El suelo de madera que crea electricidad cuando lo pisas: Adi¨®s, factura de la Luz

Esta semana ha entrado en vigor la nueva factura de la luz. Y desde luego que ha sacudido el pa¨ªs entero: Desde cambios de h¨¢bito y provocar discusiones vecinales por gente que pone la lavadora de madrugada -para ahorrar dinero en plena cat¨¢strofe Covid-, a protestas por igual ante la que debe ser la medida menos popular de las ¨²ltimas medidas menos populares en el pa¨ªs desde que arranc¨® el circo pol¨ªtico este de tres pistas que vivimos.

Pero, ?y si pudi¨¦ramos crear energ¨ªa el¨¦ctrica que no requiriese la instalaci¨®n de paneles solares? ?Un tipo de energ¨ªa renovable s¨®lo con nuestros pasos? No, no es una locura, es aprovechar lo que hacemos a diario.

Madera piezoel¨¦ctrica

?Qu¨¦ sueles hacer siempre cada d¨ªa? Andar por casa. Incluso aunque te pases el d¨ªa fuera, siempre andas al llegar: Que si al ba?o, a la cena, al sal¨®n, etc. Y si haces ejercicio casero, m¨¢s aun. Imagina que todos esos pasos que das al cabo del d¨ªa sin darte cuenta pueden ser usados para ir generando electricidad. Y si hablamos de una familia con ni?os y/o mascotas, esos son muchos m¨¢s pasos, ergo m¨¢s electricidad.

Un grupo de investigadores de los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnolog¨ªa de los Materiales y de la ETH de Z¨²rich ha demostrado ser especialmente bueno a la hora de encontrar nuevos y ex¨®ticos casos de uso para la madera, un material en el que nunca pensar¨ªas para algo relacionado con generar electricidad a priori. Por ejemplo, ya han desarrollado una madera hidrof¨®bica y magnetizable que, adem¨¢s, ha demostrado ser muy resistente. Su ¨²ltimo proyecto se centr¨® en desarrollar un proceso para que un tipo espec¨ªfico de madera generara electricidad de forma ecol¨®gica.

A simple vista, producir electricidad a partir de la madera parece una locura. La madera es un p¨¦simo conductor y no tiene nada que ver con la producci¨®n de electricidad, salvo su combusti¨®n en una central el¨¦ctrica. Sin embargo, el equipo encontr¨® una forma ingeniosa de producir energ¨ªa utilizando el llamado "efecto piezoel¨¦ctrico".

Sensores piezoel¨¦ctricos m¨¦dicos

La piezoelectricidad es la carga el¨¦ctrica que se acumula en algunos materiales s¨®lidos (como los cristales, varias cer¨¢micas y materia biol¨®gica como la madera) en respuesta a la tensi¨®n mec¨¢nica aplicada. En otras palabras, se genera electricidad cuando el material se deforma. En la actualidad, el efecto piezoel¨¦ctrico se utiliza a menudo en sensores que miden los cambios de temperatura, aceleraci¨®n de la presi¨®n, deformaci¨®n o fuerza convirti¨¦ndolos en una carga el¨¦ctrica.

Lamentablemente, estos sensores no pueden utilizarse en aplicaciones m¨¦dicas, ya que se componen parcialmente de materiales venenosos como el titanato de circonato de plomo. Por eso, utilizar el efecto piezoel¨¦ctrico natural de la madera ofrece algunas ventajas potenciales en este campo. Gracias a las innovaciones en este campo, "podr¨ªamos crear sensores piezoel¨¦ctricos m¨¦dicos en el futuro".

Producci¨®n de energ¨ªa sostenible

Adem¨¢s del caso de uso potencial mencionado anteriormente, tambi¨¦n se puede pensar en utilizar el efecto para la producci¨®n de energ¨ªa sostenible. Sin embargo, no es tan f¨¢cil como parece, ya que hay que dotar a la madera de las caracter¨ªsticas adecuadas antes de poder utilizarla. En su forma natural, la madera no es lo suficientemente flexible como para resistir la tensi¨®n mec¨¢nica necesaria para obtener todo el beneficio del efecto piezoel¨¦ctrico. Aqu¨ª es donde entra el equipo de investigaci¨®n de la ETH y la EMPA, que utiliz¨® un proceso qu¨ªmico denominado "deslignificaci¨®n".

Madera el¨¢stica

Ingo Burgert, uno de los investigadores, explic¨® en un comunicado de prensa que las paredes celulares de la madera est¨¢n compuestas por tres elementos b¨¢sicos: lignina, celulosa y hemicelulosas. La lignina es una sustancia estabilizadora que conecta las c¨¦lulas y evita que las r¨ªgidas fibrillas de celulosa se doblen. En esencia, es lo que hace posible que los ¨¢rboles crezcan tanto.

Para convertir la madera de modo que pueda deformarse f¨¢cilmente, hay que eliminar la lignina, al menos en parte. Para ello, hay que introducir la madera en una mezcla de ¨¢cido ac¨¦tico y per¨®xido de hidr¨®geno. Este "ba?o" disolver¨¢ la lignina, dejando una estructura de capas de celulosa. Seg¨²n Burgert, el equipo aprovecha la estructura jer¨¢rquica de la madera sin tener que disolverla primero y luego volver a conectar las fibras. El resultado final es una especie de esponja de madera blanca formada por finas l¨¢minas de celulosa superpuestas que pueden apretarse f¨¢cilmente y volver a expandirse en su forma original. En otras palabras: La madera se ha vuelto el¨¢stica.

Generar electricidad al caminar sobre un suelo de madera

Los investigadores utilizaron un cubo de prueba de aproximadamente media pulgada, compuesto por la mencionada "madera el¨¢stica" en una prueba en la que se comprimi¨® unas 600 veces, tras lo cual rebot¨® a su forma original. Result¨® que el material era muy resistente y podr¨ªa ser lo suficientemente duradero para su uso en el mundo real. En cada compresi¨®n, los investigadores midieron una tensi¨®n de unos 0,63 V, suficiente para hacer funcionar un sensor. Los investigadores tambi¨¦n probaron la idoneidad de un sensor de presi¨®n en la piel humana y demostraron que podr¨ªa utilizarse en aplicaciones biom¨¦dicas.

Sin embargo, el equipo fue un poco m¨¢s all¨¢ en experimentos adicionales en los que intentaron ampliar sus nanogeneradores de madera. Lograron demostrar que 30 de estos diminutos bloques de madera, cargados en paralelo con el peso corporal de un adulto, eran capaces de hacer funcionar una pantalla LCD. Por tanto, ser¨ªa concebible desarrollar un suelo de madera capaz de convertir en electricidad la energ¨ªa de las personas que caminan sobre ¨¦l.

Reducir el componente qu¨ªmico y hacer el proceso m¨¢s ecol¨®gico

El equipo tambi¨¦n trat¨® de encontrar un complemento para los productos qu¨ªmicos agresivos que utilizaban para convertir la madera y conseguir las caracter¨ªsticas flexibles necesarias para beneficiarse del efecto piezoel¨¦ctrico.

Encontraron un candidato viable en un hongo llamado 'Ganoderma applanatum'. Javier Ribera, uno de los investigadores del Empa, explica que el hongo es especialmente suave a la hora de descomponer la hemicelulosa y la lignina de la madera. Adem¨¢s, el proceso puede controlarse f¨¢cilmente en un laboratorio.

Por supuesto, todav¨ªa hay que dar algunos pasos antes de que este ingenioso material pueda utilizarse eficazmente como sensor m¨¦dico o para generar energ¨ªa en un suelo de madera. Sin embargo, muestra un potencial incre¨ªble por sus propiedades sencillas, ecol¨®gicas y renovables. Seg¨²n los Laboratorios Federales Suizos de Ciencia y Tecnolog¨ªa de los Materiales, ya se est¨¢n manteniendo conversaciones con posibles socios comerciales para posibles aplicaciones industriales.