News

Pavimento in legno che produce energia

PaveGen prodotto da un team dell’ETH di Zurigo è in grado di generare elettricità a ogni passo, rendendolo così una nuova fonte di energia sostenibile

Il lavoro di un team svizzero dimostra come sia possibile realizzare un pavimento in legno spugnoso in grado di generare elettricità a ogni passo, rendendolo così una nuova fonte di energia sostenibile. La produzione di elettricità da fonti rinnovabili e la riduzione del suo consumo da parte degli edifici sono necessarie per affrontare le sfide energetiche e il cambiamento climatico.

Il legno, ottimo materiale da costruzione “verde”, grazie al suo comportamento piezoelettrico, consente la conversione diretta dell’energia meccanica in elettricità. Sebbene questo fenomeno sia stato scoperto decenni fa, il suo sfruttamento come fonte di energia è stato compromesso dalla bassissima produzione piezoelettrica del legno nativo, è quindi necessario ideare nuovi metodo per migliorare la compressibilità del legno (Figura 1). Le pareti delle cellule di legno sono composte principalmente da cellulosa, emicellulosa e lignina. La cellulosa è costituita da regioni amorfe e cristalline. La piezoelettricità nel legno è indotta dallo spostamento della cellulosa cristallina in risposta allo stress meccanico applicato, con conseguente generazione di cariche elettriche. In sintesi, il materiale nel pavimento viene compresso sotto stress meccanico e le cariche positive e negative si separano sulle superfici opposte, generando energia.

La tecnologia attuale si concentra principalmente sul fotovoltaico. Tuttavia, il guadagno energetico dipende fortemente dalle condizioni meteorologiche e l’installazione di pannelli solari non è idonea per tutti i tipi di edifici e influenza l’aspetto estetico dell’architettura. Pertanto, è auspicabile che le materie prime da costruzione come legno, cemento o vetro siano in grado di produrre elettricità da fonti rinnovabili senza limitazioni meteorologiche. Solo così gli edifici potrebbero generare la propria elettricità senza limitazioni, mantenendo il loro aspetto estetico.

Figura 1. Proprietà meccaniche del legno prima e dopo il trattamento fungino

PaveGen e il processo di delignificazione

I materiali piezoelettrici più utilizzati presentano molti svantaggi, come sintesi complicata; scarse proprietà meccaniche, perché resi, per esempio, fragili; composizione tossica. Al contrario un nanogeneratori piezoelettrici basato su una spugna di legno ottenuta con un semplice processo di delignificazione è a basso costo, biodegradabile, biocompatibile e altamente comprimibile.

Grazie alla maggiore compressibilità della spugna di legno, come riportato nell’articolo Sustainable and Biodegradable Wood Sponge Piezoelectric Nanogenerator for Sensing and Energy Harvesting Applications
pubblicato da ACS Nano, un nanogeneratore di legno con misure 15 × 15 × 14 mm3, (longitudinale × radiale × tangenziale) può generare una tensione di uscita fino a 0,69 V, 85 volte superiore a quella generata dal legno nativo (non trattato) e mostra prestazioni stabili sotto compressione ciclica ripetuta (≥600 cicli). In conclusione, normalmente il legno non è abbastanza flessibile per generare molta elettricità, grazie al processo di delignificazione che elimina alcune lignine – polimeri naturali che fungono da strutture di supporto nelle cellule delle piante – il comune materiale da costruzione è reso più spugnoso ed elastico. Questo principio è stato messo in pratica nelle piastrelle della pavimentazione firmata PaveGen, in particolare nei campi da calcio che riescono così ad alimentare il proprio impianto di illuminazione.

I test di laboratorio

Nella prima prova, i ricercatori dell’ETH di Zurigo e dell’EMPA hanno immerso il legno in un bagno di perossido di idrogeno e acido acetico. Nella seconda hanno sperimentato l’utilizzo di un fungo chiamato ganoderma applanatum, che fa marcire la lignina del legno. Entrambe le tipologie di legno spugnoso sono state testate in laboratorio come generatore piezoelettrico.

Il legno – un cubo di circa 1,5 cm di lato – ricavato dal bagno acido ha generato circa 0,63 V, potenza sufficiente ad alimentare un piccolo sensore. Quando il team ha creato un “mini pavimento” composto da 30 di questi blocchi e vi ha aggiunto il peso di una persona adulta, il sistema ha prodotto energia sufficiente ad accendere un display LCD.

Risultati ancora migliori per il pavimento composto da legno spugnoso creato utilizzando il fungo. Un cubo delle medesime dimensioni del precedente ha prodotto una tensione massima di 0,87 V. Questo metodo ha, inoltre, il vantaggio di essere maggiormente eco-friendly (Figura 2).

Figura 2. Illustrazione grafica dell’evoluzione della struttura del legno in seguito a trattamento fungino (credit: Science Advances)
Fonti:
  • Sustainable and Biodegradable Wood Sponge Piezoelectric Nanogenerator for Sensing and Energy Harvesting Applications, ACS Nano, American Chemical Society, 16 settembre 2020, https://doi.org/10.1021/acsnano.0c05493
  • Enhanced mechanical energy conversion with selectively decayed wood, Science Advances, Vol. 7, no. 11, 10 marzo 2021, DOI: 10.1126/sciadv.abd9138

Related Articles

Lascia un commento

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *

Questo sito usa Akismet per ridurre lo spam. Scopri come i tuoi dati vengono elaborati.

Check Also
Close
Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker