Ekologické aspekty aplikace laserů ve sklářství a dalších průmyslových odvětvích

Po staletí využívaný plamen začínají ve sklářství nahrazovat lasery v nejrůznějších technologických místech výroby.

Vlastimil Hotař, vedoucí Katedry sklářských strojů a robotiky Fakulty strojní TUL, uvádí: „Tam, kde se používá plamen, může být laser. Mimo jiné se ukazuje, že laser by mohl být ekologickou alternativou zemního plynu při tavení skla.“

Úspora energií a minimalizace odpadu

Sklářství je velmi energeticky náročné odvětví. Úspory se hledají jak ve snižování spotřeby energií, tak v minimalizaci střepů a maximalizaci prodaných výrobků, což představuje vedle energií také suroviny. Na konferencích zaznělo několik zajímavých informací o využití tepla, o chlazení prostor, a také o zlepšení strojů, které vede k úsporám na materiálu i energiích.

Aplikace laserů v různých technologických místech výroby

Druhým významným tématem jsou aplikace laserů v různých technologických místech výroby. Dnes to ještě ekonomicky dobře nevychází, ale lasery se zlevňují a přichází se s řešeními, která jejich nasazení zvýhodňují proti plamenu. Také úspory zemního plynu na hořácích díky využití laseru jsou v souladu s trendem minimalizace využití fosilních paliv.

Lasery ale umožňují i výrobu inovativních produktů nebo zavedení zušlechtění, které je nové a dokáže oslovit designery. Je to například zušlechtění povrchu, které způsobuje difrakci světla na jemně strukturovaném povrchu skla laserem, nebo výroba mikročástic ze skla a další.

Čtěte také: Co nabízí Ekologická poradna Dr. Landy?

Katedra sklářských strojů a robotiky se novým trendům přizpůsobuje a mimo jiné zkoumá využití 3D tisku skla právě s využitím laseru. Jak se ukazuje, využití laserů je skutečně v trendu, a jsem moc rád, že nás v tomto novém směru podpořila Technická univerzita v Liberci vnitřním projektem PURE. Díky němu jsme rozjeli právě výzkum 3D tisku skla s využitím laserů, podařilo se nám při tom náhodou vyrobit Porézní skleněnou plastelínu a navázat nové kontakty v České republice i v zahraničí.

Ukazuje se také, že laser by mohl být ekologickou alternativou zemního plynu při tavení skla. Myslím, že to bude další nosné téma. Tedy trendům, jak říkáte, se přizpůsobujeme a daří se nám je odhadovat.

Energetická krize a sklářský průmysl

Energetická krize má značný vliv na sklářský průmysl. Spotřeba energií je velká, ale například dobře vyrobená okna našich domovů nám ušetří mnohonásobně více, než potřebné energie k jejich výrobě. Se zvýšenými cenami energií v důsledku války na Ukrajině se musela vyrovnat celá Evropa. A vypořádat se s tím musely i sklárny. Některé to dokázaly lépe, jiné hůře.

Cena energie a snižování energetické náročnosti bude dál tématem, ale, dle mého názoru, nebude tolik rezonovat.

Automatizace je trendem, ale vede spíše k úspoře lidské síly, což je ve výrobě skla trend více než 150 let a bude pokračovat.

Čtěte také: Postupy likvidace nebezpečného odpadu

Využití laserů ve fotovoltaice

Výroba solárních článků pro fotovoltaiku ve velkém stupni závisí na laserové technologii. Aplikace laserů ve fotovoltaice byla donedávna dosti slabá. Je to však paradoxně zčásti dáno i vlastnostmi laseru - výrobce fotovoltaických zařízení potřebuje ke zhotovení určitého velkého množství článků nebo tenkovrstvových modulů řadu strojů a zařízení, zatímco když má laser, ten mu vykoná práci u všech výrobků procházejících výrobní linkou.

Dá se nicméně očekávat, že s dalším rozvojem fotovoltaiky, která i v krizovém období roste minimálně o čtvrtinu ročně, se bude laserů instalovat stále více. Už dnes vypadá situace na trhu laserů pro fotovoltaiku tak, že poptávka významně převyšuje nabídku, a současné desetiletí bude znamenat velký průnik laserů do této oblasti techniky a průmyslu. Doba, kdy každá výrobní linka ve fotovoltaických výrobnách bude vybavena minimálně jedním či dvěma lasery, je bezprostředně za dveřmi.

Bezpečnost práce s lasery

Při práci s lasery je nutné dbát na bezpečnost. Veškeré produkty chránící lidský zrak, jako jsou brýle nebo štíty, musí splňovat evropskou normu obecně známou jako ČSN EN 207 / 208. Rozsah ochrany brýlí je definován řadou od L1 (nejnižší ochrana) do L10 (nejvyšší ochrana). Obecně se používá pro lasery na značení ochrana L3 až L5.

Podíváme-li se na lidské oko a na jeho transparentnost pro elektromagnetické záření a tedy i pro laserové paprsky, pak vidíme rozsah od 370 nm do 1400 nm. UV světlo pod 350 nm je absorbováno na povrchu oka a dochází k poškození rohovky nebo čočky. Viditelné spektrum od 380 do 780 nm jde na sítnici. Lidské oko má automatickou ochranu, říká se tomu „blink reflex“, kdy se oko samo zavře, a to při velmi vysokém světelném výkonu a vidíme předmět s větším jasem.

Ale pokud je záření o výkonu větším jak 1 mW, pak reflex nefunguje, protože dojde k nenávratnému poškození oka dříve, než zareaguje reflex. V blízkosti infra záření (780 až 1400 nm) je typicky nebezpečné záření pro oko. V této oblasti neexistuje žádná přírodní ochrana nebo reflex.

Čtěte také: Strojírenství a ekologické předpisy

Dlouhodobé studie působení slunečního záření a laserového záření na lidský organismus měly za následek ustanovení bezpečných limitů působení elektromagnetického záření na lidský organismus. Pro laserové zařízení je vyžadována certifikace dle jednotlivých kategorií použití.

Každé laserové zařízení musí být vybaveno označením, do které třídy je zařazeno, podle požadavků normy ČSN EN 60825-1 ed. 3. Štítky s označením musí být odolné, trvale upevněny, čitelné a zřetelně viditelné během provozu, údržby nebo servisu, v souladu se svým účelem.

Klasifikace laserů a přidružená nebezpečí

Klasifikace laserů odpovídá potenciální nebezpečnosti přístupného laserového záření s přihlédnutím k možnosti poškození pokožky a oka a neodpovídá potenciální nebezpečnosti ostatních rizik, jako jsou elektrická, mechanická nebo chemická rizika nebo rizika vyvolaná sekundárním optickým zářením.

• Třída 1: Laserová zařízení, která jsou bezpečná během používání, včetně dlouhodobého přímého sledování svazku, dokonce i v případě sledování pomocí optických pomůcek.
• Třída 1M: Laserová zařízení, která jsou bezpečná během používání, včetně dlouhodobého přímého sledování svazku nechráněnýma očima.
• Třída 2: Laserová zařízení, která vyzařují viditelné záření v rozsahu vlnových délek od 400 nm do 700 nm a která jsou bezpečná pro chvilková ozáření, ale mohou být nebezpečná při záměrném pohledu do svazku.
• Třída 2M: Laserová zařízení, která vyzařují viditelné laserové svazky, a jsou bezpečné pro krátkodobá ozáření pouze pro oči bez optických pomůcek.
• Třída 3R: Laserová zařízení, která vyzařují záření, které může překročit maximální přípustnou dávku ozáření při přímém sledování uvnitř svazku, ale riziko poškození je ve většině případů relativně nízké.
• Třída 3B: Laserová zařízení, která jsou běžně při pohledu do svazku nebezpečná (to je z jmenovité vzdálenosti s nebezpečím poškození oka) včetně nahodilých krátkodobých ozáření.
• Třída 4: Laserová zařízení, u kterých je pohled do svazku i ozáření pokožky nebezpečné, a pro která pozorování rozptýlených odrazů může být nebezpečné.

Laserové technologie pro vesmír

Vesmírné technologie jsou strategickým směrem, jak pro Centrum HiLASE, tak pro Fyzikální ústav a potažmo Českou republiku. Jedná se o technologie s velmi vysokou přidanou hodnotou, které mohou přinést mnoho nových zakázek českým firmám, průmyslu a mohou posunout české firmy do hi-tech oblastí.

Dlouhodobý potenciál, který možná převyšuje život člověka, je zcela jistě vysoký, ale i ten krátkodobý přínos je značný. S vysláním přístrojů/laserů do vesmíru je spojen např. vývoj zcela nových mechanických a elektrických konstrukcí, které budou šetřit vzácné materiální a přírodní zdroje.

Centrum HiLASE se dlouhodobě zabývá využitím laserů pro průmyslové aplikace, například v technologiích obrábění a 3D tisku, nicméně do budoucna je logickou volbou přejít na aplikace ve vesmíru. Provoz laseru za podmínek, které panují např. na Měsíci nebo na oběžné dráze, je velkou výzvou.

Výhodou optických spojů je, že paprsek je směrový a může přenést poměrně velké množství informací najednou. Zajímavou aplikací s rozsáhlým využitím jsou i LIDARy. Detekcí světla odraženého či rozptýleného analyzovaným objektem/jevem lze podrobně vzdáleně mapovat povrchy vesmírných těles, měřit přítomnost a koncentrace plynných složek a znečištění v atmosféře, analyzovat pohyby vzduchu v atmosféře atd.

Významným hospodářským přínosem bude těžba rud a minerálů na Měsíci, asteroidech a dalších vesmírných tělesech. Cílem je za pomoci laseru odpařit malý povrch toho materiálu, což znamená vyslání pulsu světla s velkou energií tak, aby dokázal ionizovat požadovaný kousek materiálu a vytvořit vhodný typ plazmatu pro analýzu.

U laserového pohonu vesmírných lodí se lidstvo soustředí na návrat na Měsíc, ale v dlouhodobých úvahách jsou i cesty na Mars a do hlubokého Vesmíru ke vzdálenějším planetám a tělesům mimo sluneční soustavu. Loď lze pohánět vysíláním světelného paprsku (ze Země nebo z oběžné dráhy), který v definovaném místě vytvoří zdroj plazmatu na vesmírné lodi.

tags: #ekologicka #hlediska #aplikace #laseru

Oblíbené příspěvky:

• Zabezpečení proti přetopení kamen
• Přehled chráněných území
• Kombi WC s bočním přívodem
• Data o ovzduší v Ústí
• O začlenění MS Ekologie