¿En qué consiste la piezoelectricidad?

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 materiales piezoeléctricos 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. 

 

¿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.

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. 

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. 

Posibles aplicaciones de la piezoelectricidad

generacion electrica distribuida en una smart city

Ejemplos actuales de piezoelectricidad

¿Sabías que los encendedores eléctricos son un ejemplo claro de aplicación de la piezoelectricidad? En estos casos basta con pulsar un botón para que la palanca o martillo del resorte golpee los cristales piezoeléctricos y, como consecuencia de esa tensión mecánica, se produzca la corriente eléctrica que fluye a través de una llama y enciende el gas. 

¿Has oído hablar de los relojes de cuarzo? Es muy probable que sí. Lo que tal vez no sepas es que se trata de otra de las aplicaciones más típicas de la piezoelectricidad del cuarzo. Los cristales de cuarzo de diferentes tamaños vibran a diferentes velocidades y también producen pulsos eléctricos que el reloj cuenta y mide en segundos, minutos y horas. 

Pero no solo eso. En el día a día también encontramos otras aplicaciones de materiales piezoeléctricos en micrófonos, altavoces o auriculares que, en esencia, lo que hacen es transformar las ondas eléctricas en vibraciones y estas en sonido o viceversa. Inyectores para motores de combustión, piezas para guitarras eléctricas, hasta ciertos ecógrafos y sensores emplean también la piezoelectricidad para su funcionamiento.

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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. 

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.

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Principales materiales piezoelectricos

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.

  • En el primero de los grupos es popular la piezoelectricidad del cuarzo pero también de otros cristales piezoeléctricos como el rubidio o la turmalina. 
  • En el segundo grupo encontramos los ferroeléctricos. Estarían incluidos otros como el tantalio de litio, la bernilita en forma de materiales monocristalinos y hasta ciertas cerámicas. 

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.