Para Ilmuwan Telah Menemukan Sistem Energi Surya Paling Efisien di Dunia – dan Sistem Ini Tidak Dibuat oleh Manusia
Para peneliti dari Yale telah mengidentifikasi kerang raksasa, dengan struktur fotosintesis dan kemampuan menyebarkan cahaya yang unik, sebagai mannequin potensial untuk meningkatkan efisiensi panel surya. Kerang ini, yang tumbuh subur di bawah sinar matahari yang terik di terumbu karang tropis, memiliki efisiensi kuantum yang jauh melampaui teknologi surya saat ini. Studi ini menyoroti pentingnya keanekaragaman hayati dalam menginspirasi teknologi berkelanjutan dan menunjukkan bahwa panel surya masa depan mungkin menggabungkan mekanisme biologis yang serupa. Kredit: SciTechDaily.com
Sebuah studi terkini oleh peneliti Yale Alison Sweeney menunjukkan bahwa kerang raksasa di Pasifik Barat dapat menjadi sistem energi surya paling efisien di dunia.
Menurut studi baru yang dipimpin Yale, perancang panel surya dan biorefineri dapat memperoleh wawasan berharga dari kerang raksasa berwarna-warni yang ditemukan di dekat terumbu karang tropis.
Hal ini karena kerang raksasa memiliki geometri yang tepat — kolom vertikal dinamis dari reseptor fotosintesis yang ditutupi oleh lapisan tipis yang menyebarkan cahaya — yang mungkin menjadikannya sistem energi surya yang paling efisien di Bumi.
“Hal ini bertentangan dengan intuisi banyak orang, karena kerang dapat beroperasi di bawah sinar matahari yang terik, tetapi sebenarnya bagian dalamnya sangat gelap,” kata Alison Sweeney, profesor madya fisika dan ekologi serta biologi evolusi di Fakultas Seni dan Sains Yale. “Yang sebenarnya terjadi adalah kerang lebih efisien dalam konversi energi surya daripada teknologi panel surya yang ada saat ini.”
Dalam studi baru yang diterbitkan dalam jurnal PRX: Energitim peneliti yang dipimpin oleh Sweeney menyajikan mannequin analitis untuk menentukan efisiensi maksimum sistem fotosintesis berdasarkan geometri, gerakan, dan karakteristik hamburan cahaya dari kerang raksasa. Ini adalah yang terbaru dalam serangkaian studi penelitian dari lab Sweeney yang menyoroti mekanisme biologis dari dunia alam yang dapat menginspirasi bahan dan desain berkelanjutan yang baru.
Potensi Surya Kerang Raksasa
Dalam kasus ini, para peneliti mengamati secara khusus potensi energi matahari yang mengesankan dari kerang raksasa berwarna-warni di perairan dangkal Palau di Pasifik Barat.
Kerang bersifat fotosimbiosis, dengan silinder vertikal alga bersel tunggal yang tumbuh di permukaannya. Alga menyerap sinar matahari — setelah cahaya disebarkan oleh lapisan sel yang disebut iridosit.
Menurut para peneliti, geometri alga dan penyebaran cahaya iridosit sama-sama penting. Susunan alga dalam kolom vertikal — yang membuatnya sejajar dengan cahaya yang masuk — memungkinkan alga menyerap sinar matahari pada tingkat yang paling efisien. Hal ini karena sinar matahari telah disaring dan disebarkan oleh lapisan iridosit, dan cahaya kemudian membungkus secara merata di sekitar setiap silinder alga vertikal.
Kredit: Universitas Yale Kantor Urusan Publik dan Komunikasi Yale
Perilaku Adaptif Meningkatkan Efisiensi
Berdasarkan geometri kerang raksasa, Sweeney dan rekan-rekannya mengembangkan mannequin untuk menghitung efisiensi kuantum — kemampuan mengubah foton menjadi elektron. Para peneliti juga memperhitungkan fluktuasi sinar matahari, berdasarkan hari-hari biasa di daerah tropis dengan matahari terbit, intensitas matahari tengah hari, dan matahari terbenam. Efisiensi kuantumnya adalah 42%.
Namun, para peneliti kemudian menambahkan hal baru: cara kerang raksasa meregangkan diri sebagai reaksi terhadap perubahan sinar matahari. “Kerang suka bergerak dan bergerak sepanjang hari,” kata Sweeney. “Peregangan ini membuat kolom vertikal semakin menjauh, sehingga secara efektif membuat kolom tersebut lebih pendek dan lebih lebar.”
Dengan informasi baru ini, efisiensi kuantum mannequin kerang melonjak hingga 67%. Sebagai perbandingan, kata Sweeney, efisiensi kuantum sistem daun hijau di lingkungan tropis hanya sekitar 14%.
Perbandingan yang menarik, menurut penelitian tersebut, adalah hutan cemara utara. Para peneliti mengatakan hutan cemara boreal, yang dikelilingi oleh lapisan kabut dan awan yang berfluktuasi, memiliki geometri dan mekanisme penyebaran cahaya yang serupa dengan kerang raksasa, tetapi dalam skala yang jauh lebih besar. Dan efisiensi kuantumnya hampir identik.
“Salah satu pelajaran dari ini adalah betapa pentingnya mempertimbangkan keanekaragaman hayati secara luas,” kata Sweeney. “Rekan-rekan saya dan saya terus bertukar pikiran tentang di mana lagi di Bumi ini tingkat efisiensi surya ini dapat terjadi. Penting juga untuk menyadari bahwa kita hanya dapat mempelajari keanekaragaman hayati di tempat-tempat yang memeliharanya.”
Ia menambahkan: “Kita berutang besar kepada masyarakat Palau, yang sangat menghargai kerang dan terumbu karang serta berupaya menjaganya agar tetap dalam kondisi prima.”
Contoh-contoh seperti itu dapat memberikan inspirasi dan wawasan untuk teknologi energi berkelanjutan yang lebih efisien.
“Kita bisa membayangkan panel surya generasi baru yang menumbuhkan alga, atau panel surya plastik murah yang terbuat dari bahan elastis,” kata Sweeney.
Referensi: “Mekanisme Sederhana untuk Efisiensi Penggunaan Cahaya Optimum dalam Fotosintesis yang Terinspirasi oleh Kerang Raksasa” oleh Amanda L. Holt, Lincoln F. Rehm dan Alison M. Sweeney, 28 Juni 2024, Energi PRX.
DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023014
Penulis pertama studi ini adalah Amanda Holt, seorang ilmuwan peneliti asosiasi di laboratorium Sweeney. Rekan penulis studi ini adalah Lincoln Rehm, seorang warga negara Palau-Amerika dan mantan mahasiswa pascasarjana di Universitas Drexel serta peneliti di Palau Worldwide Coral Reef Middle, yang sekarang bekerja di Nationwide Oceanography and Atmospheric Administration.
Penelitian ini didanai oleh beasiswa Packard Basis dan Nationwide Science Basis.
