Představte si, že kráčíte po dřevěné podlaze ve vašem bytě. Každý váš krok aktivuje něco jako generátor elektrické energie a vytvoří několik voltů napětí. Bláznivá myšlenka? Kdepak. Chytrá budoucnost je tady. Spolu s téměř neuvěřitelnou nabíjecí podlahou. I takto může vypadat podlaha budoucnosti, která funguje jako piezoelektrický nanogenerátor.
Energii potřebujeme na vše, co děláme. Získává se zpracováním, zda využitím různých zdrojů (dřevo, ropa, vítr, voda, slunce …), přičemž vzniká teplo, světlo, pohyb nebo se přeměňuje hmota. Energie je opravdu všude kolem nás. Dokonce i v dřevěné podlaze, která po speciální úpravě dokáže vyrábět elektřinu. Na malý generátor ji umí přeměnit švýcarští vědci s pomocí chytré houby lesklokorky ploské (lat. Ganoderma applanatum). Lesklokorka je jedním z nejúčinnějších antioxidantů, které příroda nabízí. Ne náhodou se v Asii používá již několik tisíc let pro léčebné účely. V Číně ji dokonce nazývají hřibem nesmrtelnosti. Vědci však zjistili, že může sloužit účelu, jaký by před pár lety nikdo nepředpokládal. Díky této houbě možná jednou budeme svou domácnost nabíjet doslova krok za krokem.
Mnoho a mnoho let chodí lidé po zásobách elektřiny ukryté v dřevěné podlaze. Už dříve se vědělo, že ve dřevě je ukryta zásoba sluneční energie. Jenže jak ji přeměnit na elektrickou? To nevěděl nikdo. Respektive věděl – spalováním – tedy velmi neekologickým způsobem. Vědci ze švýcarských laboratoří ETH Zurich a EMPA však přišli na převratný způsob získání elektřiny ze dřeva a navíc ji dokáží využít. Jejich speciálně upravené dřevo napájí domácí elektroniku!
Tým Ingo BurgerTime v EMPA a ETH Curych už několikrát dokázal, že dřevo se nemusí použít pouze jako stavební materiál. Jejich společná výzkumná práce se často zaměřuje na rozšíření vlastností dřeva takovým způsobem, aby bylo vhodné pro zcela nové oblasti použití. Takto vzniklo vysoce pevné, vodoodpudivé nebo magnetizovatelné dřevo.
Pod vedením Francise Schwarz a Javiera Ribera tento tým nedávno představil další inovaci: jednoduchý, ekologický postup ke generování elektrického napětí pomocí jakési dřevěné houby.
Princip není složitý. Piezoelektrický nanogenerátor?
Jak se dokáže dřevěná podlaha nabíjet při chůzi? Vědecká odpověď zní: „Když z dřeva odstraníme jeho základní stavební zložku- lignin, získáme pružný houbovitý materiál, který díky takzvanému piezoelektrickému jevu vyrábí v podlaze při běžné chůzi elektrickou energii. Při pravidelném zatížení funguje pružné dřevo s houbovitou strukturou jako piezoelektrický nanogenerátor.
Piezoelektrika se již používá v různých oblastech, především v měřící technice. Pro takové senzory se však často používají látky, které jsou nevhodné pro použití v biomedicínské oblasti. Patří sem olovo-zirkoničitan titaničitý (PZT), který není vhodný pro použití na pokožku kvůli olovu. Ztěžuje také ekologickou likvidaci látky. Schopnost využívat přírodní piezoelektrický efekt dřeva proto nabízí určité výhody. Pokud se tento objev posune dál, mohl by se použít i na udržitelnou výrobu energie. K tomu však musí mít dřevo nejprve příslušné vlastnosti. Protože bez speciálního ošetření vytváří mechanické napětí v procesu deformace pouze velmi nízké elektrické napětí. A tak se ke slovu dostala zmiňovaná houba. Strukturu dřeva totiž dokáží švýcarští výzkumníci změnit buď chemicky nebo pomocí dřevokazné houby lesklokorky plošku. Různé postupy přinášejí různé výsledky.
Když se ligninem „nakrmí“ peroxid vodíku a kyselina octová, vyrobí dřevěná vzorek velikosti kostky cukru maximálně elektrické napětí 0,69 voltu. Z materiálu oslabeného houbou však lze získat elektrické energie více – dokonce 0,87 voltu. Plocha složená z třiceti testovaných dílků, po níž chodil dospělý člověk, napájela ve švýcarských laboratořích LCD displej!
Výsledky testů pasují pružné podlahy do role baterií k nenáročnému využití. Před průmyslovým nasazením u nich zůstává prověřit spolehlivost a splnit nároky na běžný komfort. Měkčená podlaha nesmí být při chůzi nepohodlná a musí vydržet více než laboratorní ověřených šest set nabíjecích cyklů.
Chytrá budoucnost
Nová technológia funguje jednoduše, nízkonákladově a především bez dalšího zatěžování životního prostředí. Pokud si najde cestu na trh, naše domovy i kanceláře by se mohly stát energeticky soběstačnými a splňovat požadavky chytré architektury budoucnosti, bez které se neobejde udržitelný rozvoj měst i venkova.
Foto: ACS Nano; Empa