Energia elektryczna z drewna. Naukowcy stworzyli nową technologię

Zespół ekspertów z Empa i ETH Zurich pod kierownictwem Ingo Burgerta od dawna poszukuje nowych zastosowań dla drewna. Do tej pory udało im się przekształcić je w niezwykle trwały i wodoodporny materiał, a obecnie starają się pozyskać z niego energię elektryczną, o czym informują na łamach czasopisma naukowego "Science Advances".

Wytwarzanie prądu z drewna jest możliwe za sprawą efektu piezoelektrycznego. Jak możemy przeczytać na łamach portalu SciTechDaily, "piezoelektryczność oznacza, że ​​napięcie elektryczne jest wytwarzane w wyniku elastycznej deformacji ciał stałych". W takich przypadkach na powierzchni materiału pojawiają się ładunki elektryczne pod wpływem naprężeń mechanicznych.

Drewno samo w sobie nie jest zbyt elastyczne, dlatego naukowcy poddali je specjalnej obróbce chemicznej. Polegała ona na usunięciu z niego ligniny, czyli tzw. delignifikacji. Lignina, to oprócz hemicelulozy i celulozy jeden z podstawowych budulców tego materiału.

- Lignina jest tym, czego drzewo potrzebuje przede wszystkim, aby urosnąć na dużą wysokość. Nie byłoby to możliwe bez ligniny jako substancji stabilizującej, która łączy komórki i zapobiega wypaczaniu sztywnych włókien celulozowych – wyjaśnił Ingo Burgert w rozmowie z SciTechDaily.

Ligninę usuwa się poprzez umieszczenie drewna w mieszaninie nadtlenku wodoru i kwasu octowego. Roztwór rozpuszcza ligninę i pozostawia drewniany szkielet z warstw celulozy, który przypomina białą gąbkę. Jest on bardzo elastyczny. Można go w łatwy sposób rozciągać lub ścisnąć do niewielkich rozmiarów.

W trakcie badań naukowcy przetestowali powstałą w ten sposób drewnianą kostkę, której bok miał długość około 1,5 centymetra. Została ona poddana blisko 600 cyklom obciążeń. Materiał wykazał niesamowitą stabilność. Przy każdej kompresji naukowcy obserwowali powstawanie napięcia około 0,63 V.

W kolejnych testach eksperci wykazali, że 30 takich drewnianych kostek, które odkształcają się za sprawą nacisku masy ciała dorosłego człowieka, może oświetlić prosty wyświetlacz LCD. Przetestowali też możliwości wykorzystania kostki jako czujnika ciśnienia na ludzkiej skórze. Okazało się, że bardzo dobrze się sprawdza w przypadku zastosowań biomedycznych.

Naukowcy poszli o krok dalej i zmodyfikowali proces delignifikacji w taki sposób, aby nie wymagał użycia szkodliwych dla środowiska chemikaliów. Zastosowali naturalnie występujące grzyby Ganoderma applanatum, które "delikatnie rozkładają ligninę i hemicelulozę w drewnie". Dodatkowo proces można łatwo kontrolować w laboratorium.

Technologia wymaga dopracowania, ale eksperci mają nadzieję, że w przyszłości jej zastosowanie pozwoli stworzyć drewnianą podłogę wytwarzającą energię elektryczną lub czujniki mierzące funkcje życiowe. Naukowcy prowadzą już rozmowy z potencjalnymi partnerami, dzięki którym technologia może być dostępna na skalę przemysłową.