نسل بعدی سلولهای خورشیدی بهرنگ گیاهان سبز
مجله علمی ایلیاد - نسل بعدی سلولهای خورشیدی احتمالأ سبز است. مکانیک کوانتومی، نسل بهتری از این تکنولوژی را میسازد و یک ایده جدید دربارهی علت سبز بودن گیاهان ارائه میدهد.
یک مشکل بزرگ در انرژی خورشیدی این است که نور خورشید متغیر است. بخاطر تغییرات فصلی، هنگام شب و هوای ابری، مقدار نور خورشید که به صفحهها میرسد به طور ثابت در حال تغییر است. این موضوع به این معنا است، که باید نیروی این سلولها را به گونهای تنظیم کنیم، که شبکه در روزهای گرم آفتابی بیش از حد داغ نشود و آتش نگیرد. همچنین نور در روزهای ابری ضعیف میشود؛ که این موضوع کارآیی صفحههای خورشیدی را کم میکند. این مورد یک مسئله مهم برای گیاهان نیز هست.
برخلاف سلولهای خورشیدی، گیاهان میتوانند سطوح نور را با اتلاف انرژی خورشیدی بصورت حرارت تنظیم کنند. اما به نظر میرسد، رنگ سبز گیاهان نیز نقش مهمی ایفا میکند.
ناتان گابور، از دانشگاه ریورساید کالیفرنیا تصادفأ به این نتیجه دست یافت. او میگوید: «در سمینار نشسته بودم و با خودم فکر کردم که فیزیکدانان اغلب توضیح میدهند چرا آسمان آبی است. بنابراین، من نیز فکر کردم که چرا گیاهان سبز هستند؟»
گابور متوجه شد، فرضیههای زیادی در این زمینه وجود دارد، اما هیچکدام به طور قطعی اثبات نشده است. او میگوید: «شواهد تکاملی، زنجیرههای گم شدهای دارد.» بنابراین، او و تیمش یک نوع سلول خورشیدی طراحی کردند، که در آن نیروی ورودی و خروجی به طور کارآمد تنظیم میشود.
یک معمای سبز:
وقتی یک مولکول در سلول خورشیدی، نور خورشید را جذب میکند، بعضی از الکترونهای آن به تراز بالاتری از انرژی جهش میکنند. این مولکول نمیتواند این انرژی را تحمل کند، درنتیجه یک الکترون را به مولکول متفاوتی انتقال میدهد و جریان الکتریکی را ایجاد میکند. مواد مختلف، به طولموجهای متفاوتی حساس هستند، بنابراین میتوانید سلول خود را به گونهای تنظیم کنید که طولموج خاصی از نور واکنش نشان دهد.
اگر یک سلول خورشیدی یا یک گیاه بخواهند انرژی جذب کنند، جذب نور سبز انتخاب مشخصی خواهد بود، چون خورشید طیف سبز را بیشتر از هر طیف دیگری ساطع میکند. بیشتر گیاهان آن را منعکس میکنند. این امر با محاسبات گابور هماهنگی دارد.
او و تیمش دریافتند، که بهترین روش برای حفظ کارآیی بالای سلولها، داشتن دو رنگ مختلف از نور است، که هیچکدام از آنها سبز نمیباشد. در طول روز، وقتی مقدار نور در طولموجهای مختلف نوسان میکند، سلولها بیش از یک رنگ را جذب میکنند و جذب تکرنگ کمتری خواهد داشت، تا خروجی را ثابت نگه دارد. گابور تصور میکند که فراوانی نور سبز برای گیاهان و سلولهای خورشیدی مناسب نیست. هرچه نور در یک طولموج خاص دریافت شود، این سیگنال بیشتر نوسان میکند، که جذبِ مواثر آن را دشوارتر میکند.
وی میگوید: «نور سبز دارای اختلال زیادی است، زیرا مقدار زیادی از آن در طیف خورشید وجود دارد. گیاهان واقعأ این نورِ دارای اختلال را نمیخواهند، چون تنظیم آن برای ایجاد جریان ثابتی از انرژی دشوار است.»
هرچند، ریچارد گودل از دانشگاه گلاسکوی انگلیس به این نظر گابور تردید دارد. او میگوید: «زیستشناسی در مورد اینکه کدام رنگدانهها مصرف شوند آزادی انتخاب ندارد. به نظر من این توضیح، معادلات علم را بهم میزند و در این ایده، پیوندی بین فتوسنتز گیاهان و سیستم طبیعی وجود ندارد.»
گابور به این مدل اطمینان دارد. او میگوید: «این مدل بر پایه قوانین مکانیک کوانتومیِ بسیار سادهای است و این ایده مطرح میشود که ممکن است، گیاهان دلیل خیلی خوبی برای سبز بودن داشته باشند و سلول های خورشیدیِ فوقالعاده کارآمد، عملکرد نسبتأ خوبی در خودتنظیمی داشته باشند.»
نوشته: لیا کران
ترجمه: مجله علمی ایلیاد