Simpukoiden elinikä on 100 vuotta tai enemmän, ja niiden kirkkaat värit ovat seurausta niiden elävistä levistä. Mielenkiintoista! Nämä uskomattomat olennot ovat täynnä ainutlaatuisia ominaisuuksia, ja niihin lisättiin äskettäinen kokeilu. Tutkijat havaitsivat, että jättiläissimpukat voivat tehostaa aurinkoenergiaa.
Fotosymbioottisilla jättiläissimpukoilla on pystysuoria yksisoluisten levien kerroksia, jotka absorboivat auringonvaloa. Niillä on eteenpäin sirottavia valoa sirottavia soluja, joita kutsutaan iridosyyteiksi. Simpukoissa havaitun geometrian inspiroimana tutkijat ovat luoneet analyyttisen mallin. Se voi laskea järjestelmän suorituskyvyn samanlaisen geometrian omaavan järjestelmän kuin simpukoilla.
Poimintoja: Jättiläissimpukat voivat tehdä aurinkoenergiasta tehokkaamman kokeilun
- Voimakkaassa trooppisessa auringonpaisteessa, kvanttitehokkuus simpukoita voi yltää jopa 43 % suhteessa aurinkoenergiaan.
- Simpukat käyttävät kiinteää valolaimennusstrategiaa.
- On mahdollista, että simpukan aurinkomuuntajageometria voisi olla hyödyllinen aurinkoenergian muuntamisessa.
- Yksinkertaisella fysikaalisella mallilla tutkijat yrittävät ymmärtää simpukoiden kehittyneen kudosrakenteen ja aurinkoenergiatehokkuuden optimoinnin välistä yhteyttä.
- 67 % fotosynteettinen valonkäyttöteho luonnollisessa trooppisessa valossa saavutettiin järjestelmämallilla.
Tutkijat tutkivat monimutkaisen biologisen järjestelmän fotosynteesitehokkuutta. Se sisältää symbioottisia jättiläissimpukoita, jotka isännöivät kudoksissaan yksisoluisia leviä. Aurinkomuuntajan yksinkertainen malli valmistettiin samalla logiikalla kuin nämä simpukat.
Tämä malli saavutti noin 67 %:n fotosynteettisen valonkäyttötehokkuuden luonnonvalossa trooppisessa valossa. On mahdollista, että elävät simpukat voivat ylittää tämän tehokkuuden tutkijoiden selittämien lisämekanismien mukaisesti. Tämän mukaan on mahdollista suunnitella kestävä biomassajärjestelmä, jossa käytetään voimakasta luonnonvaloa uusiutuvan energian tuottamiseksi.
Yksisoluisten levien viljely
Nykyaikainen talous perustuu fotosynteettisiin tuotteisiin, jotka on kerätty geologisen ajan kuluessa. Suurien määrien ei-fossiilisten nestemäisten polttoaineiden ja kemiallisten raaka-aineiden keräämiseksi teollisessa mittakaavassa viljellään yksisoluisia leviä.
Soveltuu tehokkaaseen aurinkoenergian muuntamiseen
Yleensä biologisen fotosynteesin tehokkuus kasvaa virtauksen pienentyessä. On mahdollista, että simpukan aurinkomuuntajageometria voisi olla hyödyllinen aurinkoenergian muuntamisessa.
Simpukoiden valaistus ja käyttö todellisessa maailmassa
Sisäiset keinovalot voivat lisätä solukohtaista ja järjestelmän tuottavuutta. Nämä johtavat kuitenkin korkeisiin sähkölaskuihin verrattuna ympäröivän auringonvalon käyttöön energialähteenä.
Tietoja Kokeesta
Demonstraatio perustuu myös vuoden 1985 artikkelin kokeellisten tietojen uudelleenanalyysiin . Se auttaa osoittamaan, että suuret simpukat fotosyntetisoituvat lähes täydellisellä nopeudella fotosynteesin alkuvaiheen hapenkehitysvaiheessa.
Selittääkseen näiden simpukoiden saavuttaman ennennäkemättömän tehokkuuden, kehitettiin yksinkertainen fyysinen malli valon sironnasta ja valon muuntamisesta.
Kokeen tarkoitus
Tutkijat haluavat ymmärtää laajamittaisen resurssitason tehokkuuden uskottavuuden fotosynteesissä aurinkomuuntajasuunnittelussa . Siksi he ovat kehittäneet tätä varten yksinkertaisen kehyksen. Selvittääkseen, kuinka valotehokas alueellinen levien viljelyjärjestelmä ympäröivässä auringonvalossa voi olla, tutkittiin jättiläissimpukoita ( Tridacna -suku).
Experiment: Kuinka simpukat voivat parantaa uusiutuvan energian tehokkuutta
Simpukkajärjestelmä esiteltiin pystysuuntaisena sylinterinä.
- Pystysuoraa sisäseinää pitkin horisontin pyöreälle yläpinnalle tuleva valo jakautui tasaisesti uudelleen.
- Jättisimpukoista eristettyä laimeaa leväsuspensiota käytettiin sylinterin seinillä suorittamaan fotosynteesi-säteilytyskäyttäytymistä.
- Tämä asetus auttaa tutkimaan resurssitehokkuutta käyttämällä parametria O2:n kehittymisen nopeudesta aluetta kohti päivässä.
Suorituksen arvioiminen Yksinkertaisesta mallista
Tätä varten lieriömäisen järjestelmän suorituskykyä verrattiin toiseen järjestelmään, joka oli kooltaan samanlainen ja leväsolujen määrä. Ainoa ero oli levien sijoittuminen koko tilavuuteen.
Oletko kuullut, että seepian musteen melaniinilla on potentiaalia kestävänä biomassaresurssina?
Usein sironnan vaikutukset Simpukoiden käyttämä ilmiö
Tämän tutkimiseksi yksinkertaista analyyttistä mallia verrattiin realistisen mallin valoa sirottavaan numeeriseen malliin. Tässä mallissa on erilliset realistiset solujen sijainnit ja geometriajärjestelmä, joka oli liian samanlainen kuin simpukkajärjestelmä.
Pisteitä löydetty: Parempi energiatehokkuus jättiläissimpukoilla
70 %:n kvanttihyötysuhteen saavuttamiseksi yksinkertaisen sylinterijärjestelmän geometriaa voidaan moduloida valon intensiteetillä . Tämä voidaan tehdä vaippakudoksen täyttymis- ja tyhjennyssyklien avulla. Tämä aiheuttaa edelleen efektiivisen sylinterin säteen laajenemista ja supistumista valon intensiteetin mukaan. Siten järjestelmä voi tehokkaasti kerätä aurinkoenergiaa.
Tietoja jättiläissimpukoista
Ne ovat symbioottisia yksisoluisia leviä Symbiodinium- sukuun kuuluvista panssarilevistä . Näissä vaippakudoksessa elävät levät suorittavat fotosynteesiä ja tuottavat energiaa isännälle. Toimitettu energia on pienten orgaanisten molekyylien muodossa. Suuren suodatusmekanisminsa avulla jättiläissimpukat toimittavat typpeä ja muita ravinteita systeemille.
Jättisimpukoiden (yksisoluisten levien) ominaisuudet
- Ne voivat kasvaa suurissa tiheyksissä nesteviljelmässä.
- Monet lajit keräävät helposti suurimman osan fotosyntetisoidusta hiilestä solunsisäisiksi öljypisaroiksi monimutkaisten solunulkoisten polymeerien sijaan.
- Niiden tehokkuus riippuu voimakkaasti valon voimakkuudesta. Monet solut kokevat liian suuren valotiheyden ollakseen tehokkaita. Useat heistä kokevat liian alhaisen valon voimakkuuden ollakseen erittäin tuottavia.
- Ne elävät koko Indo-Tyynenmeren matalissa koralliriuttaympäristöissä.
- Ne kutevat vapaasti, ja niiden toukat kehittyvät vesipatsassa ja ruokkivat kasviplanktonia.
- Ne kehittyvät pieniksi simpukoiksi, joiden vaippakudoksessa on fotosynteettisiä leviä, kun ne ovat syöneet leväsoluja.
- Kasvaessaan yksisoluiset levät lisääntyvät ja kehittyvät joukoksi pystysuoria pylväsrakenteita.
- Näiden leväpylväiden halkaisija on noin 100 µm ja etäisyys 150 µm.
Kuinka simpukat valaisevat?
- Levät näkyvät simpukkakudoksessa niiden vaippakudosten alla ja ympärillä sekä pinnallisissa iridosyyteissä, ja ne näyttävät kylläisen mustilta.
- Nämä eteenpäin siroavat iridosyytit muuttuvat läpinäkyviksi voimakkaassa suunnatussa lateraalisessa valaistuksessa.
- Sitten se paljastaa tiheästi pakatut mikrolevät pylväsmatriisissa.
- Tämä ryhmä on näkyvissä vaippakudoksissa, mikä johtaa kylläisen mustan vaippakudoksen ilmaantuvuuteen yläpuolisen valaistuksen alla.
Kokeellisessa mallissa havaittu simpukan lähestymistapa
Vaippakudoksen inflaatio ja deflaatio ovat suuri osa simpukan käyttäytymistä, mikä havaitaan enimmäkseen häipymisenä häiriön aiheuttamana vasteena.
- Korkeassa valossa, vaippa tulisi tyhjentää suhteellisen. Tämä vaikuttaa sarakkeiden väliseen säteittäiseen etäisyyteen ja se lisää valon laimennuskerrointa ja pienentää parametria.
- Hämärässä/hämärässä, tehollisen säteittäisen pylväsvälin lisäämiseksi vaippa on täytettävä. Tämä vähentää valon laimentumista ja suurentaa parametria.
On mielenkiintoista, miten merisienen nollaenergiavirtauksen säätö voisi inspiroida energiatehokkaita malleja.
Yhteenveto
Numeerinen malli kuvasi tarkasti moninkertaisen sironnan ilmiön satunnaisesti järjestäytyneiden levien pylväissä. Tämä osoittaa verrattavissa olevaa tehokkuustasoa yksinkertaisempaan analyyttiseen malliin. Se osoittaa, että aurinkosähköjärjestelmien tehokkuuden parantamiseksi on olemassa mahdollinen ratkaisu , mutta tutkijoiden on kuljettava pitkä reitti.
Kaikki mallijärjestelmän tarjoamat ominaisuudet soveltuvat jatkosuunnitteluun ja mallintamiseen. Suuren järjestelmän 60 000 litran polttoaineen tuottavuus hehtaaria kohden vuodessa voidaan ylittää, jos sen fyysiset periaatteet ovat samanlaiset kuin jättiläissimpukalla.
Näin ollen tutkijat päättelevät, että jättiläissimpukat voivat tehostaa aurinkoenergiaa, ja kokeellista mallia pidetään hyödyllisenä työkaluna. Se voi auttaa suunnittelemaan tulevia suunnitelmia tehokkaalle fotosynteettiselle biomassan viljelylle. Todennäköisimmin sitä voidaan soveltaa leväbiopolttoaineiden tuotantoon. Se voi myös minimoida maankäytön kestävää biomassan korjuuta varten minkä tahansa orgaanisen aurinkosähkön tai mielivaltaisen fotosynteesijärjestelmän kannalta.
