Švicarski istraživači iskorištavaju neočekivani izvor energije točno pod našim nogama: drvene podove. Njihov nanogenerator, upravo predstavljen u časopisu Matter, omogućuje drvu da proizvodi energiju iz naših koraka. Pritom su drvo poboljšali kombinacijom silikonskog premaza i ugrađenih nanokristala. To je pak rezultiralo 80 puta učinkovitijim uređajem, dovoljno snažnim da napaja LED žarulje i malu elektroniku.

Triboelektrični učinak

Drvo su pretvorili u nanogenerator tako što su između elektroda stavili dva komada drva. Kad ih se nagazi, komadići drva postaju električno nabijeni kroz povremene kontakte i razdvajanja zahvaljujući triboelektričnom učinku.

"Drvo je u osnovi triboneutralno", kaže viši autor Guido Panzarasas sa švicarskog federalnog instituta za tehnologiju i Sveučilišta tehnologije, znanosti i menadžmenta ETH u Zürichu i saveznog laboratorija za znanost i tehnologiju materijala Empa. "Drvo nema stvarnu tendenciju stjecanja ili gubitka elektrona. To ograničava sposobnost materijala da proizvodi električnu energiju pa je izazov napraviti drvo koje može privući i izgubiti elektrone."

Najbolja je radijalno izrezana smreka

Kako bi poboljšali triboelektrična svojstva drva, istraživači su jedan komad drveta premazali polidimetilsiloksanom (PDMS), a drugi nanokristalima ZIF -8. Pritom su testirali različite vrste drva kako bi utvrdili mogu li određene vrste ili smjer rezanja utjecati na triboelektrična svojstva drva. Najbolje rezultate pokazala je radijalno izrezana smreka.

Nakon tretmana, drastično su se poboljšale performanse triboelektričnog nanogeneratora koji je proizveo 80 puta više električne energije nego prirodno drvo. Izlaz električne energije također je bio stabilan pri stalnim silama do 1500 ciklusa.

Istraživači su otkrili da prototip drvenog poda s površinom nešto manjom od komada papira može proizvesti dovoljno energije za pogon LED svjetiljki u domaćinstvu i malih elektroničkih uređaja poput kalkulatora. Uspješno su upalili žarulju s prototipom kada je odrasla osoba hodala, pretvarajući korake u električnu energiju.

"Htjeli smo pokazati da se svojstva drva mogu promijeniti relativno ekološki prihvatljivim postupcima kako bi postalo triboelektrično", kaže Panzarasa. “Smreka je jeftina i dostupna te ima povoljna mehanička svojstva. Sve se to može izvesti i na industrijskoj razini; to je samo pitanje inženjeringa."

Zeleni izvor energije

Osim što je učinkovit, održiv i skalabilan, novorazvijeni nanogenerator čuva značajke koje drvo čine korisnim za dizajn interijera, uključujući njegovu mehaničku robusnost i tople boje. Istraživači kažu da bi ove značajke mogle pomoći u promicanju uporabe drvnih nanogeneratora kao zelenih izvora energije u pametnim zgradama. Također kažu da bi drvena konstrukcija mogla pomoći u ublažavanju klimatskih promjena izdvajanjem CO2 iz okoliša tijekom vijeka trajanja materijala.

Sljedeći korak za Panzarasu i njegov tim je daljnja optimizacija nanogeneratora s ekološki prihvatljivijim kemijskim premazima koji se lakše nanose na drvo.