No cabe duda que se trata de un innovador material, un piso de madera que simplemente genera energía cuando las personas caminan sobre él, y la energía recolectada es suficiente para encender una bombilla.
Un equipo de investigadores con sede en Suiza ha desarrollado un «nanogenerador» de madera que utiliza la energía de las pisadas para generar electricidad.
El nanogenerador consta de dos piezas de madera con diferentes revestimientos, intercaladas entre dos capas de electrodos.
Las piezas de madera se cargan eléctricamente a través de contactos periódicos y separaciones cuando se pisan, un fenómeno llamado efecto triboeléctrico.
Este efecto es lo que hace que los trozos de ropa recién sacada de la secadora se peguen entre sí, o que un globo se cargue eléctricamente cuando se frota contra el cabello.
Si bien el nanogenerador es solo un prototipo por ahora, en el futuro las personas podrían alimentar dispositivos en su hogar con solo caminar por la habitación. Los investigadores no han revelado cuánto podría costar ni cuándo la tecnología podría estar ampliamente disponible.
Un “nanogenerador” de madera utiliza la energía de las pisadas para generar electricidad, según expertos de ETH Zurich en Suiza.
La investigación ha sido realizada por expertos del ETH Zurich en Suiza, la Universidad de Chongqing en China y la Universidad Northwestern en Illinois.
Nuevos materiales a futuro
Los investigadores escribieron en su estudio:
“La eficiencia energética de los edificios podría mejorarse considerablemente al permitir que los materiales de construcción conviertan la energía mecánica de sus ocupantes directamente en electricidad útil”.
En este sentido, los enfoques basados en efectos triboeléctricos son especialmente prometedores.
El estudio agrega:
“La madera es un excelente material de construcción, muy apreciado por su sostenibilidad intrínseca, bajo costo y valor estético. Nuestros nanogeneradores triboeléctricos de madera funcionalizada muestran potencial como suelos de recolección de energía en edificios inteligentes”.
De madera a nanogenerador
El equipo comenzó transformando la madera en un nanogenerador intercalando dos piezas de madera funcionalizada entre electrodos.
Son las pisadas las que provocan el efecto triboeléctrico, haciendo que las piezas de madera se carguen eléctricamente.
Este resumen gráfico muestra cómo los pasos en los pisos de madera funcionalizados se pueden utilizar para alimentar pequeños dispositivos.
Durante el efecto triboeléctrico, los electrones, partículas subatómicas que transportan electricidad en sólidos, pueden transferirse de un objeto a otro, generando electricidad.
Sin embargo, hay un problema al hacer un nanogenerador de madera.
Guido Panzarasa, investigador de ETH Zürich y autor principal del estudio, dijo en un comunicado:
“La madera es básicamente triboneutral. Significa que la madera no tiene una tendencia real a adquirir o perder electrones”.
Esto limita la capacidad del material para generar electricidad, por lo que el desafío es fabricar madera que sea capaz de atraer y perder electrones.
Uso de nanocristales
Para aumentar las propiedades triboeléctricas de la madera, los científicos recubrieron una pieza de la madera con polidimetilsiloxano (PDMS), una silicona que gana electrones al contacto. La segunda capa de madera se incrustó con nanocristales llamados imidazolate framework-8 zeolítico (ZIF-8).
También probaron diferentes tipos de madera para determinar si ciertas especies o la dirección en la que se corta la madera podrían influir en sus propiedades triboeléctricas al servir como un mejor andamio para el revestimiento.
Los investigadores encontraron que un nanogenerador triboeléctrico hecho con abeto cortado radialmente, una madera común para la construcción en Europa, tuvo el mejor desempeño.
Juntos, los tratamientos mejoraron el rendimiento del nanogenerador triboeléctrico: generó 80 veces más electricidad que la madera natural.
La producción de electricidad del dispositivo también se mantuvo estable bajo fuerzas constantes durante hasta 1.500 ciclos.
Los investigadores encontraron que un prototipo de piso de madera con un área de superficie ligeramente más pequeña que una hoja de papel puede producir suficiente energía para impulsar lámparas LED domésticas y pequeños dispositivos electrónicos como calculadoras.
El esquema del trabajo de investigación muestra la disposición de la madera (que ha sido “funcionalizada” con PDMS y ZIF-8) y electrodos.
Aplicaciones y ventajas
Encendieron con éxito una bombilla con el prototipo cuando un adulto humano caminó sobre ella, convirtiendo los pasos en electricidad.
Panzarasa dijo:
“Nuestro objetivo era demostrar la posibilidad de modificar la madera con procedimientos relativamente respetuosos con el medio ambiente para convertirla en triboeléctrica. El abeto es barato y está disponible y tiene propiedades mecánicas favorables. El enfoque de funcionalización es bastante simple y puede ser escalable a nivel industrial. Es solo una cuestión de ingeniería”.
Según el equipo, el nanogenerador también conserva características que hacen que la madera sea útil para el diseño de interiores, incluida la robustez mecánica y los colores cálidos.
Estas características podrían ayudar a promover el uso de nanogeneradores de madera como fuentes de energía verde en edificios inteligentes.
El dispositivo prototipo que se utiliza para alimentar una bombilla. Crédito: Jianguo Sun, Kunkun Tu, Simon Büchele, Javier Pérez-Ramírez, Ingo Burgert, Guido Panzarasa
También dicen que la construcción de madera podría ayudar a mitigar el cambio climático al secuestrar CO2 del medio ambiente a lo largo de la vida útil del material.
El siguiente paso para Panzarasa y su equipo es optimizar aún más el nanogenerador con recubrimientos químicos más ecológicos y fáciles de implementar.
Panzarasa dijo:
“Aunque inicialmente nos enfocamos en la investigación básica, eventualmente, la investigación que hagamos debería conducir a aplicaciones en el mundo real. El objetivo final es comprender las potencialidades de la madera más allá de las ya conocidas y habilitar la madera con nuevas propiedades para futuros edificios inteligentes sostenibles”.
Los hallazgos de la investigación y los detalles del nanogenerador han sido publicados en la revista Matter.
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