Bactérias roxas, uma das primeiras formas de vida na Terra, dão aos pesquisadores de energia solar razões sem precedentes para se questionarem sobre os modos naturais de se fazer as coisas de maneira eficiente. Estas bactérias vivem no fundo dos lagos ou nos corais sob o mar e usam a luz solar como fonte de energia. Os cientistas pensaram ter descoberto tudo o que há para saber sobre bactérias púrpuras, mas recentemente, Neil Johnson, físico da Universidade de Miami, também descobriu outras propriedades dessas criaturas primordiais.
As bactérias roxas são muito flexíveis quando se trata da intensidade da luz, organizando-se em diferentes padrões. “Nosso estudo desenvolve um modelo matemático para descrever os projetos que ele adota e por quê, o que poderia ajudar a projetar diretamente os futuros dispositivos fotoelétricos”, diz Johnson, que colaborou em seu estudo com colegas da Universidad de los Andes, na Colômbia.
A energia solar chega à célula em "gotas" de luz chamadas fótons, que são capturadas pelo mecanismo de coleta de luz das bactérias presentes dentro de uma estrutura especial chamada membrana fotossintética. Dentro desta membrana, a energia da luz é convertida em energia química para alimentar todas as funções da célula. O aparelho fotossintético possui dois complexos de coleta de luz. O primeiro captura os fótons e os canaliza para o segundo, chamado de centro de reação (RC), onde a energia solar é convertida em energia química. Quando a luz atinge os CRs, eles se fecham pelo tempo que leva a energia a ser convertida.
De acordo com o estudo, as bactérias púrpuras se adaptam a diferentes intensidades de luz, alterando o arranjo do mecanismo de coleta de luz, mas não da maneira como se pensaria pela intuição.
“Pode-se supor que, quanto mais luz a célula recebe, mais reativa ela tem”, diz Johnson. “No entanto, nem sempre é assim, porque a cada nova geração, as bactérias roxas criam um design que equilibra a necessidade de maximizar o número de fótons capturados e convertidos em energia química e a necessidade de proteger a célula de excesso de energia. que poderia danificá-lo.
Para tornar mais fácil entender o que as bactérias púrpuras fazem, Johnson apresentou um exemplo: “Imagine um dia muito ocupado no supermercado, se o centro de reação está ocupado é como se o caixa estivesse ocupado, alguém estivesse fazendo bagging”, diz Johnson. "O comprador se pergunta ao redor para encontrar um checkout aberto e alguns dos compradores podem se cansar e ir embora - as bactérias são como um supermercado muito responsável", diz ele. "Eles preferem perder alguns compradores do que ter congestionamento na saída, mas ainda está obtendo lucros suficientes para sobreviver".
Seu estudo desenvolveu o primeiro modelo analítico explicando a “intensidade da luz crítica”, abaixo da qual a célula aumenta os centros de criação ou reação, como sendo o ponto de maior eficiência para aquela célula. Isso acontece porque a célula contém o maior número da melhor localização de RCs abertos e a menor quantidade de perda de energia - daí a eficiência.
Com esta descoberta, os painéis solares poderiam tornar-se muito mais eficientes se revestidos com bactérias fotossintéticas especialmente adaptadas, cuja produção energética se tornaria parte do circuito elétrico convencional. Estes painéis solares podem adaptar-se a diferentes intensidades de luz. Encontrar soluções melhores que aquelas fornecidas pela natureza em bactérias roxas é também uma das metas dos pesquisadores. Eles até usam supercomputadores para isso, mas é uma tarefa difícil, já que a natureza desenvolveu esses sistemas em bilhões de anos.
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