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Todo sobre la energía piezoeléctrica

Revolución del sector de la energía limpia

Desde suelos capaces de alimentar la iluminación de un local, hasta puertas giratorias que hacen lo propio en una cafetería son ya varios los ejemplos de usos para la piezoelectricidad que, más pronto que tarde, podrían revolucionar el sector de la energía limpia. 

Combatir al cambio climático se ha convertido en una de las principales batallas del siglo XXI y la búsqueda de nuevas formas de obtener energía limpia, capaces de minimizar nuestro impacto en el medioambiente, es una de las principales bazas para conseguirlo. Las grandes corporaciones apuestan por la innovación, y el sector energético y la construcción no son ajenos a una carrera de fondo en la que la propia naturaleza sirve en bandeja recursos de lo más valioso. 

A nadie le extraña ya ver vastas extensiones de terreno salpicadas de placas solares, capaces de transformar en electricidad la energía que regala el sol. O contemplar enormes molinos haciendo lo propio con la más que conocida energía eólica. Sin embargo, las áreas de innovación continúan expandiéndose. 

 

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¿Qué es la piezoelectricidad?

La piezoelectricidad es la propiedad que tienen ciertos cristales de polarizarse eléctricamente cuando son sometidos a presión, y a la inversa. Es decir, es la capacidad de algunos materiales para generar energía al ser accionados o pulsados.

Sobre el terreno, para el común de los mortales el mundo de la electricidad y, en general, el de la energía resulta bastante complejo. Pero entre las muchas cuestiones que abarca, el concepto de piezoelectricidad resulta de lo más interesante. Si bien es cierto que la definición académica no resulta especialmente reveladora para alguien poco familiarizado con el tema, para entenderlo mejor podríamos decir que el término hace referencia a la capacidad de algunos materiales para generar energía eléctrica al someterlos a tensiones mecánicas. Aunque también se da el proceso a la inversa, de modo que son los propios materiales los que se deforman cuando son sometidos a un campo eléctrico, pero al interrumpir el proceso son capaces de volver a su estado original. 

Un ejemplo de ello, es la bioluminiscencia -inspirada en la capacidad de ciertos organismos marinos para producir luz fluorescente de forma natural mediante una reacción química de ciertas proteínas- o la ósmosis.

Aunque más allá del efecto piezoeléctrico o las bacterias luminiscentes, también se innova en el capítulo de los materiales de construcción buscando la eficiencia energética y la sostenibilidad. Desde techos y fachadas de hormigón capaces de absorber la energía y transformarla en electricidad, hasta vidrios solares fotovoltaicos con los que generarla a través de la envolvente de los edificios, entre otros muchos, las opciones se multiplican y abren todo un universo de posibilidades para impulsar la energía limpia. 

Aplicaciones del efecto piezoeléctrico

La piezoelectricidad ha encontrado múltiples aplicaciones en el mundo moderno. A medida que la tecnología avanza, es probable que descubramos aún más maneras de aprovechar esta energía limpia en beneficio de la sociedad.
  1. Encendedores y encendidos de estufas de gas: Un golpe mecánico en el cristal piezoeléctrico del encendedor genera un chispazo eléctrico que enciende el gas.
  2. Sensores: Se utilizan en micrófonos, acelerómetros y dispositivos de detección de vibraciones. Al vibrar o moverse, el material piezoeléctrico genera un voltaje que puede interpretarse como una señal.
  3. Transductores ultrasónicos: En medicina, los transductores ultrasónicos emplean la propiedad piezoeléctrica para enviar y recibir ondas ultrasónicas. Esto se usa ampliamente en ecografías.
  4. Sistemas de reloj: En relojes de cuarzo, el cuarzo (un material piezoeléctrico) oscila a una frecuencia precisa cuando se le aplica un voltaje, lo que proporciona una medida precisa del tiempo.
  5. Generación de energía: En lugares donde se produce vibración constante, como en ciertos tipos de pavimentos o puentes, se pueden utilizar materiales piezoeléctricos para convertir esa vibración en electricidad y alimentar dispositivos pequeños o almacenar la energía para su uso posterior.
  6. Dispositivos táctiles: Algunos dispositivos táctiles emplean piezoelectricidad para proporcionar retroalimentación háptica al usuario, simulando la sensación de un botón o tecla siendo presionado.
  7. Sistemas antivibración: En estructuras y maquinarias donde las vibraciones no deseadas pueden ser problemáticas, la energía piezoeléctrica puede ser utilizada para crear una respuesta que contrarreste y neutralice estas vibraciones.
  8. Filtrado de frecuencias: En telecomunicaciones, los dispositivos piezoeléctricos pueden actuar como filtros, permitiendo solo el paso de frecuencias específicas.
energía piezoelectrica por pisadas

Ejemplos de energía piezoeléctrica en la sociedad

En Rotterdam (Holanda), la pista de baile de su Club Watt se iluminaba hasta el cierre del local gracias a la electricidad generada por las personas que bailaban en ella, algo similar a lo que sucedía en Natuur Café La Porte, en la localidad holandesa de Driebergen donde la piezoelectricidad se aplicaba en el sistema de su puerta giratoria de manera que, al entrar o salir del local, se generaba energía que posteriormente servía para iluminar el interior.

Hasta el metro de Tokio está aprovechando el trasiego de viajeros. En el país nipón, son las pisadas de los ciudadanos sobre las losas piezoeléctricas que revisten el suelo del suburbano las que permitan autoabastecer las necesidades energéticas de las estaciones. 

Futuro de la piezoelectricidad

Hace tiempo que la realidad supera la ficción y, lo que hasta hace unos años era impensable, hoy es una realidad. Algo así sucede con las aplicaciones de la piezoelectricidad, un capítulo que ha evolucionado notablemente en las últimas décadas y que ha dado como resultado usos de lo más rompedor y, propuestas que, a futuro, podrían revolucionar el sector de la energía. 

¿Imaginas pasear por un supermercado y que sea el movimiento del carro de la compra el que genere la electricidad necesaria para iluminarlo? ¿O que sean las ruedas de tu coche las que hacen lo propio en la carretera para mantener en funcionamiento los letreros de la DGT? ¿Y si los semáforos estuvieran alimentados por el trasiego de los peatones sobre los pasos de cebra o el tráfico de la ciudad? La apuesta por la innovación es clave para optimizar los usos de los materiales piezoeléctricos, una investigación que avanza, principalmente, estudiando las posibilidades que ofrecen los flujos de tránsito tanto de personas como de vehículos.

Si tenemos en cuenta que el efecto piezoeléctrico permite aprovechar la energía generada de forma gratuita en los desplazamientos -transformando el peso o el roce en electricidad-, no es difícil imaginar las posibilidades que, en este sentido, ofrecen infraestructuras como el metro, las carreteras o las aceras. Pero no solo eso. En los últimos años se han sucedido ejemplos de mayor o menor envergadura que emplean la piezoelectricidad en todo tipo de superficies.

Materiales piezoeléctricos 

A grandes rasgos pueden diferenciarse dos grupos: aquellos que poseen esa capacidad de manera natural y los que presentan propiedades piezoeléctricas una vez han sido sometidos a una polarización.

generacion electrica distribuida en una smart city

Materiales piezoeléctricos naturales:

  • Cuarzo: Es uno de los primeros materiales piezoeléctricos descubiertos y sigue siendo ampliamente utilizado, especialmente en relojes, debido a su alta estabilidad y precisión.
  • Rubidio: El rubidio es un metal muy blando y de color blanco plateado del grupo de los metales alcalinos. Se utiliza en muchos compuestos debido a sus propiedades piezoeléctricas.
  • Turmalina: Es un grupo de minerales con una fórmula química muy compleja, menos común que el cuarzo, que también exhibe propiedades piezoeléctricas.
energía generada por el efecto piezoeléctrico

Materiales ferroeléctricos:

  • Cerámicas PZT (Plomo Zirconato Titanato): Son los materiales piezoeléctricos más utilizados en la actualidad debido a su alta piezoelectricidad y versatilidad. Se emplean en una amplia variedad de aplicaciones, desde encendedores hasta transductores médicos.
  • Polímeros Piezoeléctricos: Como el PVDF (Fluoruro de Polivinilideno). Aunque su respuesta piezoeléctrica es más baja en comparación con las cerámicas, su flexibilidad les confiere aplicaciones únicas, como sensores en textiles.
  • Cristales de Lengua de Gato (Langasita): Se trata de un tipo de cristal sintético que ha ganado interés en aplicaciones de alta temperatura debido a su estabilidad.

De hecho, aunque la descripción del término piezoelectricidad y la identificación de los materiales asociados a ella puede resultar algo compleja, esconde en realidad multitud de aplicaciones más o menos cotidianas que mencionamos anteriormente.