Desarrollan un dispositivo que permite generar energía pisando sobre suelos de madera
El ZIF-8, una red híbrida de iones metálicos y moléculas orgánicas, tiene una mayor tendencia a perder electrones.
Investigadores suizos han desarrollado un nanogenerador que permite a los suelos de madera generar energía a partir de las pisadas, según publican en la revista ‘Matter’. Además, mejoraron la madera utilizada en el nanogenerador con una combinación de revestimiento de silicona y nanocristales incrustados, lo que dio como resultado un dispositivo 80 veces más eficiente, suficiente para alimentar bombillas LED y pequeños aparatos electrónicos.
El equipo empezó por transformar la madera en un nanogenerador intercalando dos trozos de madera funcionalizada entre los electrodos. Como un calcetín de camisa recién salido 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 –explica el autor principal, 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 significa que la madera no tiene una tendencia real a adquirir o perder electrones».
Esto limita la capacidad del material para generar electricidad, «así que el reto es hacer que la madera sea capaz de atraer y perder electrones», añade Panzarasa.
Para potenciar las propiedades triboeléctricas de la madera, los científicos recubrieron un trozo de madera con polidimetilsiloxano (PDMS), una silicona que gana electrones al entrar en contacto, mientras que funcionalizaron el otro trozo de madera 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 la madera 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 de electricidad del dispositivo era estable bajo fuerzas constantes durante hasta 1.500 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 bombilla cuando un adulto humano caminó sobre él, convirtiendo las pisadas en electricidad.
«Nuestro objetivo era demostrar la posibilidad de modificar la madera con procedimientos relativamente respetuosos con el medio ambiente para hacerla triboeléctrica –explica Panzarasa–. 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 sólo una cuestión de ingeniería».
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 aún 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 –apunta Panzarasa–. El objetivo final es entender las potencialidades de la madera más allá de las ya conocidas y habilitar la madera con nuevas propiedades para futuros edificios inteligentes sostenibles».
