Las almejas viven 100 años o más y sus brillantes colores se deben a las algas vivas que habitan en sus cuerpos. ¡Qué interesante! Estas increíbles criaturas poseen características únicas, y un experimento reciente les ha añadido una nueva. Investigadores descubrieron que las almejas gigantes pueden optimizar el uso de la energía solar.
Las almejas gigantes fotosimbióticas tienen columnas verticales de algas unicelulares que absorben la luz solar. Poseen iridocitos, células que dispersan la luz hacia adelante. Inspirados por la geometría observada en las almejas, los investigadores han creado un modelo analítico. Puede calcular el rendimiento del sistema según un sistema con una geometría similar a las almejas.
Iluminaciones:Las almejas gigantes pueden hacer que la energía solar sea más eficiente. Experimento.
- Bajo la intensa luz del sol tropical, el eficiencia cuántica de almejas pueden alcanzar hasta 43% en relación al recurso solar.
- Las almejas utilizan una geometría fija de estrategia de dilución de luz.
- Es posible que la geometría del transformador solar de la almeja pueda ser útil para la conversión de energía solar.
- Con un modelo físico simple, los investigadores están tratando de comprender la relación entre la estructura tisular evolucionada de las almejas y la optimización de la eficiencia de los recursos solares.
- 67% de eficiencia en el uso de la luz fotosintética Bajo luz tropical natural se logró mediante el modelo del sistema.
Los investigadores estudiaron la eficiencia fotosintética de un sistema biológico complejo. Este incluye almejas gigantes simbióticas que albergan algas unicelulares en sus tejidos. Se preparó un modelo simple de un transformador solar con la misma lógica que el de estas almejas.
Este modelo alcanzó una eficiencia de uso de luz fotosintética de alrededor del 67 % bajo luz tropical natural. Es posible que las almejas vivas superen esta eficiencia según mecanismos adicionales explicados por los investigadores. De acuerdo con esto, es posible... Diseñar un sistema de biomasa sostenible con intensa luz solar natural para generar energía renovable.
Cultivo de algas unicelulares
La economía moderna se basa en productos fotosintéticos recolectados a lo largo del tiempo geológico. Para obtener grandes cantidades de combustibles líquidos no fósiles y materias primas químicas a escala industrial, se cultivan algas unicelulares.
Aplicable para conversión solar eficiente
Generalmente, la eficiencia de la fotosíntesis biológica aumenta con la disminución del flujo. Es posible que la geometría de la almeja, similar a la del transformador solar, sea útil para la conversión de energía solar.
Iluminación y aplicación de las almejas en el mundo real
La iluminación artificial interna puede aumentar la productividad por celda y del sistema. Sin embargo, esto genera facturas de electricidad más elevadas en comparación con el uso de la luz solar ambiental como fuente de energía.
Acerca del experimento
La demostración también se basa en el reanálisis de datos experimentales de un artículo de 1985. Ayuda a demostrar que las almejas grandes realizan la fotosíntesis a un ritmo casi perfecto en el paso inicial de evolución de oxígeno de la fotosíntesis.
Para explicar la eficiencia sin precedentes lograda por estas almejas, se desarrolló un modelo físico simple de dispersión de luz y fotoconversión.
Propósito del experimento
Los investigadores quieren Comprender la plausibilidad de eficiencias a gran escala a nivel de recursos para la fotosíntesis en el diseño de transformadores solares.Por lo tanto, han desarrollado un marco simple para esto. Para abordar la eficiencia lumínica de un sistema que abarca toda la superficie para el cultivo de algas bajo luz solar ambiental, se utilizaron las almejas gigantes (género Tridacna) fueron considerados.
El Experimento¿Cómo pueden las almejas mejorar la eficiencia de las energías renovables?
El sistema de almeja se presentó como un cilindro orientado verticalmente.
- A lo largo de la pared vertical interior, la luz que incidía sobre la superficie circular superior del horizonte se redistribuía uniformemente.
- La suspensión diluida aislada de algas de una almeja gigante se utilizó en las paredes del cilindro para realizar el comportamiento de fotosíntesis-irradiancia.
- Esta configuración ayuda a explorar la eficiencia de los recursos mediante el uso del parámetro de la tasa de evolución de O2 por área, durante un día.
Evaluación del desempeño de Modelo Simple
Para ello, se comparó el rendimiento del sistema cilíndrico con el de otro sistema de tamaño similar y con el mismo número de células de algas. La única diferencia residía en la disposición de las algas en todo el volumen.
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Efectos de la dispersión múltiple Fenómeno utilizado por las almejas
Para explorar esto, se comparó el modelo analítico simple con un modelo numérico de dispersión de luz de un modelo realista. Este modelo presenta posiciones de celdas discretas y realistas, y un sistema geométrico demasiado similar al sistema de almejas.
Puntos descubiertos:Mejor eficiencia energética con almejas gigantes
Para lograr una eficiencia cuántica del 70%, La geometría de un sistema de cilindros simples se puede modular con la intensidad de la luz.Esto se logra mediante los ciclos de inflado y desinflado del tejido del manto, lo que a su vez provoca la expansión y contracción del radio efectivo del cilindro con la intensidad de la luz. De esta manera, el sistema puede captar eficazmente la energía solar.
Acerca de las almejas gigantes
Están algas unicelulares simbióticas del género dinoflagelado Symbiodinium. Aquí, las algas que viven en el tejido del manto realizan la fotosíntesis, aportando energía al huésped. Esta energía se suministra en forma de pequeñas moléculas orgánicas. Gracias a su gran aparato de filtración, las almejas gigantes aportan nitrógeno y otros nutrientes al sistema.
Cualidades de las almejas gigantes (algas unicelulares)
- Pueden crecer en altas densidades en cultivo líquido.
- Muchas especies depositan fácilmente la mayor parte del carbono fotosintetizado en gotitas de aceite intracelulares en lugar de en polímeros extracelulares complejos.
- Su eficiencia depende en gran medida de la intensidad de la luz. Muchas células experimentan una densidad lumínica demasiado alta para ser eficientes, mientras que varias experimentan una intensidad lumínica demasiado baja para ser altamente productivas.
- Viven en todo el océano Indo-Pacífico en entornos de arrecifes de coral poco profundos.
- Desovan libremente y sus larvas se desarrollan en la columna de agua y se alimentan de fitoplancton.
- Se convierten en pequeñas almejas con algas fotosintéticas en el tejido del manto después de ingerir células de algas.
- A medida que crecen, las algas unicelulares se multiplican y se desarrollan en una serie de estructuras columnares verticales.
- El diámetro de estas columnas de algas es de alrededor de 100 µm y 150 µm de distancia.
Cómo iluminan las almejas?
- Las algas son visibles en el tejido de las almejas debajo y alrededor de los tejidos del manto y en los iridocitos superficiales, y aparecen de color negro saturado.
- Estos iridocitos que se dispersan hacia adelante se vuelven transparentes bajo una fuerte iluminación lateral direccional.
- Luego revela microalgas densamente empaquetadas en forma de columnas.
- Esta disposición es visible dentro de los tejidos del manto, lo que da la apariencia de un tejido del manto negro saturado presente bajo la iluminación superior.
El acercamiento de la almeja observado en el modelo experimentado
La inflación y deflación del tejido del manto es una parte importante del comportamiento de la almeja, que se observa principalmente en una respuesta de estremecimiento a la perturbación.
- En alta luzEl manto debe estar relativamente desinflado. Esto afectará la separación radial entre columnas, lo que aumentará el factor de dilución de la luz y disminuirá el parámetro.
- En condiciones de poca luzPara aumentar el espaciamiento radial efectivo de la columna, se debe inflar el manto. Esto reduce la dilución de la luz y aumenta el parámetro.
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Conclusión
El El modelo numérico capturó con precisión el fenómeno de la dispersión múltiple. en columnas con algas organizadas aleatoriamente. Esto demuestra un nivel de eficiencia comparable al del modelo analítico más simple. Muestra que Existe una posible solución para aumentar la eficiencia de la energía fotovoltaica. sistemas, pero los investigadores tienen que recorrer un largo camino.
Todas las cualidades que ofrece el sistema modelo son aprovechables Para mayor ingeniería y modelado. La productividad de 60 000 l por hectárea al año de combustible de un sistema grande puede superarse si sus principios físicos son similares a los de la almeja gigante.
Por lo tanto, los investigadores concluyen que las almejas gigantes pueden aumentar la eficiencia de la energía solar, y el modelo experimental se considera una herramienta útil. Puede ayudar a diseñar futuros esquemas para el cultivo eficiente de biomasa fotosintética. Es muy probable que sea aplicable a la producción de biocombustibles de algas. Además, puede minimizar el uso del suelo para la cosecha sostenible de biomasa en cualquier sistema fotovoltaico orgánico o sistema fotosintético arbitrario.
