doi.org/10.1103/PRXEnergy.3.023014
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#Energia Solar
Um estudo recente da pesquisadora de Yale Alison Sweeney sugere que as amêijoas gigantes no Pacífico Ocidental podem ser o sistema de energia solar mais eficiente do mundo
De acordo com um novo estudo liderado por Yale, projetistas de painéis solares e biorrefinarias podem obter insights valiosos dos moluscos gigantes iridescentes encontrados perto de recifes de corais tropicais.
Isso ocorre porque os moluscos gigantes têm geometrias precisas, colunas verticais dinâmicas de receptores fotossintéticos cobertas por uma fina camada de dispersão de luz que pode torná-los os sistemas de energia solar mais eficientes da Terra.
É contraintuitivo para muitas pessoas, porque os moluscos operam sob luz solar intensa, mas na verdade eles são muito escuros por dentro, – disse Alison Sweeney, professora associada de física e de ecologia e biologia evolutiva na Faculdade de Artes e Ciências de Yale. A verdade é que os moluscos são mais eficientes na conversão de energia solar do que qualquer tecnologia de painel solar existente. –
No novo estudo, publicado no periódico PRX: Energy, uma equipe de pesquisa liderada por Sweeney apresenta um modelo analítico para determinar a eficiência máxima de sistemas fotossintéticos com base na geometria, movimento e características de dispersão de luz dos moluscos gigantes. Este é o mais recente de uma série de estudos de pesquisa do laboratório de Sweeney que destacam mecanismos biológicos do mundo natural que podem inspirar novos materiais e designs sustentáveis.Potencial solar de moluscos gigantes
Neste caso, os pesquisadores analisaram especificamente o impressionante potencial de energia solar de moluscos gigantes iridescentes nas águas rasas de Palau, no Pacífico Ocidental.
Os moluscos são fotossimbióticos, com cilindros verticais de algas unicelulares crescendo em sua superfície. As algas absorvem a luz solar depois que a luz foi espalhada por uma camada de células chamadas iridócitos.
A geometria das algas e a dispersão da luz dos iridócitos são importantes, dizem os pesquisadores. O arranjo das algas em colunas verticais, que as torna paralelas à luz que entra, permite que as algas absorvam a luz solar na taxa mais eficiente. Isso ocorre porque a luz solar foi filtrada e espalhada pela camada de iridócitos, e a luz então envolve uniformemente cada cilindro vertical de algas.
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Crédito: Yale University Yale Office of Public Affairs and Communications
Comportamentos adaptativos aumentam a eficiência
Com base na geometria dos moluscos gigantes, Sweeney e seus colegas desenvolveram um modelo para calcular a eficiência quântica, a capacidade de converter fótons em elétrons. Os pesquisadores também levaram em consideração as flutuações da luz solar, com base em um dia típico nos trópicos com um nascer do sol, intensidade do sol do meio-dia e pôr do sol. A eficiência quântica foi de 42%.
Mas então os pesquisadores adicionaram uma nova ruga: a maneira como os moluscos gigantes se esticam em reação às mudanças na luz solar. Os moluscos gostam de se mover e se movimentar ao longo do dia, – disse Sweeney. Esse alongamento afasta as colunas verticais, efetivamente tornando-as mais curtas e largas. –
Com essas novas informações, a eficiência quântica do modelo dos moluscos saltou para 67%. Em comparação, disse Sweeney, a eficiência quântica de um sistema de folhas verdes em um ambiente tropical é de apenas cerca de 14%.
Uma comparação intrigante, de acordo com o estudo, seriam as florestas de abetos do norte. Os pesquisadores disseram que as florestas boreais de abetos, cercadas por camadas flutuantes de neblina e nuvens, compartilham geometrias e mecanismos de dispersão de luz semelhantes com moluscos gigantes, mas em uma escala muito maior. E sua eficiência quântica é quase idêntica.
Uma lição disso é o quão importante é considerar a biodiversidade, em grande escala,- disse Sweeney. Meus colegas e eu continuamos fazendo um brainstorming sobre onde mais na Terra esse nível de eficiência solar pode acontecer. Também é importante reconhecer que só podemos estudar a biodiversidade em lugares onde ela é mantida.-
Ela acrescentou: Temos uma grande dívida com os palauenses, que colocam valor cultural vital em seus moluscos e recifes e trabalham para mantê-los em perfeita saúde.-
Tais exemplos podem oferecer inspiração e insights para uma tecnologia de energia sustentável mais eficiente.
Pode-se imaginar uma nova geração de painéis solares que cultivam algas, ou painéis solares de plástico baratos feitos de um material elástico,- disse Sweeney.
No entanto, se o objeto aderir às regras da teoria quântica, então deve haver correlações estatísticas significativamente mais fortes entre os resultados da medição nos três pontos diferentes no tempo. Se um objeto estiver realmente em estados diferentes ao mesmo tempo entre os tempos de medição, isso deve – de acordo com Leggett e Garg – levar a correlações mais fortes entre as três medições.
Feixes de nêutrons
objetos quânticos de tamanho centimétrico:
“No entanto, não é tão fácil investigar essa questão experimentalmente,” diz Richard Wagner. “Se quisermos testar o realismo macroscópico, precisamos de um objeto que seja macroscópico em um certo sentido, ou seja, que tenha um tamanho comparável ao tamanho de nossos objetos cotidianos usuais.” Ao mesmo tempo, no entanto, deve ser um objeto que tenha uma chance de ainda mostrar propriedades quânticas.
“Feixes de nêutrons, como os usamos em um interferômetro de nêutrons, são perfeitos para isso,” diz Hartmut Lemmel, responsável pelo instrumento S18 no Institut Laue-Langevin (ILL) em Grenoble, onde o experimento foi conduzido. No interferômetro de nêutrons, um interferômetro de cristal perfeito de silício que foi usado com sucesso pela primeira vez no Instituto Atômico da TU Wien no início dos anos 1970, o feixe de nêutrons incidente é dividido em dois feixes parciais na primeira placa de cristal e então recombinado por outro pedaço de silício. Portanto, há duas maneiras diferentes pelas quais os nêutrons podem viajar da fonte para o detector.
“A teoria quântica diz que cada nêutron viaja em ambos os caminhos ao mesmo tempo”, diz Niels Geerits. “No entanto, os dois feixes parciais estão separados por vários centímetros. Em certo sentido, estamos lidando com um objeto quântico que é enorme para os padrões quânticos.”
Violando a desigualdade de Leggett-Garg com nêutrons
Usando uma combinação sofisticada de várias medições de nêutrons, a equipe da TU Wien conseguiu testar a desigualdade de Leggett-Garg – e o resultado foi claro: a desigualdade foi violada. Os nêutrons se comportam de uma forma que não pode ser explicada por nenhuma teoria macroscopicamente realista concebível. Na verdade, eles viajam em dois caminhos ao mesmo tempo, eles estão simultaneamente localizados em lugares diferentes, a centímetros de distância. A ideia de que “talvez o nêutron esteja viajando apenas em um dos dois caminhos, nós simplesmente não sabemos qual” foi, portanto, refutada.
“Nosso experimento mostra: a natureza realmente é tão estranha quanto a teoria quântica afirma”, diz Stephan Sponar. “Não importa qual teoria clássica e macroscopicamente realista você invente: ela nunca será capaz de explicar a realidade. Ela não funciona sem a física quântica.”
Publicado em 14/08/2024 23h35
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