La próxima vez que esté corriendo por un aeropuerto para tomar su avión o moverse en la pista de baile, también podría estar generando energía limpia y verde. Al menos, esa es la esperanza de Xudong Wang y su equipo de investigadores en la Universidad de Wisconsin-Madison.
Los ingenieros han inventado un nuevo tipo de piso hecho de materiales sostenibles que convierte los pasos en energía utilizable. Y la mejor parte es que está hecho de un material de desecho común: pulpa de madera.
Con un repunte anticipado en los precios del petróleo a la vuelta de la esquina, es esencial encontrar nuevas fuentes de energía, la energía verde. Si bien la energía solar parece mantenerse, con la capacidad solar de los Estados Unidos creciendo en un 43 por ciento cada año y otras innovaciones como los textiles solares a meses de distancia del mercado, todavía es necesario pensar fuera de la ventana soleada.
Ingrese Wang y su equipo de investigación.
"Esta es una fuente de energía totalmente diferente", dice Wang, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en UW-M. La investigación fue realizada por Wang, su estudiante graduado, Chunhua Yao, y varios otros, y fue publicada en Nano Energy este septiembre. “La energía solar proviene del sol, y este tipo de energía proviene de personas que caminan o que pasan en bicicleta. Y está aprovechado completamente diferente ".
También tiene áreas de aplicación completamente diferentes a las solares porque no depende de cielos soleados para funcionar; todo lo que necesita es unas pocas personas para cruzarlo. El piso de Wang genera energía a través de la vibración, lo que se conoce como triboelectricidad.
"Utilizamos una placa de recolección de energía triboeléctrica hecha de fibras de celulosa que son tratadas químicamente para atraer electrones", dice Wang, quien reconoce que los detalles químicos no se pueden divulgar hasta que se complete el proceso de revisión de la patente.
Los investigadores trataron químicamente las nanofibras de pulpa de madera de las que está hecho el piso con dos materiales con carga diferente, de modo que cuando alguien cruza el piso, estas fibras interactúan entre sí, de forma similar a la electricidad estática. Los electrones liberados por esta vibración son luego capturados por un condensador que está unido al piso y la energía se almacena para su uso posterior. Enchufe una batería u otro dispositivo en el condensador, y la energía se puede usar.
Las nanofibras de pulpa de madera en el piso se tratan químicamente con dos materiales con carga diferente, de modo que cuando alguien cruza el piso, estas fibras interactúan entre sí. (Stephanie Precourt / UW-Madison College of Engineering) Wang cree que su piso podría ser la próxima gran cosa para la construcción ecológica, porque es una fuente de energía renovable de bajo costo que utiliza materiales reciclables. La instalación de este tipo de piso es mucho más factible que sus contrapartes más caras, como los paneles solares, debido al uso de pulpa de madera sostenible y abundante.
Wang dice que podría ubicarse en áreas con altos niveles de tráfico peatonal como aeropuertos, estadios deportivos o centros comerciales. De hecho, Wang espera que el piso triboeléctrico se expanda más allá del uso comercial y se infiltre en los hogares como pisos que pueden cargar luces y electrodomésticos. El producto final se verá similar a los pisos de madera ya instalados en millones de hogares.
La idea es usar este diseño innovador para capturar "energía en el camino". Sin embargo, el diseño de Wang no es como la tecnología actual que ya se usa para este tipo de cosecha (materiales piezoeléctricos a base de cerámica) y, según Wang, "la pulpa de madera puede ser más vulnerable a las duras condiciones ", lo que significa que necesitaría una mejor interfaz o empaque para funcionar como sustituto del asfalto.
Al igual que cualquier tipo de nueva tecnología, habrá algunas limitaciones iniciales.
"El mayor desafío para la energía triboeléctrica es su falta de convencionalismo", dice Eric Johnson, editor en jefe emérito de la revista Environmental Impact Assessment Review . “Para tener éxito, necesita inversión. A los inversores les gusta la familiaridad, si no la certeza, algo que saben ".
Johnson señala que muchas de las principales tecnologías actuales tenían obstáculos similares que superar. Solar, por ejemplo, una vez un concepto difícil de tragar, ahora literalmente domina el mercado de energía renovable.
En cualquier caso, a medida que la industria de la energía alternativa continúa dando grandes pasos en el mercado, Johnson dice que la decisión de avanzar con muchas de estas innovaciones generalmente depende menos de la tecnología real y más de la economía y la seguridad percibida.
Entonces, Wang y su equipo primero necesitan construir un prototipo para probar el piso a mayor escala.
"En este momento, la pequeña pieza que estamos probando en nuestro laboratorio mide aproximadamente cuatro pulgadas cuadradas y puede producir un milivatio de potencia", dice Wang. El equipo realizó un cálculo simple para un área de piso de 10 pies por 10 pies cubierta con su piso triboeléctrico. Al suponer que un promedio de 10 personas caminaron por el área y cada persona dio dos pasos por segundo, la producción total de energía sería de aproximadamente 2 julios por segundo. Para decirlo de otra manera, Wang dice que la cantidad de energía generada equivaldría a aproximadamente el 30 por ciento de una batería de iPhone 6.
"Debido a que este es un enfoque rentable, ya que utiliza materiales reciclados", dice Wang, "estamos tratando de convertirlo en paneles de piso grandes para instalarlo en un lugar de alto tráfico para probar realmente cuánta energía se puede producir".
Están trabajando con el Laboratorio de Productos Forestales con sede en Madison, que es el único laboratorio federal dedicado a la investigación de productos forestales y utilizado principalmente por el Servicio Forestal de los EE. UU. El laboratorio suministra no solo la fibra de pulpa de madera sino que también ayuda al equipo a crear un prototipo más grande.
Afortunadamente, Wang puede seleccionar un área de alto tráfico en el campus de UW-M para probarlo. Con más de 43, 000 estudiantes en el campus en cualquier momento, su prototipo seguramente obtendrá un entrenamiento importante.
