I ricercatori svizzeri stanno attingendo a una fonte di energia inaspettata proprio sotto i nostri piedi:i pavimenti in legno. Il loro nanogeneratore, presentato il 1 settembre sulla rivista Matter , permette al legno di generare energia dai nostri passi. Hanno anche migliorato il legno utilizzato nel loro nanogeneratore con una combinazione di un rivestimento in silicone e nanocristalli incorporati, risultando in un dispositivo che era 80 volte più efficiente, abbastanza per alimentare lampadine a LED e piccoli dispositivi elettronici.

Il team ha iniziato trasformando il legno in un nanogeneratore inserendo due pezzi di legno funzionalizzato tra gli elettrodi. Come un calzino aderente appena uscito dall'asciugatrice, i pezzi di legno si caricano elettricamente attraverso contatti e separazioni periodiche quando vengono calpestati, un fenomeno chiamato effetto triboelettrico. Gli elettroni possono trasferirsi da un oggetto all'altro, generando elettricità. Tuttavia, c'è un problema nel realizzare un nanogeneratore in legno.

"Il legno è fondamentalmente triboneutrale", afferma l'autore senior Guido Panzarasa, capogruppo della cattedra di Scienza dei materiali del legno presso l'Eidgenössische Technische Hochschule (ETH) di Zurigo e dei Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali (Empa) Dübendorf. "Significa che il legno non ha una reale tendenza ad acquisire o perdere elettroni". Ciò limita la capacità del materiale di generare elettricità, "quindi la sfida è produrre legno in grado di attrarre e perdere elettroni", spiega Panzarasa.

Per aumentare le proprietà triboelettriche del legno, gli scienziati hanno rivestito un pezzo di legno con polidimetilsilossano (PDMS), un silicone che guadagna elettroni al contatto, mentre funzionalizza l'altro pezzo di legno con in-situ -nanocristalli cresciuti chiamati zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8). ZIF-8, una rete ibrida di ioni metallici e molecole organiche, ha una maggiore tendenza a perdere elettroni. Hanno anche testato diversi tipi di legno per determinare se determinate specie o la direzione in cui il legno viene tagliato potrebbero influenzare le sue proprietà triboelettriche fungendo da ponteggio migliore per il rivestimento.

I ricercatori hanno scoperto che un nanogeneratore triboelettrico realizzato con abete rosso tagliato radialmente, un legno comune per l'edilizia in Europa, ha ottenuto le migliori prestazioni. Insieme, i trattamenti hanno potenziato le prestazioni del nanogeneratore triboelettrico:ha generato 80 volte più elettricità del legno naturale. Anche la produzione di elettricità del dispositivo è stata stabile in condizioni di forza costante per un massimo di 1.500 cicli.

I ricercatori hanno scoperto che un prototipo di pavimento in legno con una superficie leggermente più piccola di un pezzo di carta può produrre energia sufficiente per azionare lampade a LED per uso domestico e piccoli dispositivi elettronici come calcolatrici. Hanno acceso con successo una lampadina con il prototipo quando un adulto umano vi ha camminato sopra, trasformando i passi in elettricità.

"Il nostro obiettivo era dimostrare la possibilità di modificare il legno con procedure relativamente rispettose dell'ambiente per renderlo triboelettrico", afferma Panzarasa. "L'abete è economico e disponibile e ha proprietà meccaniche favorevoli. L'approccio di funzionalizzazione è abbastanza semplice e può essere scalabile a livello industriale. È solo una questione di ingegneria."

Oltre ad essere efficiente, sostenibile e scalabile, il nanogeneratore di nuova concezione conserva anche le caratteristiche che rendono il legno utile per l'interior design, tra cui la sua robustezza meccanica e colori caldi. I ricercatori affermano che queste caratteristiche potrebbero aiutare a promuovere l'uso di nanogeneratori di legno come fonti di energia verde negli edifici intelligenti. Dicono anche che le costruzioni in legno potrebbero aiutare a mitigare il cambiamento climatico sequestrando CO₂ dall'ambiente per tutta la vita del materiale.

Il passo successivo per Panzarasa e il suo team è ottimizzare ulteriormente il nanogeneratore con rivestimenti chimici più ecologici e più facili da implementare. "Anche se inizialmente ci siamo concentrati sulla ricerca di base, alla fine, la ricerca che facciamo dovrebbe portare ad applicazioni nel mondo reale", afferma Panzarasa. "L'obiettivo finale è comprendere le potenzialità del legno oltre quelle già note e consentire al legno di nuove proprietà per futuri edifici intelligenti sostenibili".