Fluturi negri: inspirație pentru energia solară revoluționară

Energiile regenerabile cresc într-un ritm foarte rapid. Ceea ce ne așteptăm cel mai puțin să contribuie la îmbunătățirea eficienței energiei curate ajunge să fie cel mai util. Acesta este cazul unei descoperiri surprinzătoare făcute de oameni de știință din Statele Unite și Germania, care au găsit cheia îmbunătățirii tehnologiilor solare în aripile unui fluture negru. Aripile acestui fluture sunt acoperite de solzi care Ele sunt capabile să capteze lumina soarelui într-o gamă largă de unghiuri și lungimi de undă. Această descoperire a permis cercetătorilor să dezvolte o tehnică care crește absorbția celulelor solare cu până la 200%.

Dar cum pot insectele mici precum fluturii negri să fie în fruntea dezvoltării tehnologice în domeniul energiei regenerabile? Pentru a înțelege mai bine acest fenomen, să ne aprofundăm în cercetarea și designul din spatele acestei descoperiri revoluționare.

Aripi de fluture negre, o sursă de inspirație

Lucrarea a fost realizată de cercetători de la Institutul de Tehnologie din California (Caltech) și de la Institutul de Tehnologie din Karlsruh (KIT), publicând rezultatele în jurnal Avansuri de știință. Studiul s-a concentrat pe o specie de fluture negru numită Pachliopta aristolochiae, care trăiește în sudul și sud-estul Asiei. Acești fluturi au dezvoltat, de-a lungul evoluției, aripi extrem de eficiente în captarea razelor solare.

Solzii prezenti pe aripile acestor fluturi sunt structurati intr-un mod deosebit, generand o suprafata care aduna lumina soarelui. într-o gamă largă de lungimi de undă și din unghiuri diferite. Pentru tehnologiile de panouri solare bazate pe recoltarea luminii, aceasta este o constatare crucială, deoarece panourile solare depind de radiația solară care cade direct asupra lor. Replicând această structură care permite captarea mai multă lumină, dezvoltatorii au găsit o modalitate de a crește eficiența energetică a celulelor solare.

Structura aripilor și biomimetice

Care este secretul aripilor acestor fluturi? Răspunsul constă în structura sa unică. Aripile lui Pachliopta aristolochiae Au creste microscopice și perforații sub formă de nanogăuri care au dimensiuni extrem de mici, de ordinul nanometrilor. Aceasta înseamnă că pot absorbi o cantitate mare de lumină incidentă, chiar și atunci când aceasta vine din unghiuri nefavorabile.

Pentru a investiga această abilitate, oamenii de știință au creat modele tridimensionale din imagini microscopice ale aripilor fluturelui negru. Aceste modele 3D Nu numai că ne-au permis să simulăm absorbția luminii, dar au ajutat și la proiectarea celulelor solare inspirate din această structură. Datorită tehnicii biomimetice, care constă în imitarea soluțiilor naturii, cercetătorii au reușit să reproducă aceste modele în straturi de siliciu amorf hidrogenat, care este un material comun în fabricarea panourilor solare cu peliculă subțire.

Designul rezultat a arătat a potențialul de creștere cu 200% a absorbției luminii comparativ cu alte tipuri de celule solare. Acest fenomen se produce în principal datorită designului structurii, care dispersează lumina prin nanogăuri pe tot spectrul solar, maximizând absorbția acesteia chiar și la unghiuri de incidență neperpendiculare.

Absorbția luminii la unghiuri variabile

Cheia succesului în acest design constă în modul în care lumina este împrăștiată și absorbită. În mod tradițional, panourile solare funcționează cel mai bine atunci când razele soarelui le lovesc perpendicular, ceea ce limitează eficacitatea lor în anumite momente ale zilei când soarele nu se află în punctul cel mai înalt.

Datorită designului inspirat de fluturi, noile celule solare pot absorbi lumina în mod eficient chiar și atunci când razele soarelui lovesc la unghiuri de până la 50 de grade, ceea ce vă crește performanța energetică pe parcursul zilei. În plus, structura poroasă a nanogăurilor din aripile fluturilor negri nu numai că îmbunătățește colectarea luminii, dar oferă și o stabilitate mecanică importantă, ajutând fluturii să-și mențină echilibrul termic.

În ceea ce privește aplicarea practică, acest design ar putea crește generarea de energie în panourile solare instalate în locații în care lumina soarelui nu atinge niciodată complet perpendicular. Țările situate în zonele sudice sau locații cu condiții climatice variabile ar putea beneficia foarte mult de această tehnologie. Tehnica este destul de simplu de implementat în fabricarea panourilor, deoarece oamenilor de știință le-a luat doar zece minute să aplice stratul de polimer necesar pentru a reproduce structura aripilor.

Biomimetică și alte aplicații

Biomimetica, domeniul care studiază cum să reproducă procesele naturale pentru a rezolva problemele tehnologice, este în plină expansiune. Cazul fluturilor negre nu este singurul exemplu al modului în care natura poate inspira ingineria modernă aplicată energiei regenerabile. Alte exemple notabile includ utilizarea de gândaci pentru a îmbunătăți colectarea umidității din aer sau abilitățile de adeziv ale gecoșilor pentru noile tipuri de adeziv biodegradabil.

În acest sens, multe dintre progresele în domeniul energiei curate sunt conduse de această abordare. Panourile solare bazate pe biomimetism nu sunt doar mai eficiente, dar pot fi și mai economice și durabile. Bazându-se pe principii naturale optimizate de-a lungul a milioane de ani de evoluție, aceste designuri permit soluții mai simple și mai eficiente decât cele create prin procesele industriale tradiționale.

De fapt, în viitorul apropiat vom putea vedea o proliferare a tehnologiei bazate pe biomimetică în alte domenii, precum dispozitivele LED sau noi forme de stocare a energiei. Oamenii de știință din echipa care a lucrat la aceste celule solare au primit deja finanțare suplimentară pentru a continua cercetarea altor aplicații ale acestor principii în domenii precum iluminatul eficient din punct de vedere energetic.

Dezvoltarea celulelor fotovoltaice inspirate de fluturi negri este doar începutul. Într-un context global în care tranziția la energiile regenerabile este o prioritate pentru combaterea schimbărilor climatice, aplicarea modelelor biomimetice ar putea revoluționa eficiența energetică și ar putea contribui la un viitor mai durabil.

Cercetările arată că, observând îndeaproape natura, în special insectele, putem găsi soluții mai inteligente și mai eficiente la problemele tehnologice. În prezent, utilizarea de Această tehnologie ar putea reduce semnificativ costul panourilor solare, permițând o producție de energie mai constantă și mai stabilă în regiunile în care lumina soarelui variază semnificativ în timpul zilei.

Pe măsură ce cererea pentru soluții de energie curată crește, tehnologiile biomimetice precum cea inspirată de aripile fluturelui negru reprezintă un progres crucial. Aceste evoluții nu numai că deschid noi posibilități pentru fabricarea de panouri mai economice și mai eficiente, dar și multiplică potențiale aplicații în producția de energie regenerabilă la nivel mondial.