Sviluppato un innovativo modo per riutilizzare le bucce di pomelo, un agrume molto diffuso in Asia, trasformandole in dispositivi triboelettrici capaci di produrre elettricità attraverso il contatto meccanico
Bucce di pomelo trasformate in dispositivi triboelettrici capaci di produrre elettricità.
Il pomelo è un agrume di grandi dimensioni, coltivato comunemente nel Sud-est e nell'Est asiatico. Ha una buccia molto spessa, che di solito viene scartata, generando una notevole quantità di rifiuti alimentari. In un nuovo studio, pubblicato da ACS Applied Materials & Interfaces (1), i ricercatori dell'University of Illinois Urbana-Champaign esplorano modi per riutilizzare la biomassa della buccia di pomelo per sviluppare strumenti in grado di alimentare piccoli dispositivi elettronici e monitorare i movimenti biomeccanici.
«Ci sono due parti principali nella buccia del pomelo: uno strato esterno sottile e uno interno, bianco e spesso. Quest'ultimo è morbido e sembra una spugna al tatto. Alcuni hanno già utilizzato la buccia per estrarre composti per oli essenziali o pectina, ma noi volevamo sfruttare la naturale struttura porosa e spugnosa della buccia. Se riuscissimo a valorizzarla anziché buttarla via, potremmo ridurre i rifiuti derivanti dalla produzione, consumo e spremitura del pomelo, creando al contempo valore dai residui alimentari e agricoli», ha spiegato il coautore dello studio, il dottor Yi-Cheng Wang (2), professore associato nel Department of Food Science and Human Nutrition.
Un pomelo pesa tipicamente da 1 a 2 chilogrammi, e la buccia rappresenta dal 30% al 50% del peso. Nello studio, i ricercatori hanno separato la buccia dalla polpa, rimosso lo strato più esterno e tagliato il residuo spugnoso in piccoli pezzi, poi l’hanno sottoposto a liofilizzazione per preservarne la struttura tridimensionale e porosa, conservandolo in varie condizioni di umidità.
Dopo aver analizzato composizione chimica e proprietà meccaniche della buccia, il team ha utilizzato il materiale per creare dispositivi capaci di convertire energia meccanica in elettricità, funzionando anche come sensori di movimento autoalimentati.
«Questi dispositivi si basano sul principio dell’elettrificazione da contatto. Può sembrare complicato, ma è un fenomeno che sperimentiamo spesso: per esempio, quando tocchiamo una maniglia e riceviamo una scossa. Il meccanismo fondamentale è la triboelettrificazione, cioè la generazione di elettricità statica dallo sfregamento tra materiali. Volevamo capire se fosse possibile raccogliere e usare questa energia», ha spiegato Wang.
I ricercatori hanno usato biomassa di buccia di pomelo e una pellicola di plastica (poliimmide) come due strati triboelettrici che entrano in contatto tramite una forza esterna. Hanno collegato a ciascuno uno strato di elettrodo in rame e valutato l'efficienza del dispositivo nel convertire l'energia meccanica in elettricità.
Con un semplice tocco delle dita, questi dispositivi a base di buccia di pomelo riuscivano ad accendere circa 20 LED. Inoltre, è stato dimostrato che una calcolatrice o un orologio sportivo possono essere alimentati esclusivamente da queste forze meccaniche, grazie a un sistema di gestione dell’energia dotato di unità di accumulo.
Secondo il dottor Wang, «Questa applicazione ha un grande potenziale per trasformare energia che altrimenti andrebbe persa in elettricità utile. Inoltre, grazie alla struttura naturalmente porosa della buccia, i dispositivi triboelettrici ottenuti sono molto sensibili alla forza e alla frequenza con cui essa viene applicata. Questo ci ha ispirati a sviluppare sensori da applicare al corpo umano per il monitoraggio biomeccanico».
Quando applicati a varie parti del corpo, i sensori sperimentali dei ricercatori sono stati in grado di monitorare movimenti biomeccanici come quelli delle articolazioni o i modelli di camminata. Questo perché i movimenti delle diverse parti del corpo possono provocare elettrificazione da contatto tra gli strati triboelettrici, generando segnali elettrici distinti a seconda del movimento. Questa capacità ha un grande potenziale per offrire informazioni preziose a professionisti della salute e della riabilitazione fisica.
«Questo lavoro mette in evidenza opportunità entusiasmanti per trasformare i rifiuti alimentari in dispositivi e materiali a valore aggiunto. Sostituendo o integrando materiali non rinnovabili e riducendo gli sprechi, potrebbe contribuire in modo significativo alla sostenibilità a lungo termine. Continueremo a esplorare nuove possibilità per il riutilizzo creativo di scarti alimentari e agricoli», conclude Wang.
I ricercatori hanno depositato un brevetto provvisorio per i loro dispositivi triboelettrici a base di buccia di pomelo.
Riferimenti:
(2) Yi-Cheng Wang
Descrizione foto: Frutto pomelo. - Credit: University of Illinois Urbana-Champaign.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Waste to wealth: Pomelo peel can be used for electricity generation and sensing devices