Mosselen hebben een levensduur van 100 jaar of meer en hun felle kleuren zijn het resultaat van levende algen in hun lichaam. Interessant! Deze ongelooflijke wezens zitten vol met unieke eigenschappen en een aanvulling op hen kwam met een recent experiment. Onderzoekers ontdekten dat reuzenmosselen zonne-energie efficiënter kunnen maken.
Fotosymbiotische reuzenmosselen hebben verticale kolommen van eencellige algen die zonlicht absorberen. Het heeft voorwaarts verstrooide lichtverstrooiende cellen die iridocyten worden genoemd. Geïnspireerd door de geometrie die in de mosselen is waargenomen, hebben onderzoekers een analytisch model ontwikkeld. Het kan de prestaties van het systeem berekenen op basis van een systeem met een vergelijkbare geometrie als clams.
Hoogtepunten: Reuzenmosselen kunnen zonne-energie efficiënter maken Experiment
- In intens tropisch zonlicht, de kwantum efficiëntie van mosselen kan oplopen tot 43% ten opzichte van de zonnebron.
- Mosselen gebruiken een vaste geometrie van de lichtverdunningsstrategie.
- Het is mogelijk dat de zonne-transformatorgeometrie van de mossel nuttig kan zijn voor de omzetting van zonne-energie.
- Met een eenvoudig natuurkundig model proberen onderzoekers inzicht te krijgen in de relatie tussen de geëvolueerde weefselstructuur van mosselen en de optimalisatie van de efficiëntie van zonne-energiebronnen.
- 67% fotosynthetische lichtgebruiksefficiëntie onder natuurlijk tropisch licht werd bereikt door het systeemmodel.
Onderzoekers bestudeerden de fotosynthetische efficiëntie van een complex biologisch systeem. Het omvat symbiotische reuzenmosselen die eencellige algen in hun weefsels huisvesten. Een eenvoudig model van een zonnetransformator werd voorbereid op dezelfde logica als die van deze mosselen.
Dit model bereikte ongeveer 67% fotosynthetische lichtgebruiksefficiëntie onder natuurlijk tropisch licht. Het is mogelijk dat levende mosselen deze efficiëntie kunnen overtreffen volgens aanvullende mechanismen die door de onderzoekers zijn uitgelegd. Volgens dit is het mogelijk om ontwerp een duurzaam biomassasysteem met intens natuurlijk zonlicht om hernieuwbare energie op te wekken.
Het kweken van eencellige algen
De moderne economie draait op fotosynthetische producten die in de loop van de geologische tijd zijn verzameld. Om op industriële schaal grote hoeveelheden niet-fossiele vloeibare brandstoffen en chemische grondstoffen te verzamelen, worden eencellige algen gekweekt.
Toepasbaar voor efficiënte zonneconversie
Over het algemeen neemt de efficiëntie van biologische fotosynthese toe met afnemende flux. Het is mogelijk dat de zonne-transformatorgeometrie van de clam nuttig kan zijn voor de omzetting van zonne-energie.
Verlichting van mosselen en toepassing in de echte wereld
Interne kunstmatige verlichting kan leiden tot een hogere productiviteit per cel en systeem. Deze leiden echter tot hoge elektriciteitsrekeningen in vergelijking met het gebruik van omgevingszonlicht als energiebron.
Over het experiment
De demonstratie is ook gebaseerd op de heranalyse van experimentele gegevens uit een paper uit 1985. Het helpt bij het aantonen dat grote mosselen fotosynthetiseren met bijna perfecte snelheden in de eerste zuurstof-evolutiestap van fotosynthese.
Om de ongekende efficiëntie van deze mosselen te verklaren, werd een eenvoudig fysisch model van lichtverstrooiing en fotoconversie ontwikkeld.
Doel van het experiment
Onderzoekers willen de aannemelijkheid van grootschalige efficiëntieverbeteringen op hulpbronnenniveau voor fotosynthese in het ontwerp van zonnetransformatoren begrijpen. Daarom hebben ze hiervoor een eenvoudig raamwerk ontwikkeld. Om te onderzoeken hoe lichtefficiënt het oppervlakte-overspannende systeem voor algenteelt onder omgevingszonlicht kan zijn. Hiervoor worden de reuzenmosselen (geslacht Tridacna) werden overwogen.
Het Experiment: Hoe kunnen mosselen de efficiëntie van hernieuwbare energiebronnen verbeteren?
Het clamsysteem werd voorgesteld als een verticaal georiënteerde cilinder.
- Langs de binnenste verticale wand werd het licht dat op het cirkelvormige bovenoppervlak van de horizon viel, gelijkmatig herverdeeld.
- De geïsoleerde verdunde suspensie van algen uit een reuzenmossel werd op de wanden van de cilinder gebruikt om fotosynthese-bestralingsgedrag uit te voeren.
- Met deze opstelling kan de efficiëntie van hulpbronnen worden onderzocht door gebruik te maken van de parameter van de snelheid van O2-ontwikkeling per gebied, gedurende een dag.
Het evalueren van de prestaties van Eenvoudig Model
Hiervoor werd de prestatie van het cilindrische systeem vergeleken met een ander systeem, dat qua grootte vergelijkbaar was en hetzelfde aantal algencellen had. Het enige verschil was de rangschikking van algen door het hele volume.
Heb je gehoord Melanine uit inktvisinkt toont potentieel als duurzame biomassabron?
Effecten van meervoudige verstrooiing Fenomeen gebruikt door mosselen
Om dit te onderzoeken, werd het eenvoudige analytische model vergeleken met een lichtverstrooiend numeriek model van een realistisch model. Dat model heeft discrete realistische celposities en het geometriesysteem dat te veel leek op het clamsysteem.
Ontdekte punten: Betere energie-efficiëntie met reuzenmosselen
Om een kwantumrendement van 70% te bereiken, de geometrie van een eenvoudig cilindersysteem kan worden gemoduleerd met de lichtintensiteit. Dit kan worden gedaan via de inflatie- en deflatiecycli van het mantelweefsel. Wat verder zal leiden tot uitzetting en inkrimping van de effectieve cilinderradius met lichtintensiteit. Zo kan het systeem effectief zonne-energie oogsten.
Over reuzenmosselen
Deze heten symbiotische eencellige algen uit het geslacht dinoflagellaten Symbiodinium. Hier voeren algen die in het mantelweefsel leven fotosynthese uit, waarbij ze energie aan de gastheer leveren. De geleverde energie is in de vorm van kleine organische moleculen. Met hun grote filter-voedingsapparaat leveren reuzenmosselen stikstof en andere voedingsstoffen aan het systeem.
Eigenschappen van reuzenmosselen (eencellige algen)
- Ze kunnen in hoge dichtheden groeien in vloeibare cultuur.
- Veel soorten zetten het grootste deel van de door fotosynthese verkregen koolstof af in intracellulaire oliedruppels in plaats van in complexe extracellulaire polymeren.
- Hun efficiëntie is sterk afhankelijk van de intensiteit van het licht. Veel cellen ervaren een te hoge lichtdichtheid om efficiënt te zijn. Terwijl verschillende van hen een te lage lichtintensiteit ervaren om zeer productief te zijn.
- Ze leven in ondiepe koraalriffen in de Indo-Pacifische oceanen.
- Ze paaien vrij en hun larven ontwikkelen zich in de waterkolom en voeden zich met fytoplankton.
- Ze ontwikkelen zich tot kleine mosselen met fotosynthetische algen in hun mantelweefsel nadat ze algencellen hebben opgenomen.
- Naarmate ze groeien, vermenigvuldigen eencellige algen zich en ontwikkelen zich tot een reeks verticale, zuilvormige structuren.
- De diameter van deze algenkolommen bedraagt ongeveer 100 µm en de onderlinge afstand is 150 µm.
Hoe mosselen verlichten?
- Algen zijn zichtbaar in het weefsel van de mossel onder en rond hun mantelweefsel en oppervlakkige iridocyten, en zien er verzadigd zwart uit.
- Deze voorwaarts verstrooiende iridocyten worden transparant onder sterke gerichte laterale belichting.
- Vervolgens worden dicht opeengepakte microalgen in kolomvormige arrays zichtbaar.
- Deze matrix is zichtbaar in de mantelweefsels, wat leidt tot de verschijning van verzadigd zwart mantelweefsel onder verlichting van bovenaf.
De benadering van de clam zoals waargenomen in het experimentele model
Het opblazen en leeglopen van mantelweefsel is een belangrijk onderdeel van het gedrag van de mossel. Dit gedrag uit zich meestal in een terugdeinzende reactie op verstoring.
- In het licht, de mantel moet relatief leeglopen. De radiale afstand tussen de kolommen wordt hierdoor beïnvloed en het zal de lichtverdunningsfactor verhogen en de parameter verlagen.
- Bij weinig licht, om de effectieve radiale kolomafstand te vergroten, moet de mantel worden opgeblazen. Dit vermindert de lichtverdunning en verhoogt de parameter.
Het is interessant hoe de De energieneutrale stromingsregeling van zeesponzen kan energiezuinige ontwerpen inspireren.
Conclusie
Ocuco's Medewerkers numeriek model legde het fenomeen van meervoudige verstrooiing nauwkeurig vast in kolommen met willekeurig georganiseerde algen. Dit toont een vergelijkbaar niveau van efficiëntie aan als het eenvoudigere analytische model. Het toont aan dat er is een mogelijke oplossing om de efficiëntie van PV te verhogen oplossingen, maar onderzoekers moeten daarvoor een lange weg afleggen.
Alle kwaliteiten die het modelsysteem biedt, zijn geschikt om verder te engineeren en te modelleren. De productiviteit van 60 l per hectare per jaar aan brandstof van een groot systeem kan worden overschreden als de fysieke principes ervan vergelijkbaar zijn met die van de reuzenmossel.
Onderzoekers concluderen dus dat reuzenmosselen zonne-energie efficiënter kunnen maken, en het experimentele model wordt beschouwd als een nuttig hulpmiddel. Het kan helpen bij het ontwerpen van toekomstige schema's voor efficiënte fotosynthetische biomassateelt. Het zal hoogstwaarschijnlijk toepasbaar zijn voor de productie van algenbiobrandstoffen. Ook kan het landgebruik minimaliseren voor duurzame biomassaoogst voor elk organisch PV- of willekeurig fotosynthetisch systeem.
