Las almejas gigantes podrían inspirar mejores sistemas de energía solar

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

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

«Es contrario a la intuición para mucha gente, porque las almejas operan bajo la intensa luz del sol, pero en realidad son muy oscuras por dentro», dice Alison Sweeney, profesora asociada de física, ecología y biología evolutiva en Yale.

«La verdad es que las almejas son más eficientes a la hora de convertir la energía solar que cualquier tecnología de paneles solares existente», afirma Sweeney.

En el nuevo estudio de la revista PRX: EnergíaUn equipo de investigación liderado por Sweeney presenta un modelo analítico para determinar la máxima eficiencia de los sistemas fotosintéticos basándose en las características de la geometría, el movimiento y la dispersión de la luz de una almeja gigante.

Es el último de una serie de estudios de investigación del laboratorio de Sweeney que destacan los mecanismos biológicos del 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 Pacífico occidental.

Las almejas son fotosimbióticas y en su superficie crecen cilindros verticales de algas unicelulares. Las algas absorben la luz solar, después de que la luz ha 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. Organizar las algas en columnas verticales, haciéndolas 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 la capa de iridocitos, y luego la luz ilumina uniformemente alrededor de 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 consideraron las variaciones en la luz solar, basándose en un día típico en los trópicos con salida del sol, intensidad del sol del mediodía y puesta del sol. La eficiencia cuántica fue del 42%.

Pero luego los investigadores añadieron un nuevo aspecto: la forma en que las almejas gigantes se estiran en respuesta a los cambios en la luz solar.

«A los fumadores les gusta moverse y moverse a lo largo del día», dice Sweeney. «Este estiramiento separa aún más las columnas verticales, haciéndolas efectivamente más cortas y anchas».

Con esta nueva información, la eficiencia cuántica del modelo de almeja saltó al 67%. En comparación, dice Sweeney, la eficiencia cuántica de un sistema de hojas verdes en un ambiente tropical es sólo del 14% aproximadamente.

Una comparación interesante, según el estudio, serían los bosques de abetos del norte. Los bosques de abetos boreales, rodeados por diversas capas de niebla y nubes, comparten geometrías y mecanismos de dispersión de luz similares con las almejas gigantes, pero en una escala mucho mayor, dicen los investigadores. Y su eficiencia cuántica es casi idéntica.

«Una lección de esto es lo importante que es considerar la biodiversidad a lo grande», dice Sweeney. “Mis colegas y yo seguimos preguntándonos en qué otro lugar de la Tierra puede ocurrir este nivel de eficiencia solar. También es importante reconocer que sólo podemos estudiar la biodiversidad en lugares donde se mantiene».

Y añade: «Tenemos una gran deuda con los palauanos, que otorgan un valor cultural vital a sus almejas y arrecifes y trabajan para mantenerlos en perfectas condiciones de salud».

Estos ejemplos pueden ofrecer inspiración y conocimientos para una tecnología energética sostenible más eficiente.

«Se puede imaginar una nueva generación de paneles solares que produzcan algas, o paneles solares de plástico baratos hechos de material elástico», dice Sweeney.

Otros coautores del estudio son de Yale y la Administración Nacional Oceanográfica y Atmosférica.

La investigación fue financiada por una beca de la Fundación Packard y la Fundación Nacional de Ciencias.

Fuente: Yale