Com es creen els llamps de les tempestes? Un científic català està a punt d'esbrinar-ho

BarcelonaHi ha qui apunta que gràcies als petits incendis provocats pels llamps els humans van poder començar a utilitzar i dominar el foc, que va ser crucial perquè l'espècie tingués taxes de supervivència més elevades, induís a un canvi en la dieta i afavorís un desenvolupament tècnic de l'espècie. Però, malgrat la importància d'aquest fenomen i el milió d'anys de progrés humà, els científics encara no han acabat d’aclarir què provoca que caiguin del cel descàrregues elèctriques de gran intensitat.

Ara tot fa pensar que aquest misteri podria estar en camí de resoldre’s. Fa cinc anys, el professor d'Icrea i líder del Grup de Nanofísica d'Òxids de l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) Gustau Catalán i qui llavors era alumne doctorand de la Universitat Xi’an Jiaotong (Xina) Xin Wen van proposar-se demostrar que el gel és un material flexoelèctric; és a dir, que és capaç de generar electricitat quan la seva estructura es doblega de forma irregular. Per a Catalán, demostrar aquesta propietat del gel va ser "la part més senzilla". Juntament amb Wen i la col·laboració de la Universitat Stony Brook (Nova York), van aconseguir demostrar-ho el primer any de la recerca, el 2021.

De la partícula de gel al llamp

Però el més complicat va venir després. Que el gel fos un material flexoelèctric obria un gran ventall d'hipòtesis que feia que aquesta recerca fos "veritablement emocionant", ja que, més enllà dels llamps, el gel participa en molts fenòmens de la naturalesa. "Formular una hipòtesi com aquesta és del tot inusual, s'ha de ser molt prudent a l'hora d'assegurar coses. Quan vam tirar endavant aquesta recerca tan notòria em vaig sentir una mica incòmode i tot, és molt gros!", diu el líder del Grup de Nanofísica d'Òxids de l'ICN2.

Fins ara se sabia que els llamps es generaven a partir de la col·lisió de partícules de gel amb els núvols, però no s'entenia com aquests bocins de gel podien generar electricitat, ja que totes les recerques científiques fetes fins ara havien descartat que el gel es pogués carregar a partir de la compressió (piezoelectricitat).

La feinada de Catalán i Wen va ser atrevir-se a demostrar que les partícules de gel es carreguen per deformació i no per compressió, com ja havia estat descartat. "A l'analitzar la càrrega elèctrica que generava una placa de gel doblegada i extrapolar aquesta càrrega a les deformacions que es produeixen en col·lisions entre partícules de gel que xoquen a gran velocitat dins dels núvols, els resultats van coincidir amb els valors observats en experiments previs sobre les col·lisions de partícules de gel", explica el professor d'Icrea.

El que els va portar més temps va ser la verificació i justificació dels resultats, així com convèncer les revistes que la interpretació de l'origen dels llamps era plausible. "És normal, volien comprovar que no diguéssim cap disbarat", recalca amb ironia Catalán. Finalment, la recerca i la defensa dels anys de treball els ha valgut la publicació de l'article acadèmic a la revista Nature Physics.

Les implicacions tecnològiques derivades

Tenir la capacitat de poder carregar elèctricament un material tan comú com és el gel deixa la porta oberta a una gran quantitat d'avanços tecnològics i científics fins ara inimaginables. "Sento que tot just acabem de gratar la superfície", diu el professor. De fet, ho assevera de forma gairebé literal, ja que Catalán ha recordat que la capa de l'aigua en contacte amb una superfície es comporta com un sòlid, és a dir, com si fos gel, cosa que podria suposar que les propietats de la flexoelectricitat també es poguessin aplicar de forma similar a l'aigua que recobreix superfícies. "Aquesta propietat pot tenir un impacte en diferents àmbits, incloent-hi les persones, ja que estem compostos d'un 60% d'aigua", afegeix.

Amb la previsió d'haver iniciat un gran descobriment, l'equip ja ha registrat una patent: l'ús de la flexoelectricitat com a font d'energia o com a sensor de moviments sísmics. "Per ara, no preveiem que la càrrega elèctrica del gel per deformació pugui substituir fonts d'energia renovables, perquè l'esforç de doblegar el gel és més gran que la càrrega elèctrica que s'obté, però sí que és cert que hem vist en una recerca paral·lela que la flexoelectricitat pot ajudar a fer augmentar l'eficiència de les plaques fotovoltaiques actuals", diu el científic català.

L'autor de l'estudi també ha destacat el fet que aquest descobriment no hauria estat possible sense la cooperació internacional, "precisament entre la Unió Europea, els Estats Units i la Xina", i lamenta les conseqüències que tenen les polítiques proteccionistes del president nord-americà, Donald Trump, en la comunitat científica.