Alobal po obědě zmačkáme do kuličky a hodíme do koše, balíme do něj rohlíky, zavíráme jím jogurty a děláme z něj plechovky. Hliník je levný, lehký a dokonale obyčejný. Před 170 lety přitom patřil císařskému dvoru: syn Napoleona III. dostal hliníkové chrastítko a samotnému císaři s císařovnou Evženií věnovali hliníkový ozdobný nástavec na stůl. Jak se z kovu pro panovníky stal materiál, jehož největší hodnota dnes spočívá právě v tom, že je naprosto všední?
Nejhojnější kov, ke kterému se nedalo dostat
Představa, že byl hliník vzácný, je vlastně trochu lichá. Tvoří přibližně osm procent zemské kůry, a je tak nejhojnějším kovem na povrchu planety. Bylo ho vždycky obrovské množství, i v době, kdy se z něj vyráběly luxusní předměty pro Napoleona. V přírodě ho ale prakticky nikdy nenajdete jako kus lesklého kovu, který stačí vykopat ze země. Je uzamčený ve sloučeninách, hlavně s kyslíkem, a této vazby se drží sakramentsky pevně. Lidstvo celou dobu stálo na zemi plné kovu, ze kterého dnes děláme všechno od plechovek přes elektrické vedení po letadla, jen se k němu neumělo dostat.
Jeden z největších chemiků své doby, Humphry Davy, mu dokonce dal jméno dřív, než ho dokázal vyrobit. Pojmenovávání prvků ho bavilo skoro stejně jako jejich objevování, a to, že tento konkrétní prvek nikdy neviděl, ho zastavit nemohlo. Věděl, že se kov skrývá ve sloučeninách známých z kamence. Kamenec lidé používali tisíce let, třeba při barvení látek, a latinsky se mu říkalo alumen. Odtud aluminium. Kov zůstal zamčený uvnitř a prakticky nedosažitelný, ale aspoň už měl jméno.
Ørsted, Wöhler a dvacet let nejistoty
Dát něčemu jméno je podstatně snazší než to z něčeho dostat, a u hliníku to platí dvojnásob. Prvnímu člověku se to povedlo až v roce 1825. Hans Christian Ørsted nechal reagovat chlorid hlinitý s draselným amalgámem a získal maličký kousek kovu, který barvou a leskem připomínal cín. Bylo ho ale strašně málo, nebyl úplně čistý a Ørsted si svým výsledkem nebyl jistý a pořádně ho neprozkoumal.
Friedrich Wöhler pak zkusil jeho výsledek zopakovat, jenže mu to nefungovalo, a začal pochybovat, jestli Ørsted vůbec nějaký hliník vyrobil. O dva roky později přišel s vlastní metodou, z níž dostal jen podivný šedý prášek. Teprve v roce 1845 dokázal vyrobit dost velké kousky na to, aby se daly prozkoumat základní vlastnosti nového kovu. Od prvního pokusu tak uběhlo dvacet let, než bylo jisté, že jde o hliník, a dalo se říct, jak se chová.
Brnění z oxidu, eloxování a rubín
Vlastnost, kvůli které se hliník tak těžko vyráběl, je zároveň jedním z důvodů, proč je dnes tak neuvěřitelně užitečný. Hliník se strašně rád váže s kyslíkem, a jakmile ho dostanete do kovové podoby, začne to na vzduchu okamžitě dělat znovu. Na povrchu si vytvoří tenoučkou vrstvu oxidu hlinitého a právě ta je zásadní. Když rezaví železo, rez je porézní, praská a odpadává, voda a kyslík se dostávají pořád hlouběji a železo může prorezavět skrz naskrz. Oxid hlinitý naopak na kovu pevně drží, uzavře jeho povrch a další oxidaci prakticky zastaví.
I když vrstvu poškrábete, odkrytý hliník okamžitě zreaguje s kyslíkem a vytvoří si novou. Díky tomu se z velmi reaktivního kovu stává materiál, který může roky stát venku na dešti jako okenní rám, parapet nebo zahradní domek a neprorezaví. Své brnění si vyrábí sám. Když je potřeba ještě větší ochrana, dá se oxidová vrstva průmyslově zesílit eloxováním. Povrch je pak tvrdší, odolnější proti opotřebení a dá se i obarvit.
Jak odolný oxid hlinitý dokáže být, ukazuje jeho krystalická podoba: korund patří k nejtvrdším minerálům na Zemi. Když se do něj připlete trocha chromu, vznikne rubín, jeden z nejslavnějších a nejcennějších drahokamů na světě. Vzácnost a krása, kterou lidé za Napoleona viděli v samotném hliníku, v něm tak navzdory dnešní všednosti trochu zůstala. Jen už ji nehledáme v kusu kovu, ale v rubínu.
Proč byl hliník z chemické výroby tak drahý
V polovině 19. století už chemici hliník vyrobit uměli. Ze sloučenin ho získávali pomocí reaktivnějších kovů, nejdřív draslíku, později o něco levnějšího sodíku. Fungovalo to, jenže právě tím zůstával hliník vzácný: při každé várce bylo nutné obětovat další drahý kov, aby vzniklo poměrně malé množství hliníku. Na císařské chrastítko to stačilo, na okenní rámy, letadla a miliardy plechovek ročně už ne.
Kdo chtěl vyrábět hliník po tunách, potřeboval ho oddělit od kyslíku, aniž by při každé várce spotřeboval hromadu drahého sodíku. Tuto práci může místo sodíku odvést elektrický proud: hliníkovým iontům dodá elektrony a udělá z nich kov. Ionty se ale nejdřív musí dostat k elektrodě, a v pevném oxidu hlinitém jsou zamčené v krystalu. Oxid proto musí být tekutý nebo v něčem rozpuštěný. Čistý oxid hlinitý se však taví až kolem 2 000 °C a udržovat výrobnu v takovém žáru by bylo mimořádně náročné.
Kůlna za domem v Ohiu a hliník z elektrolýzy
Problém vyřešil dvaadvacetiletý Charles Martin Hall v dřevěné kůlně za domem své rodiny v americkém Ohiu. Zjistil, že oxid hlinitý lze rozpustit v roztaveném kryolitu a že směs zůstane tekutá už kolem 1 000 °C. Pořád je to výheň, ale zhruba o tisíc stupňů chladnější, a tedy s mnohem menší spotřebou energie.
Napoprvé to nevyšlo. Na elektrodě se objevila šedá hmota, která hliník vůbec nepřipomínala. Nejspíš šlo o křemík, který proud vytahoval přímo z hliněné nádoby, takže kelímek sám vyráběl něco úplně jiného. Hall proto vnitřek nádoby vyložil grafitem a 23. února 1886 nechal směsí několik hodin procházet proud. Po vychladnutí ji rozbil a uvnitř našel drobné stříbřité kuličky. Tentokrát to byl hliník.
Důležitější než samotné kuličky byl způsob, jakým vznikly: dal se škálovat a mohl běžet nepřetržitě. Do rozžhavené lázně se přidává další oxid hlinitý, proud z něj odděluje tekutý kov, ten se shromažďuje na dně nádoby a odtud se odebírá. Místo další várky drahého sodíku stačí další elektřina. Hodně elektřiny, ale jen elektřina. Téhož roku si prakticky stejný postup nechal ve Francii patentovat Paul Héroult, a to zcela nezávisle na Hallovi. Proto dnes mluvíme o Hallově–Héroultově procesu a primární hliník, tedy nový hliník vyrobený z rudy, se tímto způsobem v zásadě vyrábí dodnes. Množství vyrobeného kovu od té doby záviselo jen na velikosti hutě a na tom, kolik elektřiny do ní dokážete poslat. Z luxusní rarity se stala průmyslová surovina a začala éra hliníku, ve které žijeme dodnes.
Levný kov, pro který nebyl trh
Pod érou hliníku si člověk nejspíš představí letadla, telefony, tablety a naleštěné počítače. To všechno přijde, ale první skutečně velké průmyslové využití vzniklo u zdroje, který hliník pomohl stvořit: u elektřiny. Hall měl totiž opačný problém než chemici před ním. Ti věděli, že se hliník ve sloučeninách skrývá, ale neuměli ho dostat ven. Hall ho dostat ven uměl, jenže nevěděl, k čemu nový kov bude.
Cena kilogramu hliníku sice mezi lety 1888 a 1893 spadla v přepočtu zhruba z 10,71 dolaru na zlomek původní částky, jenže ani ten nejlevnější materiál na světě není k ničemu, když pro něj neexistuje trh. Hallova firma proto lidem ukazovala třeba prototyp hliníkové konvice a snažila se je přesvědčit, že je hliník k něčemu dobrý.
Prvním velkým zákazníkem se stalo elektrické vedení
Kdo tedy jako první potřeboval tolik hliníku, aby se z laboratorního zázraku stal velký průmysl? Elektrické sítě. Na konci 19. století se elektřina začala přenášet na větší vzdálenosti a každý kilometr nového vedení znamenal další kilometry kovového vodiče. Měď vede proud lépe, hliník má ale zhruba třetinovou hustotu. Hliníkový vodič se stejným elektrickým odporem proto může být tlustší a pořád vážit zhruba polovinu. U drátu zavěšeného mezi dva vzdálené sloupy rozhoduje hmotnost při stavbě, údržbě i převozu. V roce 1898 už měla Pittsburgh Reduction Company objednávky na víc než 450 tun hliníkového drátu. Kov, pro který firma před pár lety neměla žádné využití kromě ukázkové konvice, najednou spojoval elektrárny s místy, kde elektřinu někdo potřeboval.
Samotný hliník měl ale pořád slabinu. Byl lehký a dobře vedl proud, jenže dlouhý drát musí unést vlastní váhu a vydržet vítr i námrazu. Řešením se stal vodič s ocelovým jádrem obaleným hliníkovými dráty: ocel drží konstrukci, hliník vede proud. Přesně tuto kombinaci najdete na stožárech vysokého napětí dodnes. Elektřina pomohla vytvořit hliník a hliník jí tu laskavost vrátil tím, že ji pomohl roznést po světě.
Elektrické vedení zároveň ukázalo něco, co se u hliníku bude opakovat pořád dokola. Nemusí být ve všem nejlepší. Stačí vzít jeho nízkou hmotnost, vodivost, odolnost a schopnost spojit se s jinými materiály a pokaždé z nich vytáhnout přesně tu vlastnost, kterou svět zrovna potřebuje.
Hliník v motoru prvního letadla
V roce 1903 potřebovali bratři Wrightové motor dost silný na to, aby dostal jejich Flyer do vzduchu, a zároveň dost lehký, aby ho letadlo vůbec uneslo. Největší částí motoru byla kliková skříň, která držela ostatní součástky pohromadě, a kvůli úspoře hmotnosti byla z hliníku. Hliník tak nebyl jen pozdějším, byť nesmírně důležitým opláštěním moderních letadel. Byl přímo uvnitř motoru stroje, který uskutečnil první řízený let motorového letadla a celou éru letectví odstartoval.
Tenká vrstva, která chrání nápoje
Schopnost odvést obrovský kus práce v tenoučké vrstvě dostala hliník i do obalu, který na první pohled vypadá jako papír. Hliník tvoří přibližně pět procent typického aseptického nápojového kartonu od firmy Tetra Pak. Tenká vrstva, kterou vidíte uvnitř, blokuje světlo a kyslík, aby nápoj déle vydržel. Stačí trocha hliníku a odpadá potřeba velkých, složitých a těžkých obalů, jako byly staré plechové krabice ze starých filmů a fotografií, v nichž se kdysi nápoje převážely.
Rám, sklo i baterie: hliník v telefonu
Na některých telefonech je hliník vidět rovnou, protože tvoří rám nebo jeho část. Je lehký a díky oxidovému brnění odolává korozi. Skrývá se ale i tam, kde kov vůbec nepřipomíná. Odolné sklo Gorilla Glass je hlinitokřemičité, takže pokud ho váš telefon má, díváte se na displej přes plochu, v níž je hliník také. Je v ní ovšem zamčený ve sloučenině, přesně jako na začátku celého příběhu.
Pod displejem dostává hliník další práci. V běžné lithium-iontové baterii bývá na straně kladné elektrody tenká hliníková fólie, která slouží jako proudový kolektor: drží aktivní materiál elektrody a vede elektrony mezi ním a obvodem telefonu. Týž kov tak dokáže přenášet elektřinu na stovky kilometrů mezi elektrárnou a stožáry a stejně dobře s ní pracuje na pár milimetrech uvnitř jedné baterie.
Vzácný až tehdy, kdy přestal být vzácný
Telefon je ale jen posledním článkem mnohem delšího řetězce. Civilizace, která ho vyrobí, doveze a každé ráno nabije, předtím potřebovala elektrické vedení, letadla, optické přístroje i obaly na jídlo, a v každém z těchto systémů dostává hliník úplně jinou práci. Vzácný kov se proměnil v infrastrukturu civilizace a infrastruktura má nevděčný úděl: čím lépe funguje, tím méně si jí všímáme.
Hliník zevšedněl právě proto, že jsme mu svěřili věci, bez kterých si běžný den nedokážeme představit. A pak ho po obědě zmačkáme do kuličky a hodíme do koše, aniž bychom se zamysleli, co všechno pro nás ten kus alobalu udělal. Hliník začal jako vzácný kov, ale skutečně vzácným se stal až ve chvíli, kdy vzácným být přestal.
