در یک مطالعه جدید، آلیسون سوینی Alison Sweeney، محقق دانشگاه ییل Yale، دریافت که صدف های غول پیکر در غرب اقیانوس آرام، ممکن است کارآمدترین سیستم انرژی خورشیدی در این سیاره باشند.

بر اساس مطالعه جدید ییل، طراحان پنل های خورشیدی و پالایشگاه های زیستی می توانند چیزهایی از صدف های غول پیکر رنگین کمانی که در نزدیکی صخره های مرجانی استوایی زندگی می کنند، بیاموزند.

دلیلش این است که صدف‌های غول‌پیکر هندسه‌های دقیقی دارند - ستون‌های پویا و عمودی از گیرنده‌های فتوسنتزی که توسط لایه‌ای نازک و پراکننده نور پوشانده شده‌اند – چیزی که ممکن است آنها را به کارآمدترین سیستم‌های انرژی خورشیدی روی زمین تبدیل کند.

آلیسون سوینی، دانشیار فیزیک و بوم شناسی و زیست شناسی تکاملی در دانشکده هنر و علوم یِیل می گوید: "این برای بسیاری از افراد غیرشهودی است، زیرا صدف ها در نور شدید خورشید عمل می کنند، اما در حقیقت داخلشان واقعا تاریک است." واقعیت این است که صدف‌ها در تبدیل انرژی خورشیدی کارآمدتر از هر فناوری پنل خورشیدی موجود هستند.

در مطالعه جدید که در مجله PRX: Energy منتشر شده است، یک تیم تحقیقاتی به رهبری سوینی مدلی تحلیلی برای تعیین حداکثر بازده سیستم‌های فتوسنتزی بر اساس هندسه، حرکت و ویژگی‌های پراکندگی نور صدف‌های غول‌پیکر ارائه می‌کنند. این تازه ترین مورد از یک سری مطالعات تحقیقاتی از آزمایشگاه سوینی است که مکانیسم‌های بیولوژیکی از عالم طبیعت را برجسته می‌کند و می‌تواند الهام‌بخش مواد و طرح‌های پایدار جدید باشد.

در این مورد، محققان به طور خاص به پتانسیل چشمگیر انرژی خورشیدی صدف‌های غول‌پیکر رنگین کمانی در آب‌های کم عمق پالائو در غرب اقیانوس آرام نگاه کردند.

این صدف ها فتوسیمبیوتیک (photosymbiotic) هستند و استوانه های عمودی از جلبک های تک سلولی روی سطح آنها رشد می کنند. پس از اینکه نور توسط لایه ای از سلول ها به نام ایریدوسایت ها (iridocytes) پراکنده شد، جلبک ها نور خورشید را جذب می کنند.

به گفته محققان، هم هندسه جلبک ها و هم پراکندگی نور از سلول های ایریدوسایت مهم است. ترتیب جلبک ها در ستون های عمودی - که آنها را با نور ورودی موازی می کند - جلبک ها را قادر می سازد تا نور خورشید را با کارآمدترین نرخ جذب کنند. این به این دلیل است که نور خورشید توسط لایه ایریدوسایت فیلتر و پراکنده شده و سپس این نور به طور یکنواخت در اطراف هر استوانه عمودی جلبک می پیچد.

بر اساس هندسه صدف‌های غول‌پیکر، سوینی و همکارانش مدلی برای محاسبه بازده کوانتومی ایجاد کردند - یعنی توانایی تبدیل فوتون‌ها به الکترون. محققان همچنین نوسانات نور خورشید بر اساس یک روز معمولی در مناطق استوایی را با طلوع، شدت خورشید در میانه روز و غروب خورشید در نظر گرفتند. راندمان کوانتومی 42 درصد بود.

اما پس از آن محققان یک پیچ و خم جدید اضافه کردند: روشی که صدف‌های غول‌پیکر در واکنش به تغییرات نور خورشید، خود را کش و قوس می دهند. سوینی گفت: صدف ها دوست دارند در طول روز حرکت و کش آمدن داشته باشند. این کشش، ستون های عمودی را از هم دورتر کرده و به طور موثری آنها را کوتاه تر و پهن تر می کند.

با این اطلاعات جدید، بازده کوانتومی مدل صدف به 67 درصد افزایش یافت. سوئینی گفت که جهت مقایسه، بازده کوانتومی سیستم برگ سبز در یک محیط گرمسیری تنها حدود 14 درصد است.

طبق این مطالعه، یک مقایسه جالب با جنگل‌های صنوبر شمالی است؛ محققان گفتند که جنگل‌های صنوبر شمالی که توسط لایه‌های نوسانی از مه و ابر احاطه شده‌اند، هندسه‌ها و ساز و کارهای پراکندگی نور مشابهی با صدف‌های غول‌پیکر دارند، اما در مقیاسی بسیار بزرگ‌تر و بازده کوانتومی آنها تقریباً یکسان است.

سوینی گفت: "یک درس از این موضوع این است که چقدر مهم است که تنوع زیستی را در نظر بگیریم." "همکارانم و من همچنان به طوفان فکری در مورد اینکه در چه جای دیگری روی زمین ممکن است این سطح از بازده خورشیدی رخ دهد، ادامه می دهیم. همچنین مهم است که بدانیم ما فقط می توانیم تنوع زیستی را در مکان هایی مطالعه کنیم که حفظ شود."

او افزود: ما دِین بزرگی به پالائون ها داریم که برای صدف ها و صخره های خود ارزش فرهنگی حیاتی قائل هستند و برای حفظ سلامت آنها تلاش می کنند.

چنین نمونه‌هایی ممکن است الهام ‌بخشی و بینش‌هایی برای فناوری انرژی پایدار کارآمدتر ارائه دهند.

سوینی می‌گوید: «می‌توان نسل جدیدی از پنل‌های خورشیدی را تصور کرد که جلبک‌ رشد می‌دهند، یا پنل‌های خورشیدی پلاستیکی ارزان قیمتی که از مواد کشسان ساخته شده‌اند.

منبع:

Giant clams may hold the answers to making solar energy more efficient