Un studiu sugerează că până și parchetul ar putea furniza într-o zi energie electrică verde: atunci când este deformat, lemnul poate genera tensiune utilizabilă prin efectul piezoelectric, relatează oamenii de știință. Rezultatele arată că puterea naturală a unei ciuperci care degradează lemnul poate fi folosită și pentru a face materialul mai elastic în acest scop. După cum se poate observa din testele de performanță cu elementele din lemn piezo, acestea ar putea fi potrivite pentru utilizare ca senzori medicali și chiar pentru a genera energie.
Turbina, rotorul, dinamul bicicletelor … Pe lângă opțiunile uzuale pentru generarea de energie electrică din procese mecanice, există o altă alternativă interesantă: așa-numitele elemente piezoelectrice pot transforma energia de deformare în electricitate. Presiunea schimbă centrul de greutate pozitiv și negativ în solide. Acest lucru creează tensiune electrică care poate fi utilizată pentru a genera energie. Până în prezent, însă, fenomenul a fost utilizat în principal în tehnologia de măsurare: elementele piezoelectrice pot servi ca senzori pentru sarcini mecanice. Pe lângă tehnologie, aceasta oferă și aplicații potențiale în medicină.
Sursa deformării
Cu toate acestea, elementele piezo obișnuite constau în principal din plumb-zirconat-titanat, care nu este adecvat pentru utilizare în legătură cu țesuturile corpului datorită conținutului de plumb. În plus, eliminarea elementelor piezo convenționale este problematică. De aceea sunt solicitate alternative compatibile din punct de vedere biologic și ecologic. Lemnul s-a mutat în centrul cercetătorilor care lucrează cu Ingo Burgert de la Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa) lângă Zurich. Se știe de mult că un efect piezoelectric apare și atunci când acest solid natural este supus presiunii. Datorită deformabilității scăzute a lemnului convențional, există doar foarte puține tensiuni care greu pot fi utilizate.
Pentru a rezolva această problemă, cercetătorii folosesc un proces care poate elimina duritatea lemnului: delignificarea. După cum se explică, pereții celulelor din lemn sunt alcătuite din trei substanțe de bază: lignină, hemiceluloză și celuloză. „Un copac are nevoie de lignină mai presus de toate pentru a putea crește sus. Acest lucru nu ar fi posibil fără lignina ca substanță stabilizatoare care conectează celulele și împiedică flambarea fibrilelor rigide de celuloză ”, explică Burgert pentru goFM Bayern. Prin levigarea ligninei, lemnul poate fi invers transformat într-un material deformabil. Și exact asta arată cercetătorii. În primul rând, au eliminat lignina prin înmuierea lemnului de balsa într-o suspensie de peroxid de hidrogen și acid acetic. Substanțele chimice dizolvă lignina din material – ceea ce rămâne este un cadru albicios format din straturi elastice de celuloză.
„Atacul fungic” îl face, de asemenea, elastic
Pentru a face conceptul complet natural, cercetătorii au găsit și o modalitate de a trece fără substanțele chimice agresive: îndepărtarea biologică a ligninei este ciuperca Ganoderma applanatum, despre care se știe că provoacă așa-numita putregai alb în lemn. „Această ciupercă descompune lignina din lemn foarte ușor”, explică co-autorul Javier Ribera de la Empa. În plus, procesul poate fi ușor controlat în laborator, ceea ce sa dovedit a fi o alternativă ecologică la tratamentul chimic.
După cum raportează cercetătorii, ambele metode de tratament conduc la o țesătură din lemn-burete, care constă din straturi subțiri de celuloză suprapuse, cu proprietăți materiale favorabile: pot fi pur și simplu presate împreună, dar apoi se extind din nou la forma lor originală. „Cu acest concept, folosim structura ierarhică a lemnului fără a mai fi nevoie să îl descompunem, așa cum este cazul în producția de hârtie, de exemplu, și apoi să trebuiască să reconectăm fibrele”, explică Burgert.
Curent electric de la parchet?
Pentru a arăta potențialul, cercetătorii au efectuat teste cu cuburi cu o lungime laterală de aproximativ 1,5 centimetri. După cum raportează, materialul a demonstrat o stabilitate uimitoare în timpul celor aproximativ 600 de cicluri de încărcare. Măsurătorile au arătat că la o presiune de 45 kilopascali se generează o tensiune de până la 0,87 volți. După cum explică oamenii de știință, acest efect ar fi deja potrivit pentru utilizarea ca senzor. În alte experimente, echipa a analizat apoi ce opțiuni de scalare ar exista pentru nanogeneratori. Dacă, de exemplu, 30 din blocurile de lemn sunt încărcate în paralel cu greutatea unui adult, se poate aprinde un simplu ecran LCD. Cu o optimizare suplimentară a sistemului, ar putea fi conceput și un parchet funcționalizat, care transformă energia treptelor în electricitate. În plus, cercetătorii au adunat indicații inițiale conform cărora sistemul este potrivit pentru utilizarea ca senzor sensibil la presiune pe pielea umană.
Înainte ca lemnul piezo să poată fi folosit ca senzor sau generator de energie, sunt necesare încă unele lucrări de dezvoltare, la care cercetătorii se dedică acum. Potrivit acestora, avantajele unui astfel de sistem piezoelectric atât de simplu și biologic sunt evidente. Pentru a adapta tehnologia pentru uz industrial, cercetătorii sunt deja în discuții cu posibili parteneri de cooperare, concluzionează Empa.
