Las plantas saben cómo hacer rentable la energía solar
La vida en la Tierra depende de la fotosíntesis, mediante la cual las plantas verdes capturan la radiación solar que utilizan para la construcción de la estructura vegetal, la cual sirve de alimento a los animales herbívoros, que a su vez alimentan a otros animales, dando lugar así a una cadena que llega hasta el hombre. De manera que puede afirmarse que la fotosíntesis es un proceso esencial para alimentar la vida del planeta, porque es capaz de suministrarnos oxígeno, combustible y alimentos, a través de una ecuación tan simple como:
Dióxido de carbono (CO2) + Agua + Energía solar = Glucosa + Oxígeno (O2)
, que en resumen es la ecuación global de la fotosíntesis.
A lo anterior hay que añadir que las plantas nos suministran todo lo anterior capturando y transformando energía solar, consiguiendo de paso rebajar los crecientes niveles de CO2 generados por el hombre, ayudando por tanto a aliviar la tendencia al calentamiento global planetario, que es una de las consecuencias asociadas al cambio climático.
Las relaciones entre las plantas y la atmósfera en la que viven inmersas, resultan tan interesantes como variadas y complejas. Dentro de este contexto, conviene tener en cuenta que las plantas son en realidad “colectores solares inteligentes”, capaces de plantearse y adoptar estrategias de respuesta ante los problemas que puedan encontrar en la captura de la radiación solar que necesitan para su desarrollo.
En su papel como colectores solares, las plantas son selectivas, puesto que de todas las longitudes de onda que constituyen el espectro solar, entre unos 250 y 2500 nm (El nanómetro “nm” es la unidad de longitud que equivale a la mil millonésima parte de un metro), a las plantas sólo les interesan para sus actividades fotosintéticas las que están comprendidas entre los 400 y los 700 nm, que constituye la llamada PAR (Photosynthetically Active Radiation = Radiación Fotosintéticamente Activa).
Un problema que el hombre no sabe resolver de momento, o al menos no a costes razonables, es el almacenamiento estacional e interanual, de la energía solar; sin embargo la planta lo resuelve simplemente acumulando esa energía en su cuerpo, una vez transformada en la propia masa de su organismo, es decir en biomasa.
Desde el punto de vista de su estrategia para la captura de la radiación solar, la planta tratará de situar sus hojas, en la forma más eficaz posible para conseguir sus objetivos, entre los que está la captura de radiación, pero también otros, lo que puede condicionar la estrategia a seguir. Así, la estructura de una hoja es una muestra de equilibrio entre la consecución de tres objetivos que, a su vez, son tres necesidades, que frecuentemente entran en conflicto entre sí:
1.- La necesidad de una superficie fotosintética máxima y bien orientada respecto a la radiación incidente.
2.- La necesidad de conservar al máximo el agua de que dispone.
3.- La necesidad de intercambiar gases con el exterior durante la fotosíntesis.
La planta resuelve este complejo problema alcanzando soluciones de compromiso mediante estructuras de las hojas tipo “sandwich” formado esquemáticamente por dos capas “de piel”, una superior (el haz) y otra inferior (el envés), y entre ellas las células del parénquima (parénquima en empalizada y parénquima esponjoso). La fotosíntesis se produce en las células del parénquima, por tanto la epidermis del haz debe ser transparente a la PAR, mientras que en la epidermis del envés, más protegida de la radiación, es donde sitúa preferentemente la planta los estomas, cuyo sistema de apertura/cierre controlado trata de optimizar su papel de intercambiadores de gases, reduciendo al mismo tiempo la pérdida de agua.
A medida que las plantas crecen en altura se desencadena la competencia por la captación de la radiación solar, que en casos extremos, como el de las selvas tropicales húmedas, obliga a las plantas a crecer con enormes troncos, rectos como columnas, en la cima de los cuales concentran las ramas y hojas, en una estrategia que es consecuencia del fototropismo y de la competencia entre ellas.
La duración de los períodos alternantes de luz y oscuridad a que diariamente se ven sometidas las plantas, son una ayuda esencial para ellas a la hora de su “toma de decisiones” ante los cambios estacionales. Así, desde el punto de vista de la floración, existen tres tipos de plantas: neutras, de día corto y de día largo. Las plantas neutras florecen independientemente de la duración de la insolación, mientras que las de día corto o largo sólo florecen cuando la duración de la insolación es inferior o superior, respectivamente, a un umbral dado.
Se presenta aquí un aspecto de la relación entre radiación y floración verdaderamente curioso e interesante, y es el hecho de que la planta no sólo mide la luz, sino también la oscuridad. Por ejemplo, para una planta de día corto, supuesto que la duración de la insolación sea la adecuada para que tenga lugar la floración, ésta no se producirá si se interrumpe el período de oscuridad, aunque sea con la luz de una simple bombilla que se encienda durante unos minutos. Por el contrario, si se interrumpe la iluminación, cubriendo o encerrando a la planta durante algunos minutos, esto no producirá ningún efecto sobre la floración.
Finalmente, entre otras varias respuestas de la estrategia de las plantas ante la insolación, existen dos que resultan de gran interés, una es el fototropismo, es decir el crecimiento de las plantas orientado a la luz, y otra el seguimiento diario que es capaz de desarrollar el girasol a lo largo del fotoperiodo, manteniendo orientada su cabeza hacia el disco solar, de orto a ocaso, consiguiendo con ello la máxima captación posible de radiación solar directa.
La explicación de estos dos fenómenos, absolutamente naturales, se fundamenta en una serie de procesos bioquímicos y biofísicos cuya comprensión resulta algo laboriosa, pero cuya reproducción a escala industrial operativa resulta enormemente compleja. En el caso particular del seguimiento por parte del girasol del movimiento del disco solar a través del cielo, parece que todo girasol conoce perfectamente la Ley de Lambert, tomando las medidas necesarias para maximizar la incidencia de energía.
Sin embargo, para nosotros los técnicos “humanos”, el conseguir ese mismo resultado para los heliostatos de una central solar de concentración, para un colector parabólico, o bien para un simple panel térmico o fotovoltaico, requiere complicados sistemas de seguimiento en base a servomecanismos, con tal cantidad de problemas en la práctica que nos obligan a reconocer lo mucho que nos queda por aprender de la naturaleza, a través de esa interesante “vieja ciencia nueva”, que es la biomimética.