Desarrollan un dispositivo que genera electricidad al pisar sobre suelos de madera
Un equipo de investigadores diseñó un nanogenerador capaz de producir energía para alimentar lámparas LED y pequeños artefactos
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Investigadores suizos desarrollaron un nanogenerador que permite a los suelos de madera generar energía a partir de las pisadas, según publican en la revista Matter. Además, mejoraron el material utilizado en el dispositivo con una combinación de revestimiento de silicona y nanocristales incrustados, lo que dio como resultado un aparato 80 veces más eficiente, suficiente para alimentar lamparitas LED y pequeños aparatos electrónicos.
Como una media recién salida de la secadora, los trozos de madera se cargan eléctricamente mediante contactos y separaciones periódicas cuando se pisan, un fenómeno llamado efecto triboeléctrico. Los electrones pueden transferirse de un objeto a otro, generando electricidad.
Sin embargo, fabricar un nanogenerador de madera tiene un problema: “La madera es básicamente triboneutral. Esto significa que no tiene una tendencia real a adquirir o perder electrones”, explicó el autor principal del artículo, Guido Panzarasa, jefe de grupo de la cátedra de Ciencia de los Materiales de la Madera, situada en la Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) de Zúrich y en los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnología de los Materiales (Empa) de Dübendorf.
Esto limita la capacidad del material para generar electricidad, “así que el desafío es hacer que la madera sea capaz de atraer y perder electrones”, agregó.
Para potenciar las propiedades triboeléctricas de la madera, los científicos recubrieron un trozo del material con polidimetilsiloxano (PDMS), una silicona que gana electrones al entrar en contacto, mientras que funcionalizaron el otro pedazo con nanocristales cultivados in situ llamados marco de imidazolato zeolítico-8 (ZIF-8).
El ZIF-8, una red híbrida de iones metálicos y moléculas orgánicas, tiene una mayor tendencia a perder electrones. También probaron diferentes tipos de madera para determinar si ciertas especies o la dirección en que se corta el material podían influir en sus propiedades triboeléctricas al servir de mejor andamio para el recubrimiento.
Los investigadores descubrieron que un nanogenerador triboeléctrico fabricado con madera de abeto cortada radialmente, una madera común para la construcción en Europa, era el que mejor funcionaba. Juntos, los tratamientos aumentaron el rendimiento del nanogenerador triboeléctrico: generó 80 veces más electricidad que la madera natural. Además, la producción eléctrica del dispositivo era estable bajo fuerzas constantes durante hasta 1500 ciclos.
Los investigadores descubrieron que un prototipo de suelo de madera con una superficie ligeramente inferior a la de un trozo de papel puede producir suficiente energía para accionar lámparas LED domésticas y pequeños dispositivos electrónicos como calculadoras. Con el prototipo encendieron con éxito una lamparita cuando un adulto humano caminó sobre él, y sus pisadas se convirtieron en electricidad.
“Nuestro objetivo era demostrar la posibilidad de modificar la madera con procedimientos relativamente respetuosos con el medio ambiente para hacerla triboeléctrica. El abeto es barato y está disponible y tiene propiedades mecánicas favorables. El método de funcionalización es bastante sencillo y puede ser escalable a nivel industrial. Es solo una cuestión de ingeniería”, explicó Panzarasa.
Además de ser eficiente, sostenible y escalable, el nuevo nanogenerador desarrollado también conserva las características que hacen que la madera sea útil para el diseño de interiores, como su robustez mecánica y sus colores cálidos. Los investigadores afirman que estas características podrían ayudar a promover el uso de nanogeneradores de madera como fuentes de energía verde en edificios inteligentes. También dicen que la construcción con madera podría ayudar a mitigar el cambio climático al secuestrar el CO2 del medio ambiente durante toda la vida útil del material.
El siguiente paso para Panzarasa y su equipo es optimizar aun más el nanogenerador con recubrimientos químicos más ecológicos y fáciles de aplicar.
“Aunque al principio nos centramos en la investigación básica, con el tiempo, la investigación que realizamos debería conducir a aplicaciones en el mundo real. El objetivo final es entender las potencialidades del material más allá de las ya conocidas y habilitar la madera con nuevas propiedades para futuros edificios inteligentes sostenibles”, concluyó Panzarasa.
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