Ingo Burgert in njegova ekipa na javni raziskovalni univerzi ETH v Zürichu in švicarski zvezni laboratorij Empa so dokazali, da je les veliko več kot le gradbeni material.
 
Njihove raziskave izboljšujejo lastnosti lesa – tako ga lahko uporabijo za nove namene. Kot primer raziskovalci navajajo, da jim je uspelo razviti les z visoko trdnostjo, vodoodbojnostjo in magnetizacijo.
 
Zdaj je ekipa ETH skupaj z raziskovalno skupino Empa pod vodstvom Francisa Schwarzeja uporabila en kemični in en biološki postopek za ustvarjanje električne napetosti iz vrste lesene gobe. S tem okrepijo tako imenovani »piezoelektrični učinek« lesa.
 

Stiskanje ustvarja napetost

 
Ko se piezoelektrični material elastično deformira, ustvari električno napetost. Zlasti merilna tehnologija ta pojav izkorišča s pomočjo senzorjev, ki ob mehanskih obremenitvah ustvarjajo signal naboja. Vendar pa so številni materiali, ki se pogosto uporabljajo za te senzorje, neprimerni za biomedicinsko uporabo. Svinčevega cirkonat-titanata (PZT) na primer zaradi strupenega svinca ni mogoče uporabiti na koži in ga je treba izolirati oziroma odstraniti.
 
Les ima tudi naravni piezoelektrični učinek, vendar ustvarja le zelo nizko električno napetost. Če želimo povečati napetost, moramo spremeniti kemično sestavo lesa – zaradi česar je tudi bolj stisljiv.

Od lesenega bloka do gobice

 
Za pretvorbo lesa v material, ki ga je mogoče enostavno oblikovati, je treba eno komponento celičnih sten raztopiti. Stene lesa so sestavljene iz treh osnovnih snovi: lignina, hemiceluloze in celuloze. »Lignin je stabilizirajoča snov, ki jo potrebujejo drevesa, da lahko zrastejo visoko. Brez lignina, ki povezuje celice in preprečuje upogibanje trdih celuloznih vlaken, to ne bi bilo mogoče,« pojasnjuje Burgert.
 
Pred nekaj meseci je Jianguo Sun, doktorand iz Burgertove ekipe, skupaj s sodelavci iz ETH in Empe objavil študijo v ACS Nano, ki je pojasnila, kako lahko les postane deformabilen, če lignin odstranimo kemično. Posledično se okrepi njegov piezoelektrični učinek.
 
Raziskovalci so slednje dosegli s potapljanjem lesa v mešanico vodikovega peroksida in ocetne kisline. Kislina raztopi lignin in pusti okvir celuloznih plasti. »Postopek ohranja hierarhično strukturo lesa in preprečuje razpad posameznih vlaken,« še pojasnjuje Burgert.
 

 
Na ta način kos lesa balze postane bela, lesena goba, sestavljena iz plasti tanke celuloze. Gobo lahko preprosto stisnete in se nato vrne v prvotno obliko. »Lesna goba ustvarja 85-krat večjo električno napetost kot naravni [neobdelani] les,« pravi Sun.
 

Mini generator v lesenih tleh

 
Ekipa je opravila test s kocko, katere stranice so merile približno 1,5 cm, ki so jo obremenili s približno 600 cikli. Lesena goba se je izkazala za presenetljivo stabilno: za vsako obremenitev so raziskovalci izmerili napetost približno 0,63 volta, kar bi bilo primerno za napajanje senzorja. V nadaljnjih poskusih je ekipa preizkusila razširljivost tega mini generatorja. Če je 30 takih lesenih blokov povezanih in enakomerno obremenjenih s telesno težo odrasle osebe, se ustvari dovolj električne energije za napajanje preprostega LCD zaslona, so ugotovili.
 

Zdravljenje z glivicami namesto s kemikalijami

 
V nadaljevalni študiji, ki je bila pravkar objavljena v Science Advances, je šla raziskovalna skupina ETH-Empa še korak dlje in skušala izdelati leseno gobo brez uporabe kemikalij. Raziskovalci so rešitev našli v naravi: Gliva Ganoderma applanatum povzroča belo gnilobo v lesu in nežno razgrajuje lignin in hemicelulozo.
 
»Čeprav je bila v začetnih preskusih ustvarjena električna napetost nižja kot pri kemično obdelanem lesu, je glivični proces okolju prijaznejši,« je dejal Burgert.
 

Tako preprost, obnovljiv piezoelektrični sistem ima očitne prednosti. Raziskovalci vidijo različne potencialne uporabe lesenih gobic – na primer kot trajnostne gradbene materiale, ki pridobivajo energijo v fazi uporabe, ali koži prijazne senzorje za medicinske namene.
 
Preden lahko piezo les uporabimo kot biosenzor ali celo kot parket za pridobivanje električne energije, je bo potrebnih še nekaj korakov, se strinjajo raziskovalci. Burgert s sodelavci zdaj z različnimi partnerji raziskuje, kako prilagoditi tehnologijo za industrijsko uporabo.