Екипът на Инго Бургарт от Empa и ETH Zurich вече няколко пъти доказа, че дървото може да се използва не само като строителен материал. Изследователската работа често е свързана с разширяване на съществуващите свойства на дървесината по такъв начин, че да е подходяща за напълно нови области на приложение.
Сега, заедно с изследователската група на Empa, ръководена от Франсис Шварце и Хавиер Рибера, екипът е разработил прост екологичен процес за генериране на електрическо напрежение с вид дървена гъба, както съобщават в известното списание „Science Advances“.
Електрическо напрежение чрез деформация.
Ако искате да генерирате електрическо напрежение с дърво, в сила влиза така нареченият пиезоелектричен ефект. Пиезоелектричността означава, че еластичната деформация на твърдите вещества създава електрическо напрежение.
Ефектът може да служи и за генериране на устойчива енергия. Но на първо място, дървото трябва да получи съответните свойства, тъй като без специална обработка на дървото, механичното напрежение създава много ниско електрическо напрежение в процеса на деформация.
От дънера до гъбата.
Екипът на Бургарт използва процес, който формира основата за различни по-нататъшни трансформации на дървесината – делигнификация. Дървесните клетъчни стени се състоят от три основни вещества: лигнин, хемицелулоза и целулоза.
За да се превърне дървото в лесно деформируем материал, лигнинът трябва да бъде поне частично „разтворен“. Това се постига чрез накисване на дървесината в смес от водороден прекис и оцетна киселина. Лигнинът се отстранява в киселата баня, оставяйки рамка от целулозни слоеве. При този метод екипът на Бургарт искаше да работи с относително прости и екологични процеси: „Използваме йерархичната структура на дървесината, без първо да се налага да я разтваряме и след това да свързваме отново влакната, какъвто е случаят при производството на хартия например.“ Получената бяла дървена гъба се състои от тънки слоеве целулоза, които могат лесно да се притиснат и след това да се разширят обратно в първоначалната си форма.
Ток от дървения под.
Изследователската група е подложила тестовия дървен блок с дължина на страната около 1,5 cm на 600 цикъла на натоварване. Материалът показа удивителна стабилност. При всяко натоварване изследователите измерват напрежение от около 0,63 V, което може да се използва като сензор.
Те успяха да покажат, че 30 такива дървени блока, ако са натоварени едновременно с теглото на възрастен, вече карат един обикновен LCD дисплей да свети. С по-нататъшна оптимизация на процеса би могъл да се представи и функционализиран паркет, който преобразува енергията от стъпките в електричество.
Предимствата на такава проста и в същото време възобновяема и биоразградима пиезоелектрическа система са очевидни и сега се изследват от Бургарт и неговите колеги в по-нататъшни изследователски проекти. И за да адаптират технологията за индустриална употреба, изследователите вече водят преговори с възможни партньори за сътрудничество.