นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบระบบ พลังงานแสงอาทิตย์ ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลก
จากการศึกษา ใหม่ที่นำโดยมหาวิทยาลัยเยลพบว่านักออกแบบแผงโซลาร์เซลล์และโรงกลั่นชีวภาพอาจได้รับข้อมูลอันมีค่าจากหอยตลับสีรุ้งที่พบใกล้แนวปะการังเขตร้อนเนื่องจากหอยตลับมีรูปทรงที่แม่นยำ โดยมีตัวรับแสงสังเคราะห์ที่เคลื่อนที่เป็นแนวตั้งซึ่งปกคลุมด้วยชั้นบางๆ
ที่กระจายแสงได้
ซึ่งอาจทำให้หอยตลับเป็นระบบ พลังงานแสงอาทิตย์ ที่มีประสิทธิภาพสูงสุดบนโลก “หลายคนอาจคิดว่าหอยตลับทำงานภายใต้แสงแดดจ้า แต่จริงๆ แล้วภายในมีสีเข้มมาก” อลิสัน สวีนีย์ รองศาสตราจารย์สาขาฟิสิกส์ นิเวศวิทยาและชีววิทยาวิวัฒนาการแห่งคณะศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเยลกล่าว
“ความจริงก็คือหอยตลับมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์มากกว่าเทคโนโลยีแผงโซลาร์เซลล์ที่มีอยู่ในปัจจุบัน” ในการศึกษาวิจัยใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร PRX: Energy ทีมวิจัยที่นำโดย Sweeney นำเสนอแบบจำลองเชิงวิเคราะห์สำหรับการพิจารณาประสิทธิภาพสูงสุดของระบบสังเคราะห์แสงโดยอาศัยรูปทรงเรขาคณิต การเคลื่อนไหวและลักษณะการกระเจิงแสงของหอยมือเสือยักษ์
นับเป็นการศึกษาวิจัยล่าสุดในชุดการศึกษาวิจัยของห้องแล็บของ Sweeney ที่เน้นกลไกทางชีวภาพจากธรรมชาติที่อาจเป็นแรงบันดาลใจให้เกิดวัสดุและการออก แบบที่ยั่งยืนรูปแบบใหม่ ศักยภาพของพลังงานแสงอาทิตย์ของหอยมือเสือยักษ์ ในกรณีนี้นักวิจัยพิจารณาเฉพาะศักยภาพพลังงานแสงอาทิตย์ที่น่าประทับใจของหอยมือเสือยักษ์ที่มีสีรุ้งในน้ำตื้นของปาเลาในแปซิฟิกตะวันตก
หอยมือเสือเป็นสัตว์ที่อาศัยแสงร่วมกัน โดยมีสาหร่ายเซลล์เดียวทรงกระบอกแนวตั้งเติบโตบนพื้นผิวสาหร่ายจะดูดซับแสงอาทิตย์หลังจากที่แสงถูกกระเจิงโดยชั้นของเซลล์ที่เรียกว่าไอริโดไซต์ นักวิจัยกล่าวว่าทั้งรูปทรงเรขาคณิตของสาหร่ายและการกระเจิงแสงของไอริโดไซต์มีความสำคัญ การจัดเรียงของสาหร่ายในแนวตั้ง ซึ่งทำให้ขนานกับแสงที่เข้ามาทำให้สาหร่ายสามารถดูดซับแสงอาทิตย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
เนื่องจากแสงอาทิตย์ถูกกรองและกระจายโดยชั้นของไอริโดไซต์
จากนั้นแสงจึงห่อหุ้มรอบกระบอกแนวตั้งของสาหร่ายแต่ละกระบอกอย่างสม่ำเสมอพฤติกรรมการปรับตัวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพจากเรขาคณิตของหอยยักษ์สวีนีย์และเพื่อนร่วมงานของเธอได้พัฒนาแบบจำลองเพื่อคำนวณประสิทธิภาพเชิงควอนตัม ซึ่งก็คือความสามารถในการแปลงโฟตอนเป็นอิเล็กตรอน นักวิจัยยังได้คำนึงถึงความผันผวนของแสงแดดโดยอ้างอิงจากวันทั่วไปในเขตร้อนที่มีพระอาทิตย์ขึ้นความเข้มของแสงแดดในตอนเที่ยง และพระอาทิตย์ตกประสิทธิภาพเชิงควอนตัมอยู่ที่ 42%
แต่จากนั้นนักวิจัยก็ได้เพิ่มความยุ่งยากเข้าไปอีกนั่นคือวิธีที่หอยยักษ์ยืดตัวเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงแดด “หอยชอบเคลื่อนไหวและเคลื่อนไหวเป็นร่องตลอดทั้งวัน” สวีนีย์กล่าว “การยืดนี้ทำให้เสาแนวตั้งแยกออกจากกันมากขึ้นทำให้สั้นลงและกว้างขึ้นอย่างมีประสิทธิผล” ด้วยข้อมูลใหม่นี้ ประสิทธิภาพควอนตัมของแบบจำลองหอยสองฝาเพิ่มขึ้นเป็น 67% เมื่อเปรียบเทียบกันแล้ว สวีนีย์กล่าวว่า
ประสิทธิภาพควอนตัมของระบบใบไม้สีเขียวในสภาพแวดล้อมเขตร้อนอยู่ที่ประมาณ 14% เท่านั้น
การเปรียบเทียบที่น่าสนใจตามการศึกษาคือป่าสนทางตอนเหนือนักวิจัยกล่าวว่าป่าสนทางเหนือซึ่งล้อมรอบด้วยชั้นหมอกและเมฆที่ผันผวนนั้นมีรูปทรงและกลไกการกระเจิงแสงที่คล้ายคลึงกันกับหอยสองฝาขนาดใหญ่แต่มีขนาดใหญ่กว่ามากและประสิทธิภาพควอนตัมของป่าเหล่านี้แทบจะเหมือนกันทุกประการ “บทเรียนหนึ่งจากเรื่องนี้คือ การพิจารณาความหลากหลายทางชีวภาพในภาพรวมนั้นสำคัญเพียงใด” สวีนีย์กล่าว
“เพื่อนร่วมงานของฉันและฉันยังคงระดมความคิดกันต่อไปว่าประสิทธิภาพพลังงานแสงอาทิตย์ในระดับนี้อาจเกิดขึ้นที่ใดบนโลกอีก นอกจากนี้
สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าเราสามารถศึกษาความหลากหลายทางชีวภาพได้เฉพาะในสถานที่ที่ความหลากหลายทางชีวภาพได้รับการบำรุงรักษาเท่านั้น”
เธอเสริมว่า “พวกเราเป็นหนี้บุญคุณชาวปาเลาเป็นอย่างมาก ซึ่งให้ความสำคัญกับวัฒนธรรมของหอยและปะการังและพยายามรักษาให้หอยและปะการังเหล่านี้มีสุขภาพแข็งแรงสมบูรณ์” ตัวอย่างดังกล่าวอาจเป็นแรงบันดาลใจและข้อมูลเชิงลึกสำหรับเทคโนโลยีพลังงานที่
ยั่งยืนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น “เราอาจจินตนาการถึงแผงโซลาร์เซลล์รุ่นใหม่ที่สามารถปลูกสาหร่ายได้หรือแผงโซลาร์เซลล์พลาสติกราคาไม่แพงที่ทำจากวัสดุที่มีความยืดหยุ่นได้” สวีนีย์กล่าว
.