Os moluscos têm uma vida útil de 100 anos ou mais e suas cores brilhantes são o resultado de algas vivas em seus corpos. Interessante! Essas criaturas incríveis são cheias de características únicas e uma adição a elas veio com um experimento recente. Pesquisadores descobriram que moluscos gigantes podem tornar a energia solar mais eficiente.
Amêijoas gigantes fotossimbióticas têm colunas verticais de algas unicelulares que absorvem a luz solar. Elas têm células de dispersão de luz para frente chamadas iridócitos. Inspirados pela geometria observada nas amêijoas, pesquisadores criaram um modelo analítico. Ele pode calcular o desempenho do sistema de acordo com um sistema com geometria semelhante à dos moluscos.
Destaques: Amêijoas gigantes podem tornar a energia solar mais eficiente
- Sob intensa luz solar tropical, o eficiência quântica de amêijoas pode atingir até 43% em relação ao recurso solar.
- Os moluscos usam uma geometria fixa de estratégia de diluição de luz.
- É possível que a geometria do transformador solar da concha possa ser útil para conversão de energia solar.
- Com um modelo físico simples, os pesquisadores estão tentando entender a relação entre a estrutura do tecido evoluído dos moluscos e a otimização da eficiência dos recursos solares.
- 67% de eficiência de uso da luz fotossintética sob luz tropical natural foi alcançado pelo modelo do sistema.
Pesquisadores estudaram a eficiência fotossintética de um sistema biológico complexo. Ele inclui moluscos gigantes simbióticos hospedando algas unicelulares em seus tecidos. Um modelo simples de um transformador solar foi preparado na mesma lógica desses moluscos.
Este modelo atingiu cerca de 67% de eficiência de uso de luz fotossintética sob luz tropical natural. É possível que moluscos vivos possam exceder essa eficiência conforme mecanismos adicionais explicados pelos pesquisadores. De acordo com isso, é possível projetar um sistema de biomassa sustentável com luz solar natural intensa para gerar energia renovável.
Cultivo de algas unicelulares
A economia moderna funciona com produtos fotossintéticos coletados ao longo do tempo geológico. Para coletar grandes quantidades de combustíveis líquidos não fósseis e matérias-primas químicas em escala industrial, algas unicelulares são cultivadas.
Aplicável para conversão solar eficiente
Geralmente, a eficiência da fotossíntese biológica aumenta com a diminuição do fluxo. É possível que a geometria do transformador solar do molusco possa ser útil para a conversão de energia solar.
Iluminação e aplicação de amêijoas no mundo real
Luzes artificiais internas podem levar a uma maior produtividade por célula e sistema. No entanto, elas levam a contas de eletricidade altas em relação ao uso da luz solar ambiente como fonte de energia.
Sobre o experimento
A demonstração também se baseia na reanálise de dados experimentais de um artigo de 1985. Ajuda a demonstrar que grandes moluscos fotossintetizam em taxas quase perfeitas na etapa inicial de evolução de oxigênio da fotossíntese.
Para explicar a eficiência sem precedentes alcançada por essas amêijoas, foi desenvolvido um modelo físico simples de dispersão de luz e conversão de fotos.
Objetivo do experimento
Os pesquisadores querem compreender a plausibilidade de eficiências em larga escala ao nível dos recursos para a fotossíntese no projeto do transformador solar. Assim, eles desenvolveram uma estrutura simples para isso. Para abordar o quão eficiente em termos de luz pode ser o sistema de abrangência de área para cultivo de algas sob luz solar ambiente. Para isso, os moluscos gigantes (gênero Tridacna) foram considerados.
The Experiment: Como os moluscos podem melhorar a eficiência renovável
O sistema de moluscos foi apresentado como um cilindro orientado verticalmente.
- Ao longo da parede vertical interna, a luz incidente na superfície superior circular do horizonte foi redistribuída uniformemente.
- A suspensão diluída isolada de algas de um molusco gigante foi usada nas paredes do cilindro para realizar o comportamento de fotossíntese-irradiância.
- Essa configuração ajuda a explorar a eficiência de recursos usando o parâmetro da taxa de evolução de O2 por área, ao longo de um dia.
Avaliando o desempenho de Modelo Simples
Para isso, o desempenho do sistema cilíndrico foi comparado com outro sistema, que era similar em tamanho e mesmo número de células de algas. A única diferença era o arranjo das algas por todo o volume.
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Efeitos da dispersão múltipla Fenômeno usado por amêijoas
Para explorar isso, o modelo analítico simples foi comparado a um modelo numérico de espalhamento de luz de um modelo realista. Esse modelo tem posições de células realistas discretas e o sistema de geometria que era muito similar ao sistema de moluscos.
Pontos descobertos: Melhor eficiência energética com amêijoas gigantes
Para atingir 70% de eficiência quântica, a geometria de um sistema de cilindro simples pode ser modulada com intensidade de luz. Isso pode ser feito por meio dos ciclos de inflação e deflação do tecido do manto. O que causará ainda mais expansão e contração do raio efetivo do cilindro com intensidade de luz. Assim, o sistema pode efetivamente coletar energia solar.
Sobre amêijoas gigantes
Eles estão algas unicelulares simbióticas do gênero dinoflagelado Symbiodinium. Aqui, algas que vivem no tecido do manto realizam fotossíntese, contribuindo com energia para o hospedeiro. A energia fornecida está na forma de pequenas moléculas orgânicas. Com seu grande aparelho de alimentação por filtro, os moluscos gigantes fornecem nitrogênio e outros nutrientes para o sistema.
Qualidades dos moluscos gigantes (algas unicelulares)
- Eles podem crescer em altas densidades em cultura líquida.
- Muitas espécies depositam prontamente a maior parte do carbono fotossintetizado em gotículas de óleo intracelular em vez de polímeros extracelulares complexos.
- Sua eficiência depende fortemente da intensidade da luz. Muitas células experimentam densidade de luz muito alta para serem eficientes. Enquanto várias delas experimentam intensidade de luz muito baixa para serem altamente produtivas.
- Eles vivem em todos os oceanos Indo-Pacífico, em ambientes rasos de recifes de corais.
- Eles desovam livremente, e suas larvas se desenvolvem na coluna de água e se alimentam de fitoplâncton.
- Eles se desenvolvem em pequenos moluscos com algas fotossintéticas em seu tecido do manto após ingerir células de algas.
- À medida que crescem, as algas unicelulares se multiplicam e se desenvolvem em uma série de estruturas colunares verticais.
- O diâmetro dessas colunas de algas é de cerca de 100 µm e 150 µm de distância.
Como as amêijoas iluminam?
- As algas são visíveis no tecido dos moluscos, abaixo e ao redor dos tecidos do manto e nos iridócitos superficiais, aparecendo em preto saturado.
- Esses iridócitos de dispersão frontal tornam-se transparentes sob forte iluminação lateral direcional.
- Em seguida, ele revela microalgas densamente compactadas em conjuntos colunares.
- Essa matriz é visível dentro dos tecidos do manto, levando ao aparecimento de tecido preto saturado do manto presente sob iluminação superior.
A abordagem do molusco observada no modelo experimentado
A inflação e a deflação do tecido do manto são uma parte importante do comportamento dos moluscos, que é observado principalmente em uma resposta de recuo à perturbação.
- Em alta luz, o manto deve ser desinflado relativamente. O espaçamento radial entre colunas será afetado por isso e aumentará o fator de diluição da luz e diminuirá o parâmetro.
- Em pouca luz, para aumentar o espaçamento efetivo da coluna radial, o manto deve ser inflado. Isso diminui a diluição da luz e aumenta o parâmetro.
É interessante como o O controle de fluxo de energia zero da esponja do mar pode inspirar projetos de eficiência energética.
Conclusão
O processo de modelo numérico capturou com precisão o fenômeno de espalhamento múltiplo em colunas com algas organizadas aleatoriamente. Isso demonstra um nível comparável de eficiência ao modelo analítico mais simples. Isso mostra que existe uma solução possível para aumentar a eficiência da energia fotovoltaica sistemas, mas os pesquisadores precisam percorrer um longo caminho.
Todas as qualidades oferecidas pelo sistema modelo são passíveis de para engenharia e modelagem posteriores. A produtividade de 60 000 l por hectare por ano de combustível de um grande sistema pode ser excedida se seus princípios físicos forem semelhantes aos do molusco gigante.
Assim, os pesquisadores concluem que as amêijoas gigantes podem tornar a energia solar mais eficiente, e o modelo experimental é considerado uma ferramenta útil. Ele pode ajudar a projetar esquemas futuros para cultivo eficiente de biomassa fotossintética. Muito provavelmente será aplicável para a produção de biocombustíveis de algas. Além disso, pode minimizar o uso da terra para coleta sustentável de biomassa para qualquer PV orgânico ou sistema fotossintético arbitrário.
fonte: Mecanismo simples para eficiência ideal no uso da luz na fotossíntese inspirado em moluscos gigantes
