En un nuevo estudio, la investigadora de Yale Alison Sweeney descubrió que las almejas gigantes del Océano Pacífico occidental pueden ser el sistema de energía solar más eficiente del planeta.
Según un nuevo estudio de Yale, los diseñadores de paneles solares y biorrefinerías podrían aprender algo de las almejas gigantes iridiscentes que viven cerca de los arrecifes de coral tropicales.
Esto se debe a que las almejas gigantes tienen una geometría precisa (columnas verticales dinámicas de receptores fotosintéticos cubiertas por una fina capa que dispersa la luz) que puede convertirlas en los sistemas de energía solar más eficientes de la Tierra.
«Es contrario a la intuición para mucha gente, porque las almejas trabajan bajo la intensa luz del sol, pero en realidad el interior está muy oscuro», dijo Alison Sweeney, profesora asociada de física, ecología y biología evolutiva en la Escuela de Arte de Yale. Ciencias. «La verdad es que las almejas son más eficientes a la hora de convertir la energía solar que cualquier tecnología de paneles solares existente».
En un nuevo estudio publicado en la revista PRX: Energy, el equipo de investigación de Sweeney presenta un modelo analítico para determinar la máxima eficiencia de los sistemas fotosintéticos basado en la geometría, el movimiento y las propiedades de dispersión de la luz de las almejas gigantes. Es la última de una serie de investigaciones 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 observaron específicamente el impresionante potencial de energía solar de las almejas gigantes iridiscentes en las aguas poco profundas de Palau, en el Pacífico occidental.
Las almejas son fotosimbióticas y tienen cilindros verticales de algas unicelulares que crecen en su superficie. Las algas absorben la luz solar después de que la luz es 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 hacen paralelas a la luz entrante les permite absorber la luz solar al ritmo más eficiente. Esto se debe a que la luz solar ha sido filtrada y difundida por una 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 variaciones de la luz solar en función de un día típico en los trópicos con el amanecer, la intensidad solar del mediodía y el atardecer. La eficiencia cuántica fue del 42%.
Pero luego los investigadores añadieron un nuevo aspecto: el estiramiento de las almejas gigantes en respuesta a los cambios en la luz solar. «A los caracoles les gusta moverse y excavar durante todo el día», dijo Sweeney. «Este estiramiento separa aún más las columnas verticales, haciéndolas más cortas y más anchas».
Utilizando esta nueva información, la eficiencia cuántica del modelo del caracol aumentó al 67%. En comparación, dijo Sweeney, la eficiencia cuántica de un sistema de hojas verdes en ambientes tropicales es sólo de alrededor del 14%.
Una comparación interesante, según el estudio, serían los bosques de abetos del norte. Los bosques de abetos boreales, rodeados por capas cambiantes de niebla y nubes, tienen una geometría y mecanismos de dispersión de luz similares a los de las almejas gigantes, pero en una escala mucho mayor, dijeron los investigadores. Y su eficiencia cuántica es casi idéntica.
«Una lección de esto es lo importante que es considerar la biodiversidad», dijo Sweeney. «Mis colegas y yo seguimos preguntándonos en qué otro lugar de la Tierra podría producirse este nivel de eficiencia solar. También es importante reconocer que sólo podemos estudiar la biodiversidad en lugares donde se mantiene».
Y añadió: «Le debemos mucho a los palauanos, quienes otorgan un valor cultural vital a sus almejas y arrecifes y trabajan para mantenerlos saludables».
Estos ejemplos pueden proporcionar inspiración y conocimientos para una tecnología energética sostenible más eficiente.
«Se podría imaginar una nueva generación de paneles solares que produzcan algas, o paneles solares de plástico baratos hechos de un material flexible», dijo Sweeney.
La primera autora del estudio es Amanda Holt, investigadora asociada en el laboratorio de Sweeney. El estudio fue coautor de Lincoln Rehm, un palauano-estadounidense y ex graduado de la Universidad Drexel e investigador en el Centro Internacional de Arrecifes de Coral de Palau que ahora trabaja para la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica.
La investigación fue financiada por una subvención de la Fundación Packard y la Fundación Nacional de Ciencias.
