En un nuevo estudio, la investigadora de Yale Alison Sweeney descubrió que las almejas gigantes del Océano Pacífico occidental pueden ser los sistemas de energía solar más eficientes del planeta.
Los diseñadores de paneles solares y biorrefinerías podrían aprender un par de cosas de las almejas gigantes 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 de receptores fotosintéticos activos cubiertos por una capa delgada que dispersa la luz) que las convierten en los sistemas de energía solar más eficientes que la Tierra puede crear.
“Es imperceptible para mucha gente, porque las almejas trabajan bajo la luz del sol, pero en realidad están oscuras por dentro”, dijo Alison Sweeney, profesora asociada de física, ecología y biología evolutiva en la Facultad de Artes de Yale. Ciencias “La verdad es que las almejas son más eficientes a la hora de convertir la energía solar que cualquier tecnología actual de paneles solares”.
En una nueva investigación publicada en la revista PRX: Energy, un equipo de investigación dirigido por Sweeney desarrolló un modelo analítico para determinar la eficiencia óptima del sistema fotosintético basado en la geometría, el movimiento y las propiedades de dispersión de la luz de las almejas gigantes. Es el último de una serie de estudios de investigación del laboratorio de Sweeney que resaltan los mecanismos biológicos en el mundo natural que pueden 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 Océano Pacífico occidental.
Las almejas son fotosimbióticas y crecen cilindros verticales de algas unicelulares 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 hace paralelas a la luz entrante, les permite absorber la luz solar al ritmo más eficiente. Esto se debe a que la luz solar es filtrada y dispersada 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 fluctuaciones de la luz solar, que ocurren con el amanecer, la intensidad del sol del mediodía y el atardecer en un día típico en los trópicos. La eficiencia cuántica fue del 42%.
Pero luego los investigadores añadieron un nuevo aspecto: la forma en que las almejas gigantes se expanden en respuesta a los cambios en la luz solar. “A las palabras les gusta moverse y sonar a lo largo del día”, dijo Sweeney. “Este tramo separa aún más las columnas verticales, haciéndolas efectivamente más cortas y anchas”.
Con esta nueva información, la eficiencia cuántica del modelo de reclamaciones aumentó al 67 por ciento. En comparación, dijo Sweeney, la eficiencia cuántica de los sistemas de hojas verdes en ambientes tropicales es sólo del 14 por ciento.
Una comparación interesante, según el estudio, serían los bosques de abetos del norte. Los bosques de abetos boreales, rodeados de niebla y nubes fluctuantes, comparten geometrías y mecanismos de dispersión de luz similares con 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 pensar en la biodiversidad en términos generales”, dijo Sweeney. “Mis colegas y yo seguimos pensando en qué lugar de la Tierra podría ocurrir este nivel de eficiencia de la energía solar. También es importante señalar que sólo podemos estudiar la biodiversidad en los lugares donde se mantiene”.
Y añadió: “Tenemos una gran deuda con Palau, que otorga un importante valor cultural a sus almejas y arrecifes y trabaja para mantenerlos en perfectas condiciones de salud”.
Estos ejemplos pueden proporcionar inspiración y conocimientos para tecnologías energéticas sostenibles más eficientes.
“Se puede imaginar una nueva generación de paneles solares que produzcan algas, o paneles solares de plástico baratos hechos de materiales elásticos”, dijo Sweeney.
La primera autora del estudio es Amanda Holt, científica investigadora asociada en el laboratorio de Sweeney. El coautor del estudio es Lincoln Rehm, un palauamericano y ex estudiante graduado de la Universidad Drexel e investigador en el Centro Internacional de Arrecifes de Coral de Palau, ahora en la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica.
La investigación fue financiada por una beca de la Fundación Packard y la Fundación Nacional de Ciencias.
