Predstavte si, že kráčate po drevenej podlahe vo vašom byte. Každý váš krok aktivuje niečo ako generátor elektrickej energie a vytvorí niekoľko voltov napätia. Bláznivá myšlienka? Kdeže. Chytrá budúcnosť je tu. Spolu s takmer neuveriteľnou nabíjacou podlahou. Aj takto môže vyzerať podlaha budúcnosti, ktorá funguje ako piezoelektrický nanogenerátor.
Energiu potrebujeme na všetko, čo robíme. Získava sa spracovaním, či využitím rôznych zdrojov (drevo, ropa, vietor, voda, slnko…), pričom vzniká teplo, svetlo, pohyb alebo sa premieňa hmota. Energia je naozaj všade okolo nás. Dokonca aj v drevenej podlahe, ktorá po špeciálnej úprave dokáže vyrábať elektrinu. Na malý generátor ju vedia premeniť švajčiarski vedci s pomocou chytrej huby lesklokôrovky ploskej (lat. Ganoderma applanatum). Lesklokôrovka je jedným z najúčinnejších antioxidantov, ktoré príroda ponúka. Nie náhodou sa v Ázii používa už niekoľko tisíc rokov na liečebné účely. V Číne ju dokonca nazývajú hríbom nesmrteľnosti. Vedci však zistili, že môže slúžiť účelu, aký by pred pár rokmi nikto nepredpokladal. Vďaka tejto hube možno raz budeme svoju domácnosť nabíjať doslova krok za krokom.
Mnoho a mnoho rokov chodia ľudia po zásobách elektriny ukrytej v drevenej podlahe. Už dávnejšie sa vedelo, že v dreve je ukrytá zásoba slnečnej energie. Lenže ako ju premeniť na elektrickú? To nevedel nik. Respektíve vedel – spaľovaním – teda veľmi neekologickým spôsobom. Vedci zo švajčiarskych laboratórií ETH Zurich a EMPA však prišli na prevratný spôsob získania elektriny z dreva a navyše ju dokážu využiť. Ich špeciálne upravené drevo napája domácu elektroniku!
Tím Ingo Burgerta v EMPA a ETH Zürich už niekoľkokrát dokázal, že drevo sa nemusí použiť iba ako stavebný materiál. Ich spoločná výskumná práca sa často zameriava na rozšírenie vlastností dreva takým spôsobom, aby bolo vhodné pre úplne nové oblasti použitia. Takto vzniklo vysoko pevné, vodoodpudivé alebo magnetizovateľné drevo.
Pod vedením Francisa Schwarzeho a Javiera Riberu tento tím nedávno predstavil ďalšiu inováciu: jednoduchý, ekologický postup na generovanie elektrického napätia pomocou akejsi drevenej špongie.
Princíp nie je zložitý. Piezoelektrický nanogenerátor?
Ako sa dokáže drevená podlaha nabíjať pri chôdzi? Vedecká odpoveď znie:“ Keď z dreva odstránime jeho základnú stavebnú zložku- lignín, získame pružný hubovitý materiál, ktorý vďaka takzvanému piezoelektrickému javu vyrába v podlahe pri bežnej chôdzi elektrickú energiu. Pri pravidelnom zaťažení funguje pružné drevo s hubovitou štruktúrou ako piezoelektrický nanogenerátor.
Piezoelektrika sa už používa v rôznych oblastiach, predovšetkým v meracej technike. Pre takéto senzory sa však často používajú látky, ktoré sú nevhodné na použitie v biomedicínskej oblasti. Patrí sem olovo-zirkoničitan titaničitý (PZT), ktorý nie je vhodný na použitie na pokožku kvôli olovu. Sťažuje tiež ekologickú likvidáciu látky. Schopnosť využívať prírodný piezoelektrický efekt dreva preto ponúka určité výhody. Ak sa tento objav posunie ďalej, mohol by sa použiť aj na udržateľnú výrobu energie. K tomu však musí mať drevo najskôr príslušné vlastnosti. Pretože bez špeciálneho ošetrenia vytvára mechanické napätie v procese deformácie iba veľmi nízke elektrické napätie. A tak sa k slovu dostala spomínaná huba. Štruktúru dreva totiž dokážu švajčiarski výskumníci zmeniť buď chemicky, alebo pomocou drevokaznej huby lesklokôrovky ploskej. Rôzne postupy prinášajú rôzne výsledky.
Keď sa lignínom „nakŕmi“ peroxid vodíka a kyselina octová, vyrobí drevená vzorka veľkosti kocky cukru maximálne elektrické napätie 0,69 voltu. Z materiálu oslabeného hubou však možno získať elektrickej energie viac – dokonca 0,87 voltu. Plocha zložená z tridsiatich testovaných dielikov, po ktorej chodil dospelý človek, napájala vo švajčiarskych laboratóriách LCD displej!
Výsledky testov pasujú pružné podlahy do úlohy batérií k nenáročnému využitiu. Pred priemyselným nasadením u nich zostáva preveriť spoľahlivosť a splniť nároky na bežný komfort. Mäkčená podlaha nesmie byť pri chôdzi nepohodlná a musí vydržať viac než laboratórne overených šesťsto nabíjacích cyklov.
Múdra budúcnosť
Nová technológia funguje jednoducho, nízkonákladovo a predovšetkým bez ďalšieho zaťažovania životného prostredia. Ak si nájde cestu na trh, naše domovy i kancelárie by sa mohli stať energeticky sebestačnými a spĺňať požiadavky chytrej architektúry budúcnosti, bez ktorej sa nezaobíde udržateľný rozvoj miest i vidieka.
Foto: ACS Nano; Empa