Musslor har en livslängd på 100 år eller mer och deras ljusa färger är resultatet av levande alger i deras kroppar. Intressant! Dessa otroliga varelser är fyllda med unika egenskaper och ett tillägg till dem kom med ett nyligen genomfört experiment. Forskare upptäckte att gigantiska musslor kan göra solenergin mer effektiv.
Fotosymbiotiska jättemusslor har vertikala kolonner av encelliga alger som absorberar solljus. De har framåtriktade ljusspridande celler som kallas iridocyter. Inspirerade av den geometri som observerats hos musslorna har forskare skapat en analytisk modell. Den kan beräkna systemets prestanda enligt ett system med liknande geometri som musslor.
Höjdpunkter: Jättemusslor kan göra solenergi effektivare experiment
- I intensivt tropiskt solljus, den kvanteffektivitet av musslor kan nå upp till 43 % i förhållande till soltillgången.
- Musslor använder en fast geometri för ljusutspädningsstrategi.
- Det är möjligt att musslans soltransformatorgeometri kan vara användbar för solenergiomvandling.
- Med en enkel fysisk modell försöker forskare förstå sambandet mellan den utvecklade vävnadsstrukturen hos musslor och optimeringen av solresurseffektiviteten.
- 67 % fotosyntetisk ljusanvändningseffektivitet under naturligt tropiskt ljus uppnåddes av systemmodellen.
Forskare studerade den fotosyntetiska effektiviteten hos ett komplext biologiskt system. Det inkluderar symbiotiska jättemusslor som är värd för encelliga alger i sina vävnader. En enkel modell av en soltransformator framställdes på samma logik som för dessa musslor.
Denna modell uppnådde en fotosyntetisk ljusutnyttjandegrad på cirka 67 % i naturligt tropiskt ljus. Det är möjligt att levande musslor kan överträffa denna effektivitet enligt ytterligare mekanismer som forskarna förklarar. Enligt detta är det möjligt att designa ett hållbart biomassasystem med intensivt naturligt solljus för att generera förnybar energi.
Odlar encelliga alger
Den moderna ekonomin bygger på fotosyntetiska produkter samlade över geologisk tid. För att samla in storskaliga mängder icke-fossila flytande bränslen och kemiska råvaror i industriell skala, odlas encelliga alger.
Tillämplig för effektiv solenergikonvertering
Generellt ökar effektiviteten av biologisk fotosyntes med minskande flöde. Det är möjligt att musslans soltransformatorgeometri kan vara användbar för solenergiomvandling.
Musslors belysning och tillämpning i den verkliga världen
Internt artificiellt ljus kan leda till högre produktivitet per cell och system. Dessa leder dock till höga elräkningar i förhållande till att använda omgivande solljus som energikälla.
Om experimentet
Demonstrationen är också baserad på en omanalys av experimentella data från en artikel från 1985. Den hjälper till att visa att stora musslor fotosyntetiserar med nästan perfekta hastigheter i det initiala syreutvecklingssteget av fotosyntesen.
För att förklara den oöverträffade effektiviteten som uppnåtts av dessa musslor utvecklades en enkel fysisk modell för ljusspridning och fotokonvertering.
Syftet med experimentet
Forskare vill förstå rimligheten av storskaliga resurseffektiviteter för fotosyntes i soltransformatordesignen . Därför har de utvecklat ett enkelt ramverk för detta. För att undersöka hur ljuseffektiva ytbehandlande system för algodling i omgivande solljus kan vara. För detta beaktades jättemusslor (släktet Tridacna ).
The Experiment: Hur kan musslor förbättra förnybar effektivitet
Musslasystemet presenterades som en vertikalt orienterad cylinder.
- Längs den inre vertikala väggen omfördelades ljus som inföll på horisontens cirkulära toppyta likformigt.
- Den isolerade utspädda suspensionen av alger från en jättemussla användes på cylinderns väggar för att utföra fotosyntes-bestrålningsbeteende.
- Denna inställning hjälper till att utforska resurseffektivitet genom att använda parametern för O2-utvecklingshastigheten per område under en dag.
Utvärdera prestandan av enkel modell
För detta jämfördes det cylindriska systemets prestanda med ett annat system, som var lika i storlek och samma antal algceller. Den enda skillnaden var arrangemanget av alger i hela volymen.
Har du hört att melanin från bläckfiskbläck visar potential som en hållbar biomassaresurs?
Effekter av multipel spridning Fenomen som används av musslor
För att utforska detta jämfördes den enkla analytiska modellen med en ljusspridande numerisk modell av en realistisk modell. Den modellen har diskreta realistiska cellpositioner och geometrisystemet som var alltför likt musslsystemet.
Poäng upptäckt: Bättre energieffektivitet med gigantiska musslor
För att uppnå 70 % kvanteffektivitet kan geometrin hos ett enkelt cylindersystem moduleras med ljusintensiteten. Detta kan göras via mantelvävnadens uppblåsnings- och deflationscykler. Vilket ytterligare orsakar expansion och sammandragning av den effektiva cylinderradien med ljusintensiteten. Således kan systemet effektivt utvinna solenergi.
Om jättemusslor
De är symbiotiska encelliga alger från dinoflagellatsläktet Symbiodinium. Här utför alger som lever i mantelvävnaden fotosyntes och bidrar med energi till värden. Den tillförda energin kommer i form av små organiska molekyler. Med sin stora filtermatningsapparat förser jättemusslor systemet med kväve och andra näringsämnen.
Egenskaper hos jättemusslor (encelliga alger)
- De kan växa med höga tätheter i flytande kultur.
- Många arter deponerar lätt det mesta av det fotosyntetiserade kolet i intracellulära oljedroppar snarare än i komplexa extracellulära polymerer.
- Deras effektivitet är starkt beroende av ljusets intensitet. Många celler upplever för hög ljusdensitet för att vara effektiva. Medan flera av dem upplever för låg ljusintensitet för att vara högproduktiv.
- De lever i hela Indo-Stillahavshaven i grunda korallrevsmiljöer.
- De leker fritt, och deras larver utvecklas i vattenpelaren och livnär sig på växtplankton.
- De utvecklas till små musslor med fotosyntetiska alger i sin mantelvävnad efter att ha fått i sig algceller.
- När de växer förökar sig encelliga alger och utvecklas till en rad vertikala pelarstrukturer.
- Diametern på dessa algpelare är cirka 100 µm och 150 µm i avstånd.
Hur musslor lyser?
- Alger är synliga i musselvävnad under och runt deras mantelvävnader och ytliga iridocyter, och verkar mättade svarta.
- Dessa framåtspridande iridocyter blir genomskinliga under stark riktad sidobelysning.
- Den avslöjar sedan tätt packade mikroalger i kolumnära arrayer.
- Denna grupp är synlig i mantelvävnaderna, vilket leder till uppkomsten av mättad svart mantelvävnad som finns under belysning ovanför.
Musslans tillvägagångssätt observerad i den experimenterade modellen
Mantelvävnadens uppblåsning och tömning är en viktig del av musslans beteende, vilket mestadels observeras i ett vingligt svar på störningar.
- I högt ljus, manteln bör tömmas relativt. Radiellt avstånd mellan kolumner kommer att påverkas av detta och det kommer att öka ljusutspädningsfaktorn och minska parametern.
- I svagt/svagt ljus, för att öka det effektiva radiella kolumnavståndet, bör manteln blåsas upp. Detta minskar ljusutspädningen och ökar parametern.
Det är intressant hur havssvampens nollenergiflödeskontroll kan inspirera till energieffektiva designer.
Slutsats
Den numeriska modellen fångade korrekt fenomenet med multipel spridning i kolumner med slumpmässigt organiserade alger. Detta visar en jämförbar effektivitetsnivå med den enklare analytiska modellen. Den visar att det finns en möjlig lösning för att öka effektiviteten hos PV- system , men forskarna måste täcka en lång väg.
Alla egenskaper som modellsystemet erbjuder är mottagliga för vidare konstruktion och modellering. Produktiviteten på 60 000 liter bränsle per hektar och år i ett stort system kan överträffas om dess fysikaliska principer liknar den jättelika musslan.
Således drar forskarna slutsatsen att jättemusslor kan göra solenergin mer effektiv, och den experimentella modellen anses vara ett användbart verktyg. Det kan hjälpa till att utforma framtida system för effektiv fotosyntetisk biomassaodling. Med största sannolikhet kommer den att vara användbar för produktion av algbiobränslen. Det kan också minimera markanvändningen för hållbar skörd av biomassa för alla organiska PV eller godtyckliga fotosyntetiska system.
Källa : Enkel mekanism för optimal ljusanvändningseffektivitet vid fotosyntes inspirerad av jättemusslor
