Eletricidade de cogumelos e piso de madeira 01.04.2021

A madeira consiste em fibras de polímeros de celulose e hemicelulose em uma matriz de lignina. A celulose na composição da madeira pode ser amorfa e cristalina. A presença deste último torna a madeira um material piezoelétrico - um material no qual as cargas elétricas surgem sob a ação da deformação. Quando os cristalitos de celulose são comprimidos, os centros de gravidade das cargas positivas e negativas divergem no espaço, e as cargas surgem na superfície do cristalito para manter o equilíbrio eletrostático. As propriedades piezoelétricas da madeira são conhecidas desde os anos cinquenta, mas ninguém fez materiais e dispositivos comerciais para gerar eletricidade a partir dela - devido ao baixo módulo piezoelétrico e à deformabilidade da madeira, isso foi considerado não lucrativo.

Cientistas suíços liderados por Ingo Burgert da ETH Zurich conseguiram melhorar as propriedades piezoelétricas da madeira. Burgert e seus colegas há muito tempo conseguem alterar as propriedades da madeira e obter vários materiais funcionais com base nela. Por exemplo, no ano passado eles transformaram a madeira de balsa em um material luminoso dissolvendo a lignina e substituindo-a por uma solução de pontos quânticos luminescentes. Para tornar a madeira um bom piezoelétrico, você também precisa dissolver a lignina, então a madeira ficará mais solta e será mais fácil deformá-la. Para realizar a dissolução suavemente, sem danificar a estrutura de celulose, Burgert e seus colegas propuseram uma solução inesperada - eles trataram a madeira com cogumelos do departamento de basidiomicetos.

Os cientistas novamente pegaram a madeira leve da árvore de balsa (Ochroma pyramidale) com uma densidade de 94,8 quilos por metro cúbico como base para o material. Três tipos de fungos foram usados ​​para dissolver a lignina: Phanerochaete chrysosporium, Ganoderma adspersum e Ganoderma applanatum. A madeira foi cortada em placas finas, secas a uma temperatura de 100 graus durante o dia, uma cultura de cogumelos recém-preparada foi aplicada na superfície e deixada em atmosfera úmida por um período de 4 a 12 semanas.

Para controlar a quantidade de lignina que os fungos tiveram tempo de absorver, as amostras de madeira foram cuidadosamente limpas e secas novamente por um dia e depois pesadas. A perda mais rápida de lignina foi proporcionada pelo fungo Ganoderma applanatum. O tempo de processamento ideal Burgert e seus colegas consideraram oito semanas (correspondendo a uma perda de peso de 45% principalmente devido à lignina) - com processamento mais longo, a madeira ficou muito solta e perdeu força significativamente. A espectroscopia de IV de Fourier confirmou que os fungos absorviam preferencialmente a lignina, e uma leve perda de hemicelulose também foi observada. Mas a estrutura de celulose da madeira permaneceu praticamente inalterada após o tratamento - isso era claramente visível não apenas nos espectros de IR, mas também nas imagens de microscopia eletrônica de varredura.

A madeira livre de lignina apresentou melhor compressibilidade. Como resultado, o deslocamento dos centros de gravidade da carga nos cristalitos de celulose ocorreu com maior amplitude, e o efeito piezoelétrico também aumentou. Um cubo de madeira tratada medindo 15 x 15 x 13,2 milímetros gerou uma tensão de 0,87 volts e uma corrente de 13,3 nanoamps. Isso é cinquenta e cinco vezes mais do que a madeira não modificada nas mesmas condições. Ao conectar nove desses cubos em série, os autores obtiveram eletricidade suficiente para alimentar um diodo emissor de luz.

A partir do novo material, os autores propõem fazer um revestimento de piso que produzirá eletricidade sob o peso de passos humanos. Tal revestimento poderia ser colocado nas casas dos idosos e alimentado por sensores que são ativados se uma pessoa cair. Existem ideias mais exóticas para usar pisos de madeira piezoelétricos em salas de dança e aeróbica. Observe que até agora Burgert e seus colegas obtiveram um material piezoelétrico apenas de madeira de balsa - leve e com grande número de poros. No futuro, eles vão adaptar o método para madeiras mais densas e pesadas.