Les palourdes ont une espérance de vie de 100 ans ou plus et leurs couleurs vives sont dues à la présence d'algues dans leur corps. Intéressant ! Ces créatures incroyables possèdent des caractéristiques uniques, qui ont été renforcées par une expérience récente. Des chercheurs ont découvert que les palourdes géantes pouvaient améliorer l'efficacité de l'énergie solaire.
Les bénitiers géants photosymbiobiotiques possèdent des colonnes verticales d'algues unicellulaires qui absorbent la lumière solaire. Ils possèdent des cellules diffusant la lumière vers l'avant, appelées iridocytes. Inspirés par la géométrie observée chez les palourdes, les chercheurs ont créé un modèle analytique. Il peut calculer les performances du système par rapport à un système avec une géométrie similaire à celle des palourdes.
Points forts: Les palourdes géantes peuvent rendre l'énergie solaire plus efficace (expérience)
- Sous un soleil tropical intense, le efficacité quantique des palourdes peuvent atteindre jusqu'à 43% par rapport à la ressource solaire.
- Les palourdes utilisent une géométrie fixe de stratégie de dilution de la lumière.
- Il est possible que la géométrie du transformateur solaire de la palourde puisse être utile pour la conversion de l’énergie solaire.
- À l’aide d’un modèle physique simple, les chercheurs tentent de comprendre la relation entre la structure tissulaire évolutive des palourdes et l’optimisation de l’efficacité des ressources solaires.
- 67 % d'efficacité d'utilisation de la lumière photosynthétique sous la lumière tropicale naturelle a été réalisée par le modèle du système.
Des chercheurs ont étudié l'efficacité photosynthétique d'un système biologique complexe. Il comprend des bénitiers géants symbiotiques hébergeant des algues unicellulaires dans leurs tissus. Un modèle simple de transformateur solaire a été élaboré selon la même logique que celui de ces bénitiers.
Ce modèle a atteint une efficacité photosynthétique d'utilisation de la lumière d'environ 67 % sous lumière tropicale naturelle. Il est possible que les palourdes vivantes puissent dépasser cette efficacité grâce à d'autres mécanismes expliqués par les chercheurs. D'après ces mécanismes, il est possible concevoir un système de biomasse durable avec un ensoleillement naturel intense pour générer de l'énergie renouvelable.
Culture d'algues unicellulaires
L'économie moderne repose sur les produits de la photosynthèse accumulés au cours des temps géologiques. Pour collecter à grande échelle des combustibles liquides non fossiles et des matières premières chimiques à l'échelle industrielle, on cultive des algues unicellulaires.
Applicable à la conversion solaire efficace
En général, l'efficacité de la photosynthèse biologique augmente avec la diminution du flux. Il est possible que la géométrie du transformateur solaire de la palourde soit utile pour la conversion de l'énergie solaire.
Illumination des palourdes et application dans le monde réel
L'éclairage artificiel interne peut améliorer la productivité par cellule et par système. Cependant, il entraîne des factures d'électricité plus élevées que l'utilisation de la lumière solaire ambiante comme source d'énergie.
À propos de l'expérience
La démonstration est également basée sur la réanalyse de données expérimentales d'après un article de 1985. Il permet de démontrer que les grandes palourdes effectuent la photosynthèse à des taux presque parfaits lors de l'étape initiale d'évolution de l'oxygène de la photosynthèse.
Pour expliquer l’efficacité sans précédent obtenue par ces palourdes, un modèle physique simple de diffusion de la lumière et de conversion photoélectrique a été développé.
Objectif de l'expérience
Les chercheurs veulent comprendre la plausibilité des gains d'efficacité à grande échelle au niveau des ressources pour la photosynthèse dans la conception du transformateur solaireIls ont donc développé un cadre simple pour cela. Afin d'évaluer l'efficacité lumineuse d'un système couvrant une zone donnée pour la culture d'algues sous la lumière ambiante, les bénitiers géants (genre Tridacna) ont été prises en compte.
The Experiment: Comment les palourdes peuvent-elles améliorer l'efficacité des énergies renouvelables
Le système de palourdes a été présenté comme un cylindre orienté verticalement.
- Le long de la paroi verticale intérieure, la lumière incidente sur la surface supérieure circulaire de l'horizon était uniformément redistribuée.
- La suspension diluée isolée d'algues provenant d'une palourde géante a été utilisée sur les parois du cylindre pour réaliser le comportement de photosynthèse-irradiance.
- Cette configuration permet d'explorer l'efficacité des ressources en utilisant le paramètre du taux d'évolution de l'O2 par zone, sur une journée.
Évaluation de la performance du modèle simple
Pour cela, les performances du système cylindrique ont été comparées à celles d'un autre système de taille similaire et contenant le même nombre de cellules algales. La seule différence résidait dans la disposition des algues dans le volume.
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Effets de la diffusion multiple Phénomène utilisé par les palourdes
Pour explorer ce phénomène, le modèle analytique simple a été comparé à un modèle numérique de diffusion de la lumière d'un modèle réaliste. Ce modèle présente des positions cellulaires discrètes et réalistes et un système géométrique trop similaire à celui du système de palourdes.
Points découverts: Meilleure efficacité énergétique grâce aux palourdes géantes
Pour atteindre une efficacité quantique de 70 %, la géométrie d'un système cylindrique simple peut être modulée par l'intensité lumineuseCela peut se faire grâce aux cycles de gonflement et de dégonflement du tissu du manteau, qui provoquent une dilatation et une contraction du rayon effectif du cylindre sous l'effet de l'intensité lumineuse. Le système peut ainsi capter efficacement l'énergie solaire.
À propos des palourdes géantes
Elles sont algues unicellulaires symbiotiques du genre dinoflagellé Symbiodinium. Ici, les algues vivant dans les tissus du manteau effectuent la photosynthèse, fournissant ainsi de l'énergie à l'hôte. Cette énergie est fournie sous forme de petites molécules organiques. Grâce à leur grand appareil filtreur, les bénitiers géants fournissent de l'azote et d'autres nutriments au système.
Qualités des bénitiers géants (algues unicellulaires)
- Ils peuvent se développer à des densités élevées en culture liquide.
- De nombreuses espèces déposent facilement la majeure partie du carbone photosynthétisé dans des gouttelettes d’huile intracellulaires plutôt que dans des polymères extracellulaires complexes.
- Leur efficacité dépend fortement de l'intensité lumineuse. De nombreuses cellules sont soumises à une densité lumineuse trop élevée pour être efficaces, tandis que plusieurs d'entre elles sont soumises à une intensité lumineuse trop faible pour être hautement productives.
- Ils vivent dans tout l'océan Indo-Pacifique, dans des environnements de récifs coralliens peu profonds.
- Ils se reproduisent librement et leurs larves se développent dans la colonne d'eau et se nourrissent de phytoplancton.
- Ils se développent en petites palourdes avec des algues photosynthétiques dans leur tissu du manteau après avoir ingéré des cellules d'algues.
- Au fur et à mesure de leur croissance, les algues unicellulaires se multiplient et se développent en un ensemble de structures cylindriques verticales.
- Le diamètre de ces colonnes d'algues est d'environ 100 µm et 150 µm de distance.
Comment les palourdes illuminent?
- Les algues sont visibles dans les tissus des palourdes sous et autour de leurs tissus du manteau et de leurs iridocytes superficiels, apparaissant en noir saturé.
- Ces iridocytes à diffusion vers l'avant deviennent transparents sous une forte illumination latérale directionnelle.
- Il révèle ensuite des microalgues densément regroupées en réseaux colonnaires.
- Ce réseau est visible dans les tissus du manteau, ce qui conduit à l'apparition d'un tissu du manteau noir saturé présent sous un éclairage zénithal.
L'approche de la palourde observée dans le modèle expérimental
L'inflation et la déflation des tissus du manteau constituent une part importante du comportement des palourdes, qui s'observe principalement dans une réponse de sursaut à une perturbation.
- En pleine lumièreLe manteau doit être relativement dégonflé. L'espacement radial entre les colonnes sera affecté, ce qui augmentera le facteur de dilution de la lumière et diminuera le paramètre.
- Dans une faible luminositéPour augmenter l'espacement efficace des colonnes radiales, le manteau doit être gonflé. Cela diminue la dilution de la lumière et augmente le paramètre.
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Conclusion
Le le modèle numérique a capturé avec précision le phénomène de diffusion multiple dans des colonnes contenant des algues organisées de manière aléatoire. Cela démontre un niveau d'efficacité comparable à celui du modèle analytique plus simple. Il montre que il existe une solution possible pour augmenter l'efficacité du PV les systèmes, mais les chercheurs doivent parcourir un long chemin.
Toutes les qualités offertes par le système modèle sont accessibles Pour approfondir l'ingénierie et la modélisation. La productivité de 60 000 l par hectare et par an de combustible d'un grand système peut être dépassée si ses principes physiques sont similaires à ceux du bénitier géant.
Les chercheurs concluent donc que les bénitiers géants peuvent améliorer l'efficacité de l'énergie solaire, et le modèle expérimental est considéré comme un outil précieux. Il peut contribuer à la conception de futurs systèmes de culture de biomasse photosynthétique performants. Il sera très probablement applicable à la production de biocarburants à base d'algues. Il peut également minimiser l'utilisation des terres pour une récolte durable de biomasse, quel que soit le système photovoltaïque organique ou le système photosynthétique.
