Desarrollan proceso ecológico para generar electricidad a partir de una esponja de madera

Ingo Burgert y su equipo en Empa y ETH Zurich lo han demostrado una y otra vez: la madera es mucho más que “solo” un material de construcción.

Su investigación tiene como objetivo ampliar las características existentes de la madera de tal manera que sea adecuada para campos de aplicación completamente nuevos.

Por ejemplo, ya han desarrollado madera magnetizable, repelente al agua y de alta resistencia.

Ahora, junto con el grupo de investigación Empa de Francis Schwarze y Javier Ribera, el equipo ha desarrollado un proceso sencillo y respetuoso con el medio ambiente para generar electricidad a partir de un tipo de esponja de madera, como informan en la revista Science Advances.

Si desea generar electricidad a partir de madera, entra en juego el llamado efecto piezoeléctrico.

Piezoelectricidad significa que se crea un voltaje eléctrico por la deformación elástica de los sólidos.

Este fenómeno es explotado principalmente por la metrología, que utiliza sensores que generan una señal de carga, por ejemplo, cuando se aplica una carga mecánica.

Sin embargo, estos sensores suelen utilizar materiales que no son adecuados para su uso en aplicaciones biomédicas, como el titanato de circonato de plomo (PZT), que no se puede utilizar en la piel humana debido al plomo que contiene.

También dificulta la eliminación ecológica de PZT y Co.

Por tanto, poder utilizar el efecto piezoeléctrico natural de la madera ofrece una serie de ventajas.

Si se piensa más a fondo, el efecto también podría utilizarse para la producción de energía sostenible.

Pero antes que nada, la madera debe tener las propiedades adecuadas.

Sin un tratamiento especial, la madera no es lo suficientemente flexible; cuando se somete a tensión mecánica; por lo tanto, solo se genera una tensión eléctrica muy baja en el proceso de deformación.

Jianguo Sun, estudiante de doctorado del equipo de Burgert, utilizó un proceso químico que es la base de varios “refinamientos” de la madera que el equipo ha realizado en los últimos años: deslignificación.

Las paredes de las células de la madera se componen de tres materiales básicos: lignina, hemicelulosas y celulosa.

“La lignina es lo que un árbol necesita principalmente para crecer a grandes alturas.

Esto no sería posible sin la lignina como sustancia estabilizadora que conecta las células y evita que las fibrillas rígidas de celulosa se pandeen“, explica Burgert.

Para transformar la madera en un material fácilmente deformable, la lignina debe “extraerse” al menos parcialmente.

Esto se logra colocando madera en una mezcla de peróxido de hidrógeno y ácido acético.

La lignina se disuelve en este baño ácido, dejando un entramado de capas de celulosa.

“Aprovechamos la estructura jerárquica de la madera sin primero disolverla, como es el caso de la producción de papel, por ejemplo, y luego tener que volver a conectar las fibras”, dice Burgert.

La esponja de madera blanca resultante consiste en capas delgadas superpuestas de celulosa que pueden comprimirse fácilmente y luego expandirse nuevamente a su forma original: la madera se ha vuelto elástica.

El equipo de Burgert sometió el cubo de prueba con una longitud lateral de aproximadamente 1,5 cm a aproximadamente 600 ciclos de carga.

El material mostró una estabilidad asombrosa.

En cada compresión, los investigadores midieron un voltaje de alrededor de 0,63 V, suficiente para una aplicación como sensor.

En experimentos posteriores, el equipo intentó ampliar sus nanogeneradores de madera.

Por ejemplo, pudieron demostrar que 30 de estos bloques de madera, cuando se cargan en paralelo con el peso corporal de un adulto, pueden iluminar una pantalla LCD simple.

Por tanto, sería concebible desarrollar un suelo de madera que sea capaz de convertir la energía de las personas que caminan sobre él en electricidad.

Los investigadores también probaron la idoneidad como sensor de presión en la piel humana y demostraron que podría usarse en aplicaciones biomédicas.

El trabajo descrito en la última publicación del equipo de Empa-ETH, sin embargo, va un paso más allá:

El objetivo era modificar el proceso de tal manera que ya no requiera el uso de productos químicos agresivos.

Los investigadores encontraron un candidato idóneo que podría llevar a cabo la deslignificación en forma de un proceso biológico en la naturaleza: el hongo Ganoderma applanatum, causante de la pudrición blanca en la madera.

“El hongo descompone la lignina y la hemicelulosa en la madera de manera particularmente suave“, dice el investigador de Empa Javier Ribera, explicando el proceso amigable con el medio ambiente.

Además, el proceso se puede controlar fácilmente en el laboratorio.

Todavía quedan algunos pasos antes de que la madera “piezo” pueda utilizarse como sensor o como suelo de madera para generar electricidad.

Pero las ventajas de un sistema piezoeléctrico tan simple y al mismo tiempo renovable y biodegradable son obvias y ahora están siendo investigadas por Burgert y sus colegas en proyectos de seguimiento.

Y para adaptar la tecnología a aplicaciones industriales, los investigadores ya están en conversaciones con potenciales socios de cooperación.

Fuente: Empa