Продолжительность жизни моллюсков составляет 100 лет и более, а их яркие цвета являются результатом жизни водорослей в их телах. Интересно! Эти невероятные существа полны уникальных характеристик, и недавний эксперимент добавил к ним еще одно дополнение. Исследователи обнаружили, что гигантские моллюски могут сделать солнечную энергию более эффективной.
Фотосимбиотические гигантские моллюски имеют вертикальные колонны из одноклеточных водорослей, поглощающих солнечный свет. У них есть клетки, рассеивающие свет вперед, называемые иридоцитами. Вдохновленные геометрией, наблюдаемой у моллюсков, исследователи создали аналитическую модель. Она позволяет рассчитать производительность системы, аналогичную системе с геометрией моллюсков.
Основные моменты:: Гигантские моллюски могут сделать солнечную энергию более эффективной. Эксперимент
- При интенсивном тропическом солнечном свете квантовая эффективность моллюсков может достигать до 43% относительно солнечного ресурса.
- Моллюски используют фиксированную геометрию стратегии разбавления света.
- Вполне возможно, что геометрия солнечного преобразователя моллюска может быть полезна для преобразования солнечной энергии.
- Используя простую физическую модель, исследователи пытаются понять связь между эволюционной структурой тканей моллюсков и оптимизацией эффективности использования солнечных ресурсов.
- Эффективность использования света при фотосинтезе составляет 67% при естественном тропическом освещении была достигнута с помощью системной модели.
Исследователи изучали эффективность фотосинтеза сложной биологической системы. Она включает в себя симбиотических гигантских моллюсков, в тканях которых находятся одноклеточные водоросли. Простая модель солнечного трансформатора была подготовлена по той же логике, что и у этих моллюсков.
Эта модель достигла эффективности использования света в процессе фотосинтеза около 67% при естественном тропическом освещении. Возможно, что живые моллюски могут превзойти этот показатель, согласно дополнительным механизмам, объясненным исследователями. Исходя из этого, можно разработать устойчивую систему использования биомассы с интенсивным естественным солнечным светом для выработки возобновляемой энергии.
Выращивание одноклеточных водорослей
Современная экономика работает на фотосинтетических продуктах, собранных в течение геологического времени. Для сбора больших объемов неископаемого жидкого топлива и химического сырья в промышленных масштабах выращивают одноклеточные водоросли.
Применимо для эффективного преобразования солнечной энергии
В целом эффективность биологического фотосинтеза увеличивается с уменьшением потока. Возможно, что геометрия солнечного преобразователя моллюска может быть полезна для преобразования солнечной энергии.
Освещение моллюсков и его применение в реальном мире
Внутреннее искусственное освещение может привести к повышению производительности на ячейку и систему. Однако это приводит к высоким счетам за электроэнергию по сравнению с использованием окружающего солнечного света в качестве источника энергии.
Об эксперименте
Демонстрация также основана на повторном анализе экспериментальных данных из статьи 1985 года. Она помогает показать, что крупные моллюски осуществляют фотосинтез с почти идеальной скоростью на начальном этапе выделения кислорода в процессе фотосинтеза.
Чтобы объяснить беспрецедентную эффективность, достигаемую этими моллюсками, была разработана простая физическая модель рассеяния света и фотопреобразования.
Цель эксперимента
Исследователи хотят понять, насколько вероятно достижение высокой эффективности использования ресурсов для фотосинтеза в крупномасштабных системах солнечных трансформаторов . Поэтому они разработали для этого простую модель. Цель исследования – определить, насколько эффективной может быть система выращивания водорослей на большой площади при естественном солнечном свете. Для этого были рассмотрены гигантские моллюски (род Tridacna ).
Эксперимент: Как моллюски могут повысить эффективность возобновляемых источников энергии
Система моллюсков представляла собой вертикально ориентированный цилиндр.
- Вдоль внутренней вертикальной стены свет, падающий на круглую верхнюю поверхность горизонта, равномерно перераспределялся.
- Изолированная разбавленная суспензия водорослей из гигантского моллюска использовалась на стенках цилиндра для демонстрации поведения фотосинтеза-облучения.
- Эта установка помогает исследовать эффективность использования ресурсов, используя параметр скорости выделения O2 на единицу площади в течение дня.
Оценка производительности Простая модель
Для этого производительность цилиндрической системы сравнивалась с другой системой, которая была схожа по размеру и имела такое же количество клеток водорослей. Единственным отличием было расположение водорослей по всему объему.
Вы слышали о том, что меланин из чернил каракатицы демонстрирует потенциал в качестве устойчивого источника биомассы?
Эффекты многократного рассеяния Феномен, используемый моллюсками
Чтобы исследовать это, простая аналитическая модель была сравнена с числовой моделью рассеивания света реалистичной модели. Эта модель имеет дискретные реалистичные положения клеток и геометрическую систему, которая слишком похожа на систему моллюска.
Обнаружено точек: Лучшая энергоэффективность с гигантскими моллюсками
Для достижения 70% квантовой эффективности геометрию простой цилиндрической системы можно модулировать интенсивностью света . Этого можно добиться посредством циклов надувания и сдувания мантийной ткани. Это, в свою очередь, вызовет расширение и сжатие эффективного радиуса цилиндра в зависимости от интенсивности света. Таким образом, система сможет эффективно собирать солнечную энергию.
О гигантских моллюсках
Это симбиотические одноклеточные водоросли из рода динофлагеллят Symbiodinium. Здесь водоросли, обитающие в мантийной ткани, осуществляют фотосинтез, обеспечивая хозяина энергией. Энергия поступает в виде небольших органических молекул. Благодаря своему крупному фильтрующему аппарату, гигантские моллюски снабжают систему азотом и другими питательными веществами.
Качества гигантских моллюсков (одноклеточных водорослей)
- Они могут расти с высокой плотностью в жидкой культуре.
- Многие виды легко откладывают большую часть фотосинтезированного углерода во внутриклеточные капли масла, а не в сложные внеклеточные полимеры.
- Их эффективность сильно зависит от интенсивности света. Многие клетки испытывают слишком высокую плотность света, чтобы быть эффективными. В то время как некоторые из них испытывают слишком низкую интенсивность света, чтобы быть высокопродуктивными.
- Они обитают в мелководных коралловых рифах Индо-Тихоокеанского океана.
- Они нерестятся свободно, их личинки развиваются в толще воды и питаются фитопланктоном.
- После поглощения клеток водорослей они развиваются в маленьких моллюсков с фотосинтезирующими водорослями в тканях мантии.
- По мере роста одноклеточные водоросли размножаются и превращаются в ряд вертикальных столбчатых структур.
- Диаметр этих водорослевых столбиков составляет около 100 мкм, а расстояние между ними — 150 мкм.
Как моллюски светятся?
- Водоросли видны в тканях моллюсков под мантией и вокруг нее, а также на поверхностных иридоцитах, они выглядят насыщенно-черными.
- Эти рассеивающие свет вперед иридоциты становятся прозрачными при сильном направленном боковом освещении.
- Затем он выявляет плотно упакованные микроводоросли в столбчатых массивах.
- Этот массив виден в тканях мантии, что приводит к появлению насыщенно-черной мантийной ткани при верхнем освещении.
Приближение моллюска, наблюдаемое в экспериментальной модели
Раздувание и сдувание мантийной ткани является важной частью поведения моллюска и чаще всего наблюдается в виде вздрагивания в ответ на возмущение.
- В ярком свете, мантия должна быть относительно сдута. Радиальное расстояние между колоннами будет затронуто этим, и это увеличит фактор разбавления света и уменьшит параметр.
- В условиях слабого/тусклого освещения, для увеличения эффективного радиального расстояния между колоннами мантию следует раздуть. Это уменьшает разбавление света и увеличивает параметр.
Интересно, как технология управления потоком с нулевым энергопотреблением у морской губки может вдохновить на создание энергоэффективных конструкций.
Заключение
Численная модель точно воспроизвела явление многократного рассеяния в колонках со хаотично расположенными водорослями. Это демонстрирует сопоставимый уровень эффективности с более простой аналитической моделью. Это показывает, что существует возможное решение для повышения эффективности фотоэлектрических систем , но исследователям предстоит пройти долгий путь.
Все качества, предлагаемые модельной системой, позволяют проводить дальнейшие инженерные разработки и моделирование. Производительность крупной системы, составляющая 60 000 литров топлива на гектар в год, может быть превышена, если ее физические принципы аналогичны принципам работы гигантской двустворчатой моллюски.
Таким образом, исследователи приходят к выводу, что гигантские моллюски могут сделать солнечную энергию более эффективной, и экспериментальная модель считается полезным инструментом. Она может помочь в разработке будущих схем эффективного выращивания фотосинтетической биомассы. Вероятнее всего, она будет применима для производства водорослевого биотоплива. Кроме того, она может минимизировать использование земли для устойчивого сбора биомассы для любой органической фотоэлектрической системы или произвольной фотосинтетической системы.
