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El color verde de las plantas podría ser la clave de la regulación natural del flujo de energía

La combinación de física cuántica y fotosíntesis permite crear células solares más eficientes

La “obsesión” de los laboratorios por crear sistemas de captación, transformación y aprovechamiento de la energía solar tiene su sentido. Las llamadas energías limpias son vitales para cambiar nuestro sistema actual. Un sistema que devora recursos y excreta contaminación, y cuyo afán por poseer y dominar las fuentes finitas de energía conduce a millones de seres humanos a la guerra y la muerte. Las energías limpias tienen en sus manos, quizá, el poder potencial de darle la vuelta a este mundo, pero para ello es necesario que pueda sustituir (y mejorar) realmente el uso de hidrocarburos.

En la Universidad de California – Riverside están desarrollando un sistema que combina la energía cuántica y la fotosíntesis. Nada como una planta para aprovechar la luz del sol como fuente de energía, y nada como la física cuántica para sorprendernos. El profesor Nathan Gabor y su equipo trabajan precisamente en aprovechar las propiedades recolectoras de las fotocélulas cuánticas para hacer que la obtención de energía sea más eficiente.

El profesor Gabor centraba sus estudios en la física experimental de la materia condensada, y usaba la luz para investigar las leyes fundamentales de la mecánica cuántica pero la inquietud sobre por que las plantas son verdes le ha llevado, durante los últimos seis años, por un camino en el que pretendía combinar sus conocimientos de física con una profunda inmersión en el  mundo de la biología. La cuestión a resolver era: “Podemos crear materiales para células solares que absorban la luz solar “flotante” con más eficiencia?” Algo que para las plantas es tremendamente sencillo, resulta tremendamente complejo para nosotros, que apenas logramos aprovechar un 20% de la luz solar, y eso sin poder controlar demasiado bien las variaciones de luz para mantener un flujo energético regular.

El reto de Gabor y su equipo consistió en diseñar un nuevo tipo de fotocélula con motor de calor cuántico que permite, justamente, manipular el flujo energético en las células solares. Dicha fotocélula absorbe los fotones solares y convierte su energía en electricidad. La sorpresa, como decíamos,vino por la parte cuántica, cuando los investigadores vieron que la fotocélula de motor térmico cuántico era capaz de regular la conversión de energía solar sin necesidad de retroalimentación activa o mecanismos de control que regulen las variaciones de energía a lo largo del día. Algo que, por otra parte, contribuía a reducir bastante la eficiencia general del sistema.

Se trataba, entonces, de lograr diseñar una célula extremadamente simple en la que la energía captada y la gestionada por la demanda coincidan lo más posible para evitar acumulaciones energéticas que, por exceso en los momentos de fluctuación de la luz solar, hagan que el sistema vaya peor desde el punto de vista del rendimiento.

Verde que te quiero verde

Al comparar los dos sistemas de células cuánticas más simples, una que absorbía un solo color de luz y otra que absorbía dos, se vio que al incorporar dos canales de absorción de fotones en vez de uno, la regulación del flujo de energía se producía de manera natural dentro de la fotocélula, sin que tuvieran que idear ningún sistema complementario.

Mientras que un canal absorbe una longitud de onda para la cual la potencia de entrada media es alta, mientras que el otro canal se encarga de la energía baja. La fotocélula hace solita el cambio entre alta y baja, ajusta los niveles variables y hace que la energía de salida sea constante.

Siguiendo con las sorpresas de la física cuántica, cuando el equipo de Gabor aplicó estos modelos al espectro solar medio que hay en la superficie de la Tierra, dieron con una factible respuesta al color verde de las plantas. La absorción de luz verde, la parte más radiante del espectro de energía solar por unidad de longitud de onda, no aporta ningún efecto regulador, por lo que debe evitarse. Así, cuando optimizaron los parámetros de la fotocélula para reducir las fluctuaciones de la energía solar, vieron que el espectro de absorción parecía casi idéntico al espectro de absorción de las plantas verdes fotosintéticas.

Tras estos hallazgos llegaron a la conclusión de que el mecanismo natural de regulación que observaron en las fotocélulas de motor de calor cuántico puede ser fundamental en la fotosíntesis de las plantas y, quizá por eso, la inmensa mayoría de las plantas sobre el planeta son verdes.

Curiosamente, otros investigadores han visto recientemente que hay algunas estructuras moleculares en las plantas, incluyendo las moléculas de clorofila a y b, que podrían ser esenciales para evitar el exceso de acumulación de energía en las plantas, sin lo cual podrían morir. El equipo de Gabol descubrió, en ese sentido que ese mecanismo de dos canales de las fotocélulas que regulaba naturalmente las variaciones de energía, era muy similar a las estructuras fotosintéticas de las plantas, son los pares de clorofila.

Según el equipo de Gabol, conectando la estructura de la mecánica cuántica con el verdor de las plantas podrían obtenerse las pruebas necesarias para verificar que ese es el sistema de regulación natural, sin gasto de energía, y así poder replicarlo.

Fuente: Phys.org

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