La prochaine fois que vous traverserez un aéroport pour prendre votre avion ou vous arrêterez sur la piste de danse, vous pourrez également générer de l'énergie propre et verte. C'est du moins l'espoir de Xudong Wang et de son équipe de chercheurs de l'Université de Wisconsin-Madison.
Les ingénieurs ont inventé un nouveau type de revêtement de sol fabriqué à partir de matériaux durables qui convertit les traces en énergie utilisable. Et la meilleure partie est qu’il est fabriqué à partir d’un déchet ordinaire: la pâte de bois.
Compte tenu de la prochaine hausse attendue des prix du pétrole, il est essentiel de trouver de nouvelles sources d'énergie, l'énergie verte. Bien que l'énergie solaire semble rester en place, la capacité solaire des États-Unis augmentant de 43% chaque année et d'autres innovations telles que les textiles solaires à quelques mois du marché, il est toujours nécessaire de sortir des sentiers battus.
Entrez Wang et son équipe de recherche.
«C'est une source d'énergie totalement différente», déclare Wang, professeur associé de science des matériaux et d'ingénierie à UW-M. La recherche a été menée par Wang, son étudiant diplômé, Chunhua Yao, et plusieurs autres. Elle a été publiée dans Nano Energy en septembre. «L’énergie solaire vient du soleil et cette énergie provient des promeneurs ou des cyclistes. Et c'est complètement différent.
Il a également des domaines d'application complètement différents de ceux du solaire car il ne dépend pas du ciel ensoleillé pour fonctionner; il suffit de quelques personnes pour la traverser. Les revêtements de sol de Wang génèrent de l'énergie par le biais de vibrations, appelées triboélectricité.
«Nous utilisons un tableau de récupération d'énergie triboélectrique fabriqué à partir de fibres de cellulose traitées chimiquement pour attirer les électrons», explique Wang, qui reconnaît que les détails chimiques ne peuvent pas être divulgués avant la fin du processus de révision du brevet.
Les chercheurs ont traité chimiquement les nanofibres de pâte de bois dont le revêtement de sol est composé de deux matériaux chargés différemment, de sorte que, lorsqu'une personne marche sur le sol, ces fibres interagissent entre elles, comme de l'électricité statique. Les électrons libérés par cette vibration sont ensuite capturés par un condensateur attaché au sol et l’énergie est stockée pour une utilisation ultérieure. Branchez une batterie ou un autre appareil sur le condensateur pour utiliser l’énergie.
Les nanofibres de pâte de bois contenues dans le revêtement de sol sont traitées chimiquement avec deux matériaux de charge différente, de sorte que, lorsqu'une personne marche sur le sol, ces fibres interagissent les unes avec les autres. (Stephanie Precourt / Collège d'ingénierie UW-Madison) Wang pense que son revêtement de sol pourrait être la prochaine grande chose à faire pour la construction écologique, car c'est une source d'énergie renouvelable peu coûteuse qui utilise des matériaux recyclables. L'installation de ce type de revêtement de sol est beaucoup plus réalisable que ses homologues plus coûteux, tels que les panneaux solaires, en raison de l'utilisation d'une pâte de bois durable et abondante.
Selon Wang, il pourrait être placé dans des zones très fréquentées, comme les aéroports, les stades ou les centres commerciaux. En fait, Wang espère que le revêtement de sol triboélectrique ira au-delà des utilisations commerciales et s’infiltrera dans les maisons en tant que revêtement de sol pouvant charger des lampes et des appareils électroménagers. Le produit final ressemblera aux planchers de bois déjà installés dans des millions de foyers.
L'idée est d'utiliser éventuellement cette conception innovante pour capter «l'énergie de bord de la route». Cependant, la conception de Wang ne ressemble pas à la technologie actuelle déjà utilisée pour ce type de récolte - des matériaux piézoélectriques à base de céramique - et, selon Wang, «la pâte à papier peut être plus vulnérable aux conditions difficiles », ce qui signifie qu'il faudrait une meilleure interface ou un meilleur emballage pour remplacer l'asphalte.
Comme pour toute nouvelle technologie, il y aura des limitations initiales.
«Le plus grand défi de l'énergie triboélectrique est son manque de convention», a déclaré Eric Johnson, rédacteur en chef émérite de la revue Environmental Impact Assessment Review . «Pour réussir, il faut investir. Les investisseurs aiment la familiarité, voire la certitude - quelque chose qu’ils savent. "
Johnson fait remarquer que nombre des technologies grand public actuelles présentaient des obstacles similaires à surmonter. Le solaire, par exemple, autrefois un concept difficile à avaler, domine désormais littéralement le marché des énergies renouvelables.
Quoi qu’il en soit, alors que l’industrie des énergies de substitution continue de progresser considérablement sur le marché, M. Johnson déclare que la décision d’aller de l’avant avec nombre de ces innovations dépend généralement moins de la technologie réelle que de l’économie et de la sécurité perçue.
Wang et son équipe doivent donc d'abord construire un prototype pour tester le revêtement de sol à plus grande échelle.
«Actuellement, la petite pièce que nous testons dans notre laboratoire mesure environ 4 pouces carrés et peut produire un milliwatt de puissance», déclare Wang. L’équipe a effectué un calcul simple pour une surface de plancher de 10 pieds sur 10 pieds recouverte de leur plancher triboélectrique. En supposant qu’une moyenne de 10 personnes marchent dans la zone et que chaque personne fait deux pas par seconde, la production globale d’énergie serait d’environ 2 Joules par seconde. En d'autres termes, M. Wang estime que cette quantité d'énergie générée équivaudrait à environ 30% de la batterie d'un iPhone 6.
«Parce que cette approche est très rentable, car elle utilise des matériaux recyclés», explique Wang, «nous essayons de transformer de grands panneaux de plancher en panneaux de plancher pour les installer dans un endroit très achalandé afin de vraiment tester la quantité d'énergie pouvant être produite».
Ils travaillent avec le Forest Product Laboratory de Madison, le seul laboratoire fédéral dédié à la recherche sur les produits forestiers et utilisé principalement par le US Forest Service. Le laboratoire fournit non seulement la fibre de pâte de bois, mais aide également l’équipe à créer un prototype plus grand.
Heureusement, Wang peut sélectionner une zone très fréquentée sur le campus de l'UW-M pour la tester. Avec plus de 43 000 étudiants sur le campus, son prototype bénéficiera certainement d'une séance d'entraînement majeure.
