מדענים גילו את מערכת האנרגיה הסולארית החדשה והיעילה ביותר בעולם – והיא לא נוצרה על ידי בני אדם

מחקר שנערך לאחרונה על ידי חוקרת ייל אליסון סוויני מציע שצדפות ענק במערב האוקיינוס ​​השקט עשויות להיות מערכת האנרגיה הסולארית היעילה ביותר בעולם.

על פי מחקר חדש בהובלת ייל, מעצבי פאנלים סולאריים ובתי זיקוק יכולים לקבל תובנות חשובות מהצדפות הענקיות הססגוניות שנמצאו ליד שוניות אלמוגים טרופיות.

הסיבה לכך היא שלצדפות ענק יש גיאומטריות מדויקות – עמודות דינמיות ואנכיות של קולטנים פוטוסינתטיים המכוסים בשכבה דקה ומפזרת אור – שעשויות להפוך אותן למערכות האנרגיה הסולארית היעילות ביותר על פני כדור הארץ.

"זה מנוגד לאינטואיציה להרבה אנשים, כי צדפות פועלות באור שמש עז, אבל למעשה הן ממש חשוכות מבפנים", אמרה אליסון סוויני, פרופסור חבר לפיזיקה ולאקולוגיה וביולוגיה אבולוציונית בפקולטה לאמנויות של ייל. מדעים. "האמת היא שצדפות יעילות יותר בהמרת אנרגיה סולארית מכל טכנולוגיית פאנל סולארי קיימת."

במחקר החדש, שפורסם בכתב העת PRX: אנרגיה, צוות מחקר בראשות Sweeney מציג מודל אנליטי לקביעת היעילות המקסימלית של מערכות פוטוסינתזה על סמך הגיאומטריה, התנועה ופיזור האור של צדפות ענק. זהו האחרון בסדרת מחקרים מהמעבדה של סוויני המדגישים מנגנונים ביולוגיים מעולם הטבע שיכולים להוות השראה לחומרים ועיצובים בני קיימא חדשים.

פוטנציאל שמש של צדפות ענק

במקרה זה, החוקרים בחנו במיוחד את פוטנציאל האנרגיה הסולארית המרשים של צדפות ענק ססגוניות במים הרדודים של פלאו במערב האוקיינוס ​​השקט.

הצדפות הן פוטוסימביוטיות, עם גלילים אנכיים של אצות חד-תאיות הגדלות על פני השטח שלהן. האצות סופגות את אור השמש – לאחר שהאור פוזר על ידי שכבת תאים הנקראים אירידוציטים.

הן הגיאומטריה של האצות והן פיזור האור של האירידוציטים חשובים, אומרים החוקרים. סידור האצות בעמודים אנכיים – מה שהופך אותן לקבילות לאור הנכנס – מאפשר לאצות לספוג את אור השמש בקצב היעיל ביותר. הסיבה לכך היא שאור השמש סונן ופיזר על ידי שכבת האירידוציטים, ואז האור עוטף באופן אחיד כל גליל אצות אנכי.

אַשׁרַאי: אוניברסיטת ייל משרד לענייני ציבור ותקשורת ייל

התנהגויות מסתגלות משפרות את היעילות

בהתבסס על הגיאומטריה של הצדפות הענקיות, סוויני ועמיתיה פיתחו מודל לחישוב יעילות קוונטית – היכולת להמיר פוטונים לאלקטרונים. החוקרים הביאו בחשבון גם תנודות באור השמש, בהתבסס על יום טיפוסי באזורים הטרופיים עם זריחה, עוצמת שמש בצהריים ושקיעה. היעילות הקוונטית הייתה 42%.

אבל אז הוסיפו החוקרים קמט חדש: האופן שבו צדפות ענק מותחות את עצמן בתגובה לשינויים באור השמש. "צדפות אוהבות לזוז ולחרוץ לאורך כל היום", אמר סוויני. "המתיחה הזו מרחיקה את העמודים האנכיים זה מזה, ובעצם הופכת אותם לקצרים ורחבים יותר."

עם המידע החדש הזה, היעילות הקוונטית של מודל הצדפה קפצה ל-67%. לשם השוואה, אמר סוויני, היעילות הקוונטית של מערכת עלים ירוקים בסביבה טרופית היא רק כ-14%.

השוואה מסקרנת, לפי המחקר, תהיה יערות אשוח צפוניים. החוקרים אמרו כי יערות אשוח בוריאליים, מוקפים בשכבות תנודות של ערפל ועננים, חולקים גיאומטריות דומות ומנגנוני פיזור אור עם צדפות ענק, אך בקנה מידה גדול בהרבה. והיעילות הקוונטית שלהם כמעט זהה.

"לקח אחד מכך הוא כמה חשוב לקחת בחשבון את המגוון הביולוגי, בכתב גדול", אמר סוויני. "עמיתיי ואני ממשיכים לעשות סיעור מוחות לגבי היכן עוד על פני כדור הארץ רמת היעילות הסולארית הזו עשויה להתרחש. חשוב גם להכיר בכך שאנו יכולים ללמוד את המגוון הביולוגי רק במקומות שבהם הוא נשמר".

היא הוסיפה: "אנחנו חייבים חוב גדול לפלאואים, שמעניקים ערך תרבותי חיוני לצדפות והשוניות שלהם ופועלים לשמור על בריאותם הטהורה".

דוגמאות כאלה עשויות להציע השראה ותובנות לטכנולוגיית אנרגיה בת קיימא יעילה יותר.

"אפשר לדמיין דור חדש של פאנלים סולאריים שמצמיחים אצות, או פאנלים סולאריים מפלסטיק זולים שעשויים מחומר נמתח", אמר סוויני.

המחברת הראשונה של המחקר היא אמנדה הולט, מדענית מחקר שותפה במעבדה של סוויני. המחבר של המחקר הוא לינקולן רהם, פלאו-אמריקאי ולשעבר סטודנט לתואר שני באוניברסיטת דרקסל וחוקר במרכז שונית האלמוגים הבינלאומית בפאלאו, שנמצא כעת במינהל הלאומי לאוקיאנוגרפיה ואטמוספירה.

המחקר מומן על ידי מלגת קרן פקארד והקרן הלאומית למדע.