Ilmuwan Swiss Menghasilkan Listrik Dari Kayu

Di

Penuh energi: Kayu yang dimodifikasi dapat menghasilkan listrik melalui deformasi. Apakah tango cukup untuk cahaya redup?

Para peneliti di Empa dan ETH Zurich telah membuat kayu tersebut dapat dimampatkan dan mengubahnya menjadi generator mikro. Ketika diisi, tegangan listrik dibangkitkan. Dengan cara ini, kayu dapat berfungsi sebagai sensor biologis – atau menghasilkan energi yang dapat digunakan. Sorotan terakhir: Untuk memastikan bahwa proses tersebut tidak memerlukan bahan kimia yang agresif, jamur alami yang mendegradasi kayu mengambil tugas memodifikasi kayu.

Ingo Burgert dan timnya di Empa dan ETH Zurich telah membuktikannya berkali-kali: kayu jauh lebih dari “sekadar” bahan bangunan. Penelitiannya bertujuan untuk mengembangkan karakteristik kayu yang ada sedemikian rupa sehingga cocok untuk bidang aplikasi yang benar-benar baru. Misalnya, mereka telah mengembangkan kayu berkekuatan tinggi, anti air, dan dapat magnet. Kini, bersama kelompok riset Empa Francis Schwarze dan Javier Ribera, tim tersebut telah mengembangkan proses sederhana dan ramah lingkungan untuk menghasilkan listrik dari sejenis spons kayu, seperti diberitakan pekan lalu di surat kabar tersebut. Ilmu Pengetahuan Lanjut.

Tekanan Menghasilkan Ketegangan Spons Kayu

Tekanan yang sudah sedikit bisa menghasilkan tegangan listrik pada spons kayu. Kredit: ACS Nano / Empa

Deformasi stres

Jika Anda ingin menghasilkan listrik dari kayu, yang disebut efek piezoelektrik ikut berperan. Piezoelektrik berarti bahwa tegangan listrik dibuat oleh deformasi elastis dari padatan. Fenomena ini dimanfaatkan terutama oleh metrologi, yang menggunakan sensor yang menghasilkan sinyal muatan, misalnya, ketika muatan mekanis diterapkan.

Namun, sensor tersebut seringkali menggunakan bahan yang tidak sesuai untuk digunakan dalam aplikasi biomedis, seperti timbal zirkonat titanat (PZT), yang tidak dapat digunakan pada kulit manusia karena mengandung timbal. Ini juga membuat penghapusan ekologis PZT dan Co agak menyesatkan. Oleh karena itu, kemampuan untuk menggunakan efek piezoelektrik alami dari kayu menawarkan sejumlah keuntungan. Jika dipikir lebih jauh, efeknya juga bisa digunakan untuk produksi energi yang berkelanjutan. Tapi pertama-tama, kayu harus diberi properti yang sesuai. Tanpa perlakuan khusus, kayu tidak cukup fleksibel; saat mengalami tekanan mekanis; oleh karena itu, hanya tegangan listrik yang sangat rendah yang dihasilkan dalam proses deformasi.

Dari balok ke spons

Jianguo Sun, seorang mahasiswa doktoral di tim Burgert, menggunakan proses kimiawi yang menjadi dasar dari berbagai “perbaikan” kayu yang telah dilakukan tim dalam beberapa tahun terakhir: delignifikasi. Dinding sel kayu terdiri dari tiga bahan dasar: lignin, hemiselulosa dan selulosa.

Nanogenerator piezoelektrik

Beginilah cara kerja nanogenerator piezoelektrik: Setelah struktur kayu yang kaku dilarutkan, ia meninggalkan jaringan selulosa yang fleksibel. Saat ditekan, muatan dipisahkan, menghasilkan tegangan listrik. Kredit: ACS Nano / Empa

“Lignin adalah yang dibutuhkan pohon untuk tumbuh di ketinggian yang luar biasa. Ini tidak akan mungkin terjadi tanpa lignin sebagai zat penstabil yang menghubungkan sel dan mencegah serat selulosa kaku terbakar, “jelas Burgert. Untuk mengubah kayu menjadi bahan yang mudah berubah bentuk, lignin harus” diekstraksi “setidaknya sebagian. dicapai dengan menempatkan kayu dalam campuran hidrogen peroksida dan asam asetat. AC id. Lignin dilarutkan dalam penangas asam ini, meninggalkan kerangka lapisan selulosa.

“Kami memanfaatkan struktur hierarki kayu tanpa melepaskannya terlebih dahulu, seperti dalam kasus produksi kertas, misalnya, dan kemudian harus memasang kembali serat,” kata Burgert. Spons kayu putih yang dihasilkan terdiri dari lapisan selulosa tipis yang ditumpangkan yang dapat dengan mudah disatukan dan kemudian diperluas kembali ke bentuk aslinya – kayu telah menjadi elastis.

Listrik dari lantai kayu

Tim Burgert berhasil menaklukkan kubus uji dengan panjang sisi sekitar 1,5 cm untuk sekitar 600 siklus pengisian. Bahannya menunjukkan stabilitas yang luar biasa. Pada setiap kompresi, para peneliti mengukur tegangan sekitar 0.63V – cukup untuk aplikasi sebagai sensor. Dalam eksperimen lebih lanjut, tim mencoba mengukur nanogenerator kayu mereka.

Nanogenerator kayu

Nanogenerator: Setelah struktur kayu kaku (kiri) dilarutkan dengan asam, lapisan selulosa fleksibel (tengah / kanan) tetap ada. Saat ditekan bersama, area bermuatan berbeda bergeser satu sama lain. Permukaan material menjadi bermuatan listrik. Kredit: ACS Nano / Empa

Misalnya, mereka telah mampu menunjukkan bahwa 30 balok kayu seperti itu, ketika dimuat secara paralel dengan berat tubuh orang dewasa, dapat menerangi layar LCD sederhana. Oleh karena itu, dapat dibayangkan untuk mengembangkan lantai kayu yang dapat mengubah energi orang yang berjalan di atasnya menjadi listrik. Para peneliti juga telah menguji kesesuaiannya sebagai sensor tekanan pada kulit manusia dan telah menunjukkan bahwa itu dapat digunakan dalam aplikasi biomedis.

Aplikasi dalam persiapan

Pekerjaan yang dijelaskan dalam publikasi terbaru tim Empa-ETH, bagaimanapun, melangkah lebih jauh: Tujuannya adalah untuk memodifikasi proses sedemikian rupa sehingga tidak lagi memerlukan penggunaan bahan kimia yang agresif. Peneliti telah menemukan kandidat yang cocok untuk melakukan delignifikasi dalam bentuk proses biologis di alam: cendawan Ganoderma applanatum, penyebab busuk putih pada kayu. “Jamur memecah lignin dan hemiselulosa pada kayu yang sangat halus,” kata peneliti Empa Javier Ribera, menjelaskan proses yang ramah lingkungan. Selain itu, prosesnya dapat dikontrol dengan mudah di laboratorium.

Kayu Balsa dan Kayu Delignifikasi

Gambar pemindaian mikroskop elektron (SEM) dari kayu balsa (kiri) dan kayu delignifikasi menggambarkan perubahan struktural. Kredit: ACS Nano / Empa

Ada juga beberapa langkah yang harus dilakukan sebelum kayu “piezo” dapat digunakan sebagai sensor atau sebagai lantai kayu yang menghasilkan listrik. Tetapi keuntungan dari sistem piezoelektrik yang sederhana dan pada saat yang sama dapat diperbarui dan dapat terurai secara hayati sudah jelas – dan sekarang sedang diselidiki oleh Burgert dan rekan-rekannya dalam proyek lanjutan. Dan untuk mengadaptasi teknologi untuk aplikasi industri, para peneliti sudah bernegosiasi dengan calon mitra kerja sama.

Referensi: “Konversi energi mekanik yang diperkuat dengan kayu selektif yang membusuk” oleh Jianguo Sun, Huizhang Guo, Gian Nutal Schädli, Kunkun Tu, Styfen Schär, Francis WMR Schwarze, Guido Panzarasa, Javier Ribera dan Ingo Burgert, 10 Maret 2021, Ilmu Pengetahuan Lanjut.
DOI: 10.1126 / sciadv.abd9138

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Topan Super Surigae menyulut Pasifik

19 April 2021 Topan super mencapai intensitas ekstrem setahun lebih banyak daripada badai era satelit mana pun. Surigae tidak akan mendarat, tetapi topan yang muncul di...

Mekanisme fotoenzim kunci yang diuraikan

Kesan artis tentang katalisis enzimatik yang diusulkan dalam mekanisme fotodekarboksilase asam lemak (Sains 2021). Kredit: Damien Sorigué Pengoperasian enzim FAP, yang berguna untuk memproduksi...

DOE Mendorong Investasi A.S. yang Agresif dalam Energy Fusion

Sinar laser energi tinggi NIF berkumpul di target di tengah kamera target. Keberhasilan mendapatkan penyalaan fusi akan menjadi langkah maju yang besar dalam...

Fisikawan menciptakan bit kuantum yang dapat mencari materi gelap

Sebuah qubit (persegi panjang kecil) dipasang pada tingkat kebiruan, yang berada di atas jari untuk menunjukkan skala. Ilmuwan di Farmland Universitas Chicago menggunakan...

Ahli paleontologi memperkirakan bahwa 2,5 miliar T. rex menjelajahi Bumi selama periode Kapur

Untuk semua mereka yang terlambatKapur Menurut sebuah studi baru, jumlah total tyrannosaurus yang pernah hidup di Bumi adalah sekitar 2,5 miliar individu, di mana...

Newsletter

Subscribe to stay updated.