La prossima volta che corri in un aeroporto per prendere l'aereo o fare una mossa sulla pista da ballo, potresti anche generare energia pulita e verde. Almeno, questa è la speranza di Xudong Wang e del suo team di ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison.
Gli ingegneri hanno inventato un nuovo tipo di pavimentazione realizzata con materiali sostenibili che converte i passi in energia utilizzabile. E la parte migliore è che è fatto di un materiale di scarto comune: la pasta di legno.
Con un aumento anticipato dei prezzi del petrolio proprio dietro l'angolo, trovare nuove fonti di energia - l'energia verde - è essenziale. Mentre il solare sembra essere in linea con la capacità solare degli Stati Uniti che cresce del 43% ogni anno e altre innovazioni come i tessili solari a pochi mesi dal mercato, c'è ancora bisogno di pensare fuori dalla finestra soleggiata.
Inserisci Wang e il suo gruppo di ricerca.
"Questa è una fonte di energia totalmente diversa", afferma Wang, professore associato di scienza dei materiali e ingegneria presso la UW-M. La ricerca è stata condotta da Wang, il suo studente laureato, Chunhua Yao e molti altri, ed è stato pubblicato su Nano Energy questo settembre. “Il solare viene dal sole e questo tipo di energia viene dalle persone che camminano o dalle bici che passano. Ed è sfruttato completamente diverso. "
Ha anche aree di applicazione completamente diverse rispetto al solare perché non dipende dal cielo soleggiato per funzionare; tutto ciò che serve è che alcune persone lo attraversino. Il pavimento di Wang genera energia attraverso le vibrazioni, che è nota come triboelettricità.
"Utilizziamo una scheda di raccolta di energia triboelettrica a base di fibre di cellulosa che sono trattate chimicamente per attirare elettroni", afferma Wang, che riconosce che i dettagli chimici non possono essere rilasciati fino al completamento del processo di revisione del brevetto.
I ricercatori hanno trattato chimicamente le nanofibre di pasta di legno di cui è fatto il pavimento con due materiali caricati in modo diverso, in modo che quando qualcuno attraversa il pavimento, queste fibre interagiscono tra loro, in modo simile all'elettricità statica. Gli elettroni rilasciati da questa vibrazione vengono quindi catturati da un condensatore che è attaccato alla pavimentazione e l'energia viene immagazzinata per un uso successivo. Collegare una batteria o un altro dispositivo al condensatore e l'energia può essere utilizzata.
Le nanofibre di pasta di legno nel pavimento sono trattate chimicamente con due materiali caricati in modo diverso, in modo che quando qualcuno cammina sul pavimento, queste fibre interagiscono tra loro. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang ritiene che la sua pavimentazione potrebbe essere la prossima grande novità per l'edilizia ecologica, perché è una fonte di energia rinnovabile economica che utilizza materiali riciclabili. L'installazione di questo tipo di pavimentazione è molto più fattibile rispetto alle sue controparti più costose, come i pannelli solari, a causa dell'uso di pasta di legno sostenibile e abbondante.
Wang afferma che potrebbe essere collocato in aree con alti livelli di traffico pedonale come aeroporti, stadi sportivi o centri commerciali. In effetti, Wang spera che il pavimento triboelettrico si espanderà oltre l'uso commerciale e si infiltrerà nelle case come pavimento in grado di caricare luci ed elettrodomestici. Il prodotto finale sarà simile ai pavimenti in legno già installati in milioni di case.
L'idea è quella di utilizzare alla fine questo innovativo design per catturare "energia lungo la strada". Tuttavia, il design di Wang non è come l'attuale tecnologia già utilizzata per questo tipo di raccolta - materiali piezoelettrici a base ceramica - e, dice Wang, "la pasta di legno potrebbe essere più vulnerabile alle dure condizioni ", il che significa che avrebbe bisogno di una migliore interfaccia o confezione per funzionare come sostituto dell'asfalto.
Come ogni tipo di nuova tecnologia, ci saranno alcune limitazioni iniziali.
"La più grande sfida all'energia triboelettrica è la sua non convenzionalità", afferma Eric Johnson, caporedattore emerito della rivista Environmental Impact Assessment Review . “Per avere successo, ha bisogno di investimenti. Agli investitori piace la familiarità, se non la certezza, qualcosa che sanno. "
Johnson sottolinea che molte delle attuali tecnologie tradizionali avevano ostacoli simili da saltare. Il solare, ad esempio, un tempo un concetto difficile da ingoiare, ora domina letteralmente il mercato delle energie rinnovabili.
Indipendentemente da ciò, poiché l'industria dell'energia alternativa continua a fare passi da gigante nel mercato, Johnson afferma che la decisione di andare avanti con molte di queste innovazioni dipende generalmente meno dalla tecnologia attuale e più dall'economia e dalla sicurezza percepita.
Quindi, Wang e il suo team devono prima costruire un prototipo per testare il pavimento su larga scala.
"In questo momento, il piccolo pezzo che stiamo testando nel nostro laboratorio è di circa quattro pollici quadrati e può produrre un milliwatt di potenza", afferma Wang. Il team ha eseguito un semplice calcolo per un'area del pavimento di 10 piedi per 10 piedi coperta con la loro pavimentazione triboelettrica. Partendo dal presupposto che una media di 10 persone camminavano nell'area e ciascuna persona faceva due passi al secondo, la produzione complessiva di energia sarebbe di circa 2 Joule al secondo. In altre parole, Wang afferma che la quantità di energia generata equivarrebbe a circa il 30 percento di una batteria per iPhone 6.
"Poiché si tratta di un approccio così conveniente dal momento che utilizza materiali riciclati", afferma Wang, "stiamo cercando di trasformarlo in pannelli di grandi dimensioni per installarlo in un luogo ad alto traffico per testare davvero quanta energia può essere prodotta".
Stanno collaborando con il Forest Product Laboratory con sede a Madison, che è l'unico laboratorio federale dedicato alla ricerca sui prodotti forestali e utilizzato principalmente dal Servizio forestale degli Stati Uniti. Il laboratorio fornisce non solo la fibra di cellulosa del legno, ma aiuta anche il team a creare un prototipo più grande.
Fortunatamente, Wang può selezionare un'area ad alto traffico nel campus di UW-M per provarlo. Con oltre 43.000 studenti nel campus per ogni dato, il suo prototipo avrà sicuramente un grande allenamento.
