Národní plán obnovy pro oblast vysokých škol
Realizované projekty
Název projektu: NPO_Zelené dovednosti na UK
Projekt Zelené dovednosti na UK, registrační číslo NPO_UK_MSMT-2114/2024-4 je na Matematicko-fyzikální fakultě zaměřen na tvorbu nových vyučovaných předmětů, do kterých budou zařazeny prvky reflektující tzv. zelené dovednosti. Tyto předměty budou naplňovat "17 SDGs" (Sustainable Development Goals OSN 2015–2030) a současně Strategii udržitelnosti Univerzity Karlovy. Projekt je financován z Národního plánu obnovy v rámci komponenty MŠMT 7.4. Přizpůsobení škol – podpora zelených dovedností a udržitelnosti na vysokých školách. Projekt je realizován od 1.1.2024 do 31.12.2025.
Řešitel projektu: prof. Mgr. Jakub Čížek, Ph.D.
Koordinátor projektu: Mgr. Milan Cmár
V rámci projektu byly na fakultě vytvořeny tyto studijní předměty:
Absorpce a skladování vodíku v pevných látkách
Popis předmětu
Vodík je v současné době v centru zájmu moderních zelených technologií jako bezemisní zdroj energie s nulovou uhlíkovou stopu a také jako jeden z nejperspektivnějších nosičů energie, umožňující skladovat energii získanou nárazově z obnovitelných zdrojů. Vývoj nových funkčních materiálů pro skladování vodíku je velká výzva současného materiálového výzkumu. Tento předmět seznámí studenty s fyzikálními principy absorpce a desorpce vodíku, vznikem hydridů, chemisorpcí, fyzisorpcí a současným stavem znalostí o materiálech pro skladování vodíku a jejich využití ve vodíkových technologiích. Jedná se o nutné znalosti pro další vývoj a testování materiálů pro vodíkové technologie. Předmět je v souladu zejména s cílem udržitelného rozvoje číslo 7 – Dostupné a čisté energie: Zajistit přístup k cenově dostupným, spolehlivým, udržitelným a moderním zdrojům energie pro všechny.
Absolvováním předmětu se student seznámí se základní fyzikální principy absorpce vodíku v pevných látkách, vznikem hydridů, fyzikálním principem fyzisorpce, chemisorpce, adsorpce na površích, záchytem vodíku v defektech krystalické mřížky. Získá informace o způsobech dopování pevných látek vodíkem, měření koncentrace vodíku, Sievertově zákonu a termodynamice vzniku hydridů. Dále se předmět věnuje defektům vytvořených vodíkem a vodíkem indukovanému zkřehnutí. Důležitou částí předmětu je vodík jako palivo a nosič energie. Student získá informace o palivových článcích, způsobech skladování vodíku, vodíkových technologiích a perspektivních materiálech pro skladování vodíku.
Cílem předmětu je získat základní znalosti o fyzikálních a chemických procesech při absorpci vodíku v pevných látkách. Student se dále seznámí s problematikou skladování vodíku v pevných látkách a využití vodíku jako skladovatelného nosiče energie.
Experimentální metody pro vývoj technologií udržitelné energetiky
Popis předmětu
Vodíkové technologie a uchovávání energie jsou klíčové pro zelenou transformaci, snižování emisí CO2 a udržitelnou energetiku. V současné době dochází na celém světě k bouřlivému rozvoji vodíkových technologií a technologií pro akumulaci energie, které kladou nové požadavky také na materiálový výzkum. Klíčovým požadavkem je vývoj nových funkčních materiálů pro akumulaci elektrické energie, skladování vodíku, palivové články, katalýzu, separaci a detekci plynů, zejména vodíku. Pro tento vývoj je nutné použití specifických experimentálních metod charakterizace a testování materiálů zaměřený na fyzikální vlastnosti klíčové pro interakci s ionty lithia a sodíku, s vodíkem a dalšími plyny. Tento předmět seznámí studenty s experimentálními metodami charakterizace materiálů důležitými pro vývoj těchto technologií. Studenti získají informace o fyzikálním principu a současném stavu poznání v široké škále experimentálních metod od termické analýzy, měření absorpce a desorpce plynů, kryosorpce, vodíkem indukovaného zkřehnutí, difúze plynů až po speciální metody umožňující studium interakce iontů lithia, sodíku a vodíku s pevnou látkou na atomární úrovni jako je pozitronová anihilační spektroskopie, Mössbauerova spektroskopie nebo jaderná magnetická rezonance. Pro každou experimentální metodu je nejdříve v teoretické části vysvětlen její fyzikální princip a způsob implementace. Následuje praktická část, kdy se studenti naučí danou metodu prakticky používat v laboratoři na reálné aparatuře. Součástí praktické části je také zpracování a interpretace naměřených dat.
Předmět je v souladu zejména s cílem udržitelného rozvoje číslo 7 – Dostupné a čisté energie: Zajistit přístup k cenově dostupným, spolehlivým, udržitelným a moderním zdrojům energie pro všechny.
Cílem předmětu je předat studentům znalosti o specifických experimentálních metodách používaných při vývoji technologií udržitelné energetiky (především technologiích využívajících vodík jako čistý nosič energie a technologií využívajících baterie). Studenti se seznámí s teoretickými základy jednotlivých metod a naučí se je také prakticky používat v laboratoři.
Ab-initio simulace funkčních materiálů pro zelené technologie
Popis předmětu
Ab-initio simulace elektronové struktury dnes patří k základním výpočetním metodám pro studium pevných látek a v souvisejícím materiálovém výzkumu, který je široce multidisciplinární a zahrnuje témata fyziky, chemie i inženýrství. Předmětem zkoumání jsou materiály pro aplikace, jako je výroba, skladování a konverze energie, katalýza nebo recyklace. Výpočetní metody umožňují předpovídat a analyzovat základní vlastnosti materiálů na atomové a elektronické úrovni, jsou tak nezastupitelným nástrojem při hledání nových materiálů pro zelené a udržitelné technologie.
V přednášce se studenti seznámí s teorií a základními metodami kvantově-mechanických výpočtů na principu teorie funkcionálu hustoty. V prakticky zaměřených cvičeních si studenti vyzkouší výpočty elektronové struktury vybraných materiálů pomocí programů WIEN2k a VASP. Součástí praktické části bude také analýza a pochopení nasimulovaných dat.
Předmět je v souladu zejména s cíli udržitelného rozvoje: 7 – Dostupné a čisté energie: Zajistit přístup k cenově dostupným, spolehlivým, udržitelným a moderním zdrojům energie pro všechny. 9 – Průmysl, inovace a infrastruktura: Vybudovat odolnou infrastrukturu, podporovat inkluzivní a udržitelnou industrializaci a inovace. 12- Odpovědná výroba a spotřeba: Zajistit udržitelnou spotřebu a výrobu.
Dvourozměrná turbulence a zemské klima
Popis předmětu
V komplexních nelineárních systémech může plynulá změna parametru vést na náhlou a kvalitativní změnu chování skrz tzv. bifurkace. I relativně malá změna například průměrné teploty oceánů může vést na drastické změny klimatu a asociovaných globálních proudění, které jsou na největších škálách přibližně dvourozměrné. Přednáška obeznámí studenty s teorií dvourozměrné a kvazi-dvourozměrné turbulence, bifurkace v přechodových prouděních, a jejich aplikacemi na vybrané geofyzikální proudění. Poznatky získané absolvováním kurzu pomohou studentům hlouběji porozumět aspektům probíhající klimatické změny, důkazům a konsekvencím její existence.
Předmět je v souladu zejména s cílem udržitelného rozvoje číslo 13- Klimatická opatření: Přijmout bezodkladná opatření na boj se změnou klimatu a zvládání jejích dopadů.
Přednáška obeznámí studenty s teorií dvourozměrné a kvazi-dvourozměrné turbulence, bifurkace v přechodových prouděních, a jejich aplikacemi na vybrané geofyzikální proudění. Poznatky získané absolvováním kurzu pomohou studentům hlouběji porozumět určitým aspektům probíhající klimatické změny, důkazům a konsekvencím její existence.
Nové předměty byly vytvořeny ve spolupráci s experty ze tří zahraničních institucí (Kaunas University of Technology (KUT), Litva; Lappeenranta-Lahti University of Technology (LUT), Finsko; University of Nottingham, Velká Británie). Přední odborníci ze zahraničních univerzit se aktivně podíleli na vytváření studijních materiálů nových předmětů a participovali také na pilotní výuce předmětů formou on-line přednášky.
Spolupráce s renomovanými zahraničními univerzitami povede ke zvýšení kvality vzdělávání v oblasti zelených technologií a zvýšení mezinárodní prestiže Univerzity Karlovy. Absolventi studia nově zavedených předmětů budou po odborné stránce velmi dobře připraveni přispět k dalšímu rozvoji zelených technologií a prosazování cílů trvalé udržitelnosti.
Ukončené projekty
Název projektu: Transformace pro VŠ na UK: Doktorský studijní program Bioinformatika a výpočetní biologie
Cíl: Transformovat vysoké školy s cílem adaptace na nové formy učení a v odpovědi na měnící se potřeby trhu práce
Specifický cíl B: Tvorba nových studijních programů v progresivních oborech.
Číslo projektu: NPO_UK_MSMT-16602/2022
Období řešení: 07/2022 – 06/2024
Koordinátor: doc. RNDr. David Hoksza, Ph.D.
Projektová manažerka: Romana Pohořalá
Anotace projektu:
Bioinformatika i výpočetní biologie, do které lze zahrnout i oblasti jako systémová biologie, neuroinformatika, bioimaging či počítačový vývoj léčiv, jsou dynamicky se rozvíjející oblasti stojící na softwarových a datově orientovaných výpočetních přístupech umožňující zpracovat a analyzovat rapidně rostoucí množství biomolekulárních dat. S ohledem na potřeby vychovávat odborníky v této oblasti UK v minulých letech akreditovala bakalářský a magisterský studijní program bioinformatika. Cílem projektu je akreditovat a podpořit start doktorského studijního programu Bioinformatika a výpočetní biologie na UK navazujícího na zmíněné pregraduální programy. Projekt staví na třech pilířích vedoucích k vytvoření atraktivního programu, který bude kvalitně materiálně zajištěn a bude vykazovat vysokou uplatnitelnost absolventů jak v akademické, tak komerční sféře.
První pilíř projektu vede k samotnému vytvoření programu, kdy budou vytipováni špičkoví odborníci s expertízami pokrývající šíři oborů studijního programu. Tito se budou podílet na programu jako členové oborové rady a školitelé. V rámci této fáze jsou též definovány hlavní oblasti zájmu a provázány jak na jednotlivé experty, tak na výuku zajišťovanou na UK.
Druhý pilíř se zaměřuje na životaschopnost programu, a to zajištěním výpočetního zázemí, vytvořením platformy pro setkávání studentů programu vzájemně i s experty v doméně, a v neposlední řadě i propagací programu mezi potenciálními zájemci a doménovými odborníky.
Třetí pilíř zahrnuje identifikace firem z oblasti biotechnologií, biomedicíny, nebo farmaceutického výzkumu v ČR a bude vytvořena platforma pro jejich propojení se studijním programem ať už formou firemních seminářů, stáží nebo dalších forem spolupráce.
Projekt všechny tyto tři pilíře rozvíjí současně a integruje je do společného cíle, kterým je vytvoření akademicky atraktivního studijního programu.
