مواد و ساخت پیشرفته

بر اساس یک مطالعه جدید، طراحان پنل‌های خورشیدی و پالایشگاه‌های زیستی می‌توانند از صدف‌های غول پیکر رنگین‌کمانی که در نزدیکی صخره‌های مرجانی استوایی زندگی می‌کنند، چیزی یاد بگیرند! در حقیقت این صدف‌ها در تبدیل انرژی خورشیدی کارآمدتر از هر فناوری پنل خورشیدی موجود در جهان هستند.

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 که ممکن است آنها را به کارآمدترین سیستم‌های انرژی خورشیدی روی زمین تبدیل کرده باشد.

این صدف‌ها فتوسیمبیوتیک هستند و استوانه‌های عمودی از جلبک‌های تک‌سلولی روی سطح آنها رشد می‌کنند. جلبک‌ها نور خورشید را پس از اینکه نور توسط لایه‌ای از سلول‌ها به نام ایریدوسیت‌ها پراکنده شد جذب می‌نمایند. محققان می‌گویند که هم هندسه جلبک‌ها و هم پراکنندگی نوری سلول‌های ایریدوسیت مهم هستند. آرایش جلبک‌ها در ستون‌های عمودی که آنها را با نور ورودی موازی می‌کند جلبک‌ها را قادر می‌سازد تا نور خورشید را با بیشترین سرعت جذب نمایند. این امر به این دلیل است که نور خورشید توسط لایه ایریدوسیت فیلتر و پراکنده شده است و سپس نور به طور یکنواخت در اطراف هر استوانه عمودی جلبک تابیده می‌شود.

بر اساس هندسه صدف‌های غول‌پیکر، این محققان مدلی برای محاسبه بازده کوانتومی (توانایی تبدیل فوتون‌ها به الکترون) ایجاد کردند. آنها همچنین نوسانات نور خورشید را براساس یک روز معمولی در مناطق استوایی با طلوع و شدت خورشید در ظهر و غروب خورشید در نظر گرفتند. بازده کوانتومی 42 درصد بود!

سپس محققان یک چین و چروک جدیدی به مدل اضافه کردند یعنی همان روشی که صدف‌های غول‌پیکر در واکنش به تغییرات نور خورشید، خود را کش می‌دهند. نتیجه شگفت‌انگیز بود بازده کوانتومی مدل صدف به 67 درصد افزایش یافت. در مقایسه، بازده کوانتومی سیستم برگ سبز در یک محیط گرمسیری تنها حدود 14 درصد است.

این تحقیق محققان را به فکر ساخت نسل جدیدی از پنل‌های خورشیدی که جلبک‌ها را پرورش می‌دهند یا پانل‌های خورشیدی پلاستیکی ارزان‌قیمتی که از مواد کشسانی ساخته شده‌اند، انداخته است!

منبع