Il legno genera energia, e per ora lo sappiamo solo perché lo abbiamo bruciato per scaldarci, ma che il legno genera energia anche elettrica , come il sole, il vento o l’acqua è quasi impensabile.
Dell’importanza della sua flessibilità ne sono ben coscienti anche i danzatori: solo i pavimenti in parquet con intercapedine, quindi estremamente elastici, permettono di ottimizzare la loro esuberante energia per fare magnifici salti.
Il concetto è stato portato all’estremo da un gruppo di ricercatori dell’EMPA, laboratorio federale svizzero per la scienza e la tecnologia dei materiali, in collaborazione con l’ETH, l politecnico federale di Zurigo. Ovviamente non crediamo che abbiamo pensato all’arte della danza, ma probabilmente hanno considerato molto più scientificamente a fisica dei materiali.
Il team, guidato da Ingo Burgert e da Francis Schwarze e Javier Ribera, ha pubblicato uno studio sulla rivista Science Advances.
Il risultato dello studio è straordinario: il legno genera energia elettrica.
Piezoelettricità: non è una formula magica ma pura fisica
Come si genera elettricità partendo da un pezzo di legno?
Basta dire piezoelettricità, ovvero la tensione elettrica creata dalla deformazione elastica dei solidi, quindi anche del legno.
Esistono tantissime applicazioni che usano questa capacità dei solidi, una la conosciamo più o meno tutti: è quella che si usa negli accendigas da cucina, quando li usiamo facciamo pressione manuale su un un ristallo tramite un tasto e questo fa scoccare una scintilla, senza bisogno di altra energia.
Anche il legno ha un naturale effetto piezoelettrico.
Il problema è che è un materiale non abbastanza flessibile, quindi se sottoposto a stress meccanico, nel processo di deformazione genera solo una tensione elettrica molto bassa.
Le spugne di legno
Bisogna trasformare il legno in qualcosa di molto più flessibile in modo che quando viene schiacciato generi una tensione elettrica.
Jianguo Sun, uno studente di dottorato nel team di Burgert, ha utilizzato un processo chimico detto delegnificazione che ha permesso di creare una rete di cellulosa flessibile.
Come si fa questa magia? Con la scienza.
Le pareti delle celle di legno sono costituite da tre materiali di base: lignina, emicellulosa e cellulosa.
“La lignina è ciò di cui un albero ha bisogno principalmente per crescere a grandi altezze. Ciò non sarebbe possibile senza la lignina come sostanza stabilizzante che collega le cellule e impedisce alle fibrille di cellulosa rigide di deformarsi”, spiega Burgert.
Per trasformare il legno in un materiale facilmente deformabile, la lignina deve essere almeno parzialmente “estratta” e i ricercatori sono riusciti a farlo immergendo il legno in una sostanza acida che ha permesso di ottenere gli strati di cellulosa senza dissolvere la materia, come ad esempio succede nel caso della produzione della carta.
La spugna di legno bianca che risulta da questo processo è formata da strati sottili sovrapposti di cellulosa che possono essere facilmente schiacciati insieme e quindi espandersi nella loro forma originale: il legno è diventato elastico.
Quando questa spugna di legno è schiacciata, le cariche tra i vari strati si separano, generando una tensione elettrica: si ottiene così un nanogeneratore piezoelettrico.
Camminare sul parquet e generare energia
I ricercatori hanno poi ricavato un cubo di spugna con il lato di 1,5 cm e lo hanno caricato 600 volte. Il materiale è risultato altamente stabile e per ogni carica generava 0,63V, l’energia sufficiente per un sensore.
Con 30 blocchi, 30 nanogeneratori, caricati parallelamente al peso di una persona adulta sono riusciti a illuminare un display LCD.
Sarebbe quindi possibile in linea teorica generare energia camminando su un pavimento di legno.
Inoltre, il materiale può essere anche usato sulla pelle umana some sensore di pressione e potrebbe essere usato per applicazioni biomediche.
Spugne di legno sostenibili grazie a un fungo amico
Il team Empa – ETH aveva anche un altro obiettivo: modificare il processo di creazione delle spugne di legno eliminando l’uso di sostanze chimiche aggressive.
La risposta la hanno trovata in natura con il fungo Ganoderma applanatum che è responsabile del marciume del legno.
Detto così sembra abbastanza spaventoso, in realtà questo fungo è un tipo gentile: “scompone la lignina e l’emicellulosa nel legno in modo particolarmente delicato”, afferma Javier Ribera, ricercatore dell’Empa.
Usando il fungo la delegnificazione sarebbe un processo rispettoso dell’ambiente e controllabile in laboratorio.
Conclusioni
La ricerca non è ancora terminata e ha bisogno di una fase successiva di sperimentazione e anche di partner di cooperazione per adattare la tecnologia in applicazioni industriali.
Ma i vantaggi del legno piezoelettrico sono tali che la strada sembra segnata.
La natura ancora una volta ci fornisce le soluzioni sostenibili e rinnovabili.
Bisogna tenere presente che il legno, prima di diventare una materia prima, è stato un albero che a sua volta era parte di un bosco. Come il nostro bosco delle biodiversità di Bologna.
Fonti:
https://www.empa.ch/web/s604/strom-aus-dem-parkett
Sun J, Guo H, Schädli GN, Tu K, Schär S, Schwarze F, Panzarasa G, Ribera J, Burgert I. Enhanced mechanical energy conversion with selectively decayed wood. Science Advances (2021); doi: 10.1126/sciadv.abd9138
Sun J, Guo H, Ribera J, Wu C, Tu K, Binelli M, Panzarasa G, Schwarze F, Wang Z, Burgert I. Sustainable and
biodegradable wood sponge piezoelectric nanogenerator for sensing and energy harvesting applications. ACS
Nano 14, 14665–16474 (2020).
Per altre informazioni:
Prof. Dr. Ingo Burgert
Empa: Cellulose & Wood Materials
ETH: Wood Materials Science
Phone +41 44 6337773
Ingo.Burgert@empa.ch
iburgert@ethz.ch
Prof. Dr. Francis Schwarze
Cellulose & Wood Materials
Phone +41 58 765 44 34
Francis.Schwarze@empa.
