Los investigadores de Yale se interesan en una fuente de inspiración inesperada para mejorar la eficiencia de los paneles solares: las almejas gigantes (Tridacna gigas) del Pacífico occidental. Estos moluscos, que viven en los arrecifes de coral tropicales, podrían cambiar nuestra aproximación a la energía solar.
Las almejas gigantes en sí no realizan fotosíntesis, pero albergan algas simbióticas en su manto, que hacen la fotosíntesis por ellas. Estas algas, llamadas zooxantelas, viven en simbiosis con las almejas y proporcionan nutrientes al animal gracias a la fotosíntesis. A cambio, la almeja ofrece un ambiente protegido y acceso a la luz solar para las algas.
Estas almejas gigantes poseen una arquitectura interna sofisticada, hecha de columnas verticales cubiertas por una fina capa que difunde la luz. Esta configuración, según los investigadores, podría convertir a las almejas en los sistemas de captación de energía solar más eficientes del mundo.
Alison Sweeney, profesora asociada en Yale, explica que a pesar de su exposición a una luz solar intensa, las almejas son en realidad muy oscuras por dentro. Esta característica permite una conversión solar mucho más eficiente que la de las tecnologías actuales.
El estudio publicado en
PRX: Energy describe un modelo analítico para determinar la eficiencia máxima de los sistemas fotosintéticos, basado en la geometría y las propiedades de difusión de la luz de las almejas. Esta investigación forma parte de una serie de estudios que exploran los mecanismos biológicos que pueden inspirar nuevos materiales y diseños sostenibles.
Las almejas gigantes de Palau, con sus algas simbióticas dispuestas en columnas verticales, absorben la luz solar después de que haya sido dispersada por células llamadas iridocitos. Esta disposición permite una absorción óptima de la luz, ya que la luz se distribuye uniformemente alrededor de cada columna de algas.
Crédito: Yale University Yale Office of Public Affairs and Communications
El modelo desarrollado por Sweeney y su equipo también incluye comportamientos adaptativos de las almejas, como su capacidad para estirarse en función de las variaciones de la luz solar. Esta adaptación aumenta la eficiencia cuántica al 67 %, en comparación con solo un 14 % para los sistemas naturales como las hojas verdes en ambientes tropicales.
Se hace una comparación con los bosques de abetos boreales, que comparten mecanismos similares de difusión de la luz y geometrías cercanas a las de las almejas, alcanzando casi la misma eficiencia cuántica.
Eficiencia cuántica
La eficiencia cuántica es una medida clave en fotobiología y en física de semiconductores. Representa la capacidad de un sistema para convertir los fotones en electrones. En el contexto de los sistemas fotosintéticos o de los paneles solares, esta medida determina la eficiencia con la que la luz absorbida se transforma en energía utilizable.
Más específicamente, la eficiencia cuántica se define como la razón entre el número de fotones convertidos en electrones y el número total de fotones incidentes en el sistema. Por ejemplo, una eficiencia cuántica del 67 % significa que de 100 fotones recibidos, 67 se convierten en electrones.
Esta medida es crucial para evaluar y comparar el rendimiento de los sistemas energéticos naturales y artificiales. En el caso de las almejas gigantes estudiadas, su estructura única permite una eficiencia cuántica ampliamente superior a la de las tecnologías actuales, ofreciendo así pistas para mejorar los dispositivos fotovoltaicos futuros.
Fuente: PRX: Energy