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.
Os mexilhões-gigantes fotossimbióticos possuem colunas verticais de algas unicelulares que absorvem a luz solar. Eles têm células chamadas iridócitos, responsáveis pela dispersão da luz para a frente. Inspirados pela geometria observada nesses mexilhões, pesquisadores criaram um modelo analítico capaz de calcular o desempenho do sistema em comparação com um sistema de geometria semelhante à dos mexilhões.
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 alcançou uma eficiência de utilização da luz fotossintética de cerca de 67% sob luz tropical natural. É possível que moluscos vivos possam superar essa eficiência, de acordo com mecanismos adicionais explicados pelos pesquisadores. Com base nisso, é possível projetar um sistema de biomassa sustentável com intensa luz solar natural 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. Ela ajuda a demonstrar que os moluscos bivalves de grande porte realizam fotossíntese em taxas quase perfeitas na etapa inicial de liberação 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 desejam compreender a plausibilidade da eficiência em larga escala no uso de recursos para a fotossíntese em projetos de transformadores solares . Para isso, desenvolveram uma estrutura simples. O objetivo é avaliar a eficiência luminosa em sistemas de cultivo de algas em grandes áreas sob luz solar ambiente. Para tanto, foram consideradas as ostras gigantes (gênero Tridacna ).
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.
Você já ouviu falar que a melanina da tinta da sépia apresenta potencial como recurso de biomassa sustentável?
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 uma eficiência quântica de 70%, a geometria de um sistema de cilindro simples pode ser modulada pela intensidade da luz . Isso pode ser feito através dos ciclos de inflação e deflação do tecido do manto, o que, por sua vez, causará a expansão e a contração do raio efetivo do cilindro de acordo com a intensidade da luz. Dessa forma, o sistema pode captar energia solar de forma eficaz.
Sobre amêijoas gigantes
São algas unicelulares simbióticas do gênero de dinoflagelados Symbiodinium. Nesses organismos, as algas que vivem no tecido do manto realizam fotossíntese, fornecendo energia ao hospedeiro. A energia fornecida está na forma de pequenas moléculas orgânicas. Com seu grande aparelho filtrador, os mexilhões-gigantes fornecem nitrogênio e outros nutrientes ao 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 controle de fluxo com consumo energético zero das esponjas marinhas pode inspirar projetos com eficiência energética.
Conclusão
O modelo numérico capturou com precisão o fenômeno de dispersão múltipla em colunas com algas organizadas aleatoriamente. Isso demonstra um nível de eficiência comparável ao do modelo analítico mais simples. Mostra que existe uma possível solução para aumentar a eficiência dos sistemas fotovoltaicos , mas os pesquisadores ainda têm um longo caminho a percorrer.
Todas as qualidades oferecidas pelo sistema modelo são passíveis de aprimoramento e modelagem. A produtividade de 60.000 litros de combustível por hectare por ano de um sistema de grande porte pode ser superada se seus princípios físicos forem semelhantes aos da amêijoa 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.
