, no jeho pozícia je stále vo veľkej miere založená na výrobe a montáži hotových vozidiel, nie na vývoji vlastných komponentov s vysokou pridanou hodnotou. Práve schopnosť domácich vedeckých tímov prinášať funkčné materiálové riešenia — od ľahkých a pevných zliatin cez odolné povrchové úpravy až po nové materiály pre uskladňovanie energie — môže byť jednou z ciest, ako sa v globálnom priemyselnom reťazci posunúť vyššie.
Príklad, že takýto prechod od výskumu k praxi je možný, už na Slovensku existuje. Technológia výroby penového hliníka vyvinutá slovenskými vedcami sa uplatnila v konštrukčných prvkoch prestížnych automobilových značiek, ako sú Ferrari či Audi, a našla využitie aj vo vlakových súpravách Siemens. Ukazuje to, že materiálový výskum nemusí zostať iba v laboratóriu — pri správnom prepojení vedy a priemyslu môže viesť ku konkrétnym technologickým riešeniam.
Najväčšou otvorenou otázkou zostáva transfer: projekty ako MAGRESTOR alebo H2INSOL sú zatiaľ vo fáze výskumu, nie sériovej výroby, a ich prípadné komerčné uplatnenie zatiaľ nie je verejne zdokumentované. Skúsenosť z iných oblastí slovenskej vedy ukazuje, že práve tento krok — od funkčného materiálu v laboratóriu k dôvere výrobného podniku, že sa oplatí naň prejsť — je zvyčajne pomalší a zložitejší než samotný výskum.
Kúsok kovu na stole výskumníka sa tak stáva metaforou širšieho príbehu slovenskej vedy: technická otázka, či niečo funguje, sa dá overiť v laboratóriu. Otázka, či to bude niekto vyrábať, sa rozhoduje inde — v rozhodnutiach firiem, vo financovaní aplikovaného výskumu a v tom, koľko trpezlivosti je ochotný priemysel dať nápadu, kým sa mu vráti.
Pozitívnym signálom je, že podmienky pre rozvoj materiálového výskumu sa v posledných rokoch postupne posilňujú. Projekty financované z európskych a domácich grantových schém umožňujú slovenským pracoviskám budovať odborné tímy, modernizovať experimentálne zázemie a zapájať sa do medzinárodných výskumných sietí. Samotný vývoj nového materiálu je pritom dlhodobý proces — od prvého experimentu v laboratóriu po reálne priemyselné využitie často uplynú roky. Práve stabilné financovanie a prepojenie vedeckých tímov s priemyslom rozhodnú o tom, či sa dnešné poznatky o horčíku, vodíku či ďalších pokročilých materiáloch premenia na technológie, ktoré budú mať miesto v budúcej ekonomike.
