Las almejas gigantes podrían contener la respuesta para hacer más eficiente la energía solar

Los diseñadores de paneles solares y biorrefinerías podrían aprender un par de cosas de las almejas gigantes iridiscentes que viven cerca de los arrecifes de coral tropicales, según un nuevo estudio dirigido por Yale.

Esto se debe a que las almejas gigantes tienen geometrías precisas (columnas verticales dinámicas de receptores fotosintéticos cubiertas por una fina capa que dispersa la luz) que pueden convertirlas en los sistemas de energía solar más eficientes de la Tierra.

«Para mucha gente, esto resulta contraintuitivo, porque las almejas funcionan bajo una luz solar intensa, pero en realidad son muy oscuras por dentro», dijo Alison Sweeney, profesora adjunta de física y de ecología y biología evolutiva en la Facultad de Artes y Ciencias de Yale. «La verdad es que las almejas son más eficientes en la conversión de energía solar que cualquier tecnología de paneles solares existente».

En el nuevo estudio, publicado en la revista PRX Energy , un equipo de investigación dirigido por Sweeney presenta un modelo analítico para determinar la máxima eficiencia de los sistemas fotosintéticos basándose en la geometría, el movimiento y las características de dispersión de la luz de las almejas gigantes.

Es el último de una serie de estudios de investigación del laboratorio de Sweeney que destacan los mecanismos biológicos del mundo natural que podrían inspirar nuevos materiales y diseños sostenibles.

En este caso, los investigadores se centraron específicamente en el impresionante potencial energético solar de las almejas gigantes iridiscentes en las aguas poco profundas de Palau, en el Pacífico occidental.

Las almejas son fotosimbióticas, con cilindros verticales de algas unicelulares que crecen en su superficie. Las algas absorben la luz solar, después de que esta haya sido dispersada por una capa de células llamadas iridocitos.

Según los investigadores, tanto la geometría de las algas como la dispersión de la luz de los iridocitos son importantes. La disposición de las algas en columnas verticales (que las hace paralelas a la luz entrante) permite que las algas absorban la luz solar al ritmo más eficiente. Esto se debe a que la luz solar ha sido filtrada y dispersada por la capa de iridocitos, y luego la luz envuelve uniformemente cada cilindro vertical de algas.

Basándose en la geometría de las almejas gigantes, Sweeney y sus colegas desarrollaron un modelo para calcular la eficiencia cuántica (la capacidad de convertir fotones en electrones). Los investigadores también tuvieron en cuenta las fluctuaciones de la luz solar, basándose en un día típico en los trópicos con salida del sol, intensidad solar al mediodía y puesta del sol. La eficiencia cuántica fue del 42%.

Pero los investigadores añadieron una nueva característica: la forma en que las almejas gigantes se estiran en reacción a los cambios en la luz solar. «A las almejas les gusta moverse y hacer surcos durante todo el día», dijo Sweeney. «Este estiramiento separa las columnas verticales, lo que las hace más cortas y anchas».

Con esta nueva información, la eficiencia cuántica del modelo de almeja aumentó al 67%. En comparación, dijo Sweeney, la eficiencia cuántica de un sistema de hojas verdes en un entorno tropical es de solo alrededor del 14%.

Según el estudio, una comparación interesante sería la de los bosques de piceas del norte. Los investigadores pudieron comprobar que los bosques de piceas boreales, rodeados de capas fluctuantes de niebla y nubes, comparten geometrías y mecanismos de dispersión de luz similares a los de las almejas gigantes , pero a una escala mucho mayor. Y su eficiencia cuántica es casi idéntica.

«Una lección que podemos sacar de todo esto es lo importante que es tener en cuenta la biodiversidad en general», afirmó Sweeney. «Mis colegas y yo seguimos pensando en qué otros lugares de la Tierra podría lograrse este nivel de eficiencia solar. También es importante reconocer que sólo podemos estudiar la biodiversidad en lugares donde se mantiene».

Añadió: «Tenemos una deuda importante con los habitantes de Palau, que dan un valor cultural vital a sus almejas y arrecifes y trabajan para mantenerlos en perfecto estado de salud». Estos ejemplos pueden ofrecer inspiración y perspectivas para una tecnología energética sostenible más eficiente.

«Se podría imaginar una nueva generación de paneles solares que cultiven algas, o paneles solares de plástico económicos hechos de un material elástico», dijo Sweeney.

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Fuente: https://phys.org/news/2024-07-giant-clams-solar-energy-efficient.html