Švýcarští vědci vyrábějí elektřinu ze dřeva

Autor:

Plný energie. Upravené dřevo může generovat elektřinu deformací. Tango je dost pro tlumené světlo.

Vědci z Empa և ETH Curych stlačili dřevo և do mikrogenerátoru. Když je nabitý, je přivedeno napětí. Tímto způsobem může dřevo sloužit jako biosenzor – nebo produkovat spotřebovanou energii. Poslední možnost. Aby bylo zajištěno, že proces nevyžaduje agresivní chemikálie, převezmou přirozeně se vyskytující rozpadající se houby úkol přeměnit dřevo.

Ingo Burgert և jeho tým v Empa և na ETH Curych to mnohokrát dokázal. Dřevo je mnohem víc než „jen“ stavební materiál. Jejich výzkum si klade za cíl rozšířit stávající vlastnosti dřeva tak, aby bylo vhodné pro zcela nové oblasti použití. Například již vyvinuli vysoce pevné, dehydratující a magnetizující dřevo. Nyní společně s výzkumným týmem Empa od Francisa Schwarze և Javiera Ribery vytvořil tým jednoduchý, ekologický proces výroby elektřiny z typů dřevěných hub, jak uvedli minulý týden v časopise. Pokrok ve vědě,

Lisovací značení způsobuje napětí v dřevěné houbě

Na dřevěnou houbu lze již působit malým tlakem. Půjčka: ACS Nano / Empa

Napněte deformací

Pokud chcete vyrábět elektřinu ze dřeva, funguje takzvaný piezoelektrický efekt. Piezoelektřina znamená, že elektrické napětí je generováno pružnou deformací tělesa. Tento jev využívá hlavně metrologie, která využívá senzory, které generují nabíjecí signál, například při působení mechanické zátěže.

Takové senzory však často používají látky, které jsou nevhodné pro použití v biomedicínských aplikacích, jako je zirkoničitan titaničitan olovnatý (PZT), který nelze použít na lidskou pokožku kvůli olovu, které obsahuje. Rovněž velmi ztěžuje ekologické odstraňování PZT և Co. Schopnost využívat přirozený piezoelektrický efekt dřeva tedy nabízí řadu výhod. Pokud o tom přemýšlíme později, dopad lze využít také pro udržitelnou výrobu energie. Nejprve však musí dřevo získat příslušné vlastnosti. Bez zvláštního ošetření není dřevo dostatečně pružné; při mechanickém namáhání. proto během procesu deformace dochází pouze k velmi nízkému napětí.

Houba z bloku

Burgertův postgraduální student ian Yangu Sun použil chemický proces, který je základem různých „vylepšení“ dřeva, které tým provedl v posledních letech. Dřevěné buněčné stěny se skládají ze tří hlavních složek: ligninu, hemicelulózy a celulózy.

Piezoelektrický nanogenerátor

Takto funguje piezoelektrický nanogenerátor. Po rozpuštění pevné dřevěné konstrukce zůstává pružná celulózová síť. Když je stlačen, náboj je distribuován a generuje napětí. Půjčka: ACS Nano / Empa

„Ligin je to, co strom potřebuje, hlavně aby šplhal do velkých výšek. „Bez ligninu jako stabilizačního činidla, které váže buňky a brání skládání pevných celulózových vláken, by to nebylo možné,“ vysvětluje Burgert. Aby se ze dřeva stal snadno deformovatelný materiál, musí být lignin alespoň částečně „extrahován“. Toho je dosaženo vložením dřeva do směsi peroxidu vodíku աց octa. kyselinaLignin se rozpouští v této kyselé lázni a zanechává vrstvu celulózových vrstev.

„Používáme hierarchickou strukturu dřeva, aniž bychom ji nejprve rozpustili, jako je tomu u výroby papíru, a pak musíme vlákna znovu spojit,“ říká Burgert. Výsledná houba z bílého dřeva se skládá z tenkých vrstev celulózy, které lze snadno stlačit a poté rozšířit do původního tvaru.

Elektřina z dřevěných podlah

Tým hamburgerů podrobil testovací kostku délce strany asi 1,5 cm po dobu až 600 zatěžovacích cyklů. Materiál vykazoval úžasnou stabilitu. Při každé kompresi vědci naměřili napětí asi 0,63 V, což je dost na to, aby jej bylo možné použít jako senzor. V dalších experimentech se tým pokusil vyhodnotit jejich nanogenerátory dřeva.

Nanogenerátor dřeva

Nanogenerátor. Poté, co se pevná struktura dřeva (vlevo) rozpustí kyselinou, zůstanou pružné vrstvy celulózy (uprostřed / vpravo). Po komprimaci se různé nabité oblasti pohybují proti sobě. Povrch materiálu je elektricky nabitý. Půjčka: ACS Nano / Empa

Mohli například ukázat, že 30 takových dřevěných bloků, pokud jsou naloženy paralelně s hmotností těla dospělého, dokáže osvětlit jednoduchou obrazovku LCD. Lze si tedy představit vytvoření dřevěné podlahy, která dokáže přeměnit energii lidí, kteří na ní chodí, na elektřinu. Vědci také prokázali, že jej lze použít jako tlakový senzor na lidské kůži a lze jej použít v biomedicínských aplikacích.

Aplikace v přípravě

Práce popsaná v nedávné publikaci týmu Empa-ETH však jde ještě o krok dále. Cílem bylo změnit postup tak, aby již nevyžadoval použití agresivních chemikálií. Vědci našli vhodného kandidáta, který by mohl provést demontáž v přírodě ve formě biologického procesu. Houba Ganoderma applanatum, původce zápachu bílého dřeva. „Houba částečně jemně rozkládá lignin a hemicelulózu ve dřevě,“ vysvětluje ekologický postup Javier Ribera, výzkumník Empa. Proces lze navíc snadno sledovat v laboratoři.

Balsa Wood և Delignified Wood:

Balzové dřevo (vlevo) և Upravené snímky rastrovacího elektronového mikroskopu (SEM) ukazují strukturální změny. Půjčka: ACS Nano / Empa

Před použitím piezo dřeva jako senzoru nebo jako dřevěné podlahy k výrobě elektřiny je ještě několik kroků. Výhody jednoduchého, biologicky rozložitelného, ​​biologicky rozložitelného piezoelektrického systému jsou však zřejmé a Burgert a jeho kolegové je nyní zkoumají v budoucích projektech. A vědci již jednají s potenciálními partnery o přizpůsobení technologie průmyslovým aplikacím.

Odkaz. „Mechanický Yang Sun, Huizang Guo, ian Yan Nuthal Shodli, Kunkun Tu, Stephen Shore, Francis VMR. Schwartze, Guido Pansarasa, Javier Ribera և Ingo Burgert, „Pokročilá přeměna mechanické energie se selektivně rozloženým dřevem“, 10. března 2021, Pokrok ve vědě,
DOI: 10.1126 / sciadv.abd9138:

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Líheň je otevřená, stanici zabírá 10 členů posádky

Nově přidaný personál stanice, který se skládal z 10 členů, se shromáždil v servisní jednotce Zvezda, aby uspořádali uvítací ceremoniál s rodinnými příslušníky a...

Chronické virové infekce mohou mít hluboký trvalý účinek na imunitu člověka, podobně jako stárnutí

Analýza topologie sítě funkce imunitního systému představující desítky integrovaných buněčných odpovědí, které jsou během odstraňování viru hepatitidy C u lidí obráceny. Zkoumané signální...

Byly odhaleny bizarní dýchací orgány 450 milionů let starých mořských živočichů

Zápočet: UCR Trilobité měli při dýchání jednu nohu Nová studie našla první důkazy o vysoce vyvinutých dýchacích orgánech u mořských živočichů starých 450 milionů let. ...

“Čmáranice světla” v reálném čase

Vědci z Tokijské metropolitní univerzity vyvinuli zjednodušený algoritmus pro převod volně nakreslených čar na standardním stolním procesoru na hologramy. Dramaticky snižují náklady na...

Mineralogie hluboké kůry Země pohání hotspoty pro domácí život

Tým DeMMO Field zleva doprava: Lily Mumper, Britney Kruger a Caitlin Cesar vzorky zlomenin z vrtné soupravy DeMMO. Kredit: © Matt Kapost Pod zeleným...

Newsletter

Subscribe to stay updated.