Има какво да научат конструкторите на соларни панели от гигантските миди в тропическите коралови рифове.
Специфичната геометрия на огромните миди тридакна ги е превърнала в най-ефективните системи за слънчева енергия на Земята, благодарение на прецизната им конструкция от динамични, вертикални колони от фотосинтетични рецептори, покрити с тънък, разпръскващ светлина слой.
"Може да е контраинтуитивно за много хора, защото мидите работят на интензивна слънчева светлина, но всъщност са наистина тъмни отвътре", разказва Алисън Суини (Alison Sweeney), доцент по физика и екология и еволюционна биология в университета Йейл. "Истината е, че мидите са по-ефективни при преобразуването на слънчевата енергия от всяка съществуваща технология за слънчеви панели."
В проучването, публикувано наскоро в списанието PRX: Energy, изследователският екип на Суини въвежда аналитичен модел, който изчислява максималната ефективност на фотосинтетичните системи. Този модел се основава на геометричните свойства, свойствата на движението и разсейването на светлината на гигантските миди.
Проучването е част от поредица изследователски проекти от лабораторията на Суини, които изследват естествените биологични процеси с потенциал да вдъхновят устойчиви материали и конструкции.
В този случай учените се фокусират върху изследването на забележителните възможности за слънчева енергия на гигантските миди, открити в плитките води на Палау в западния Пасифик.
Гигантска мида. Кредит: Wikimedia Commons
Мидите имат фотосимбиотична връзка, като на повърхността им растат вертикални едноклетъчни цилиндри от водорасли. Тези водорасли абсорбират слънчевата светлина, разпръсната от слой клетки иридоцити, пълни с преливащи се кристали от гуанин.
Според изследователите както подреждането на водораслите, така и разсейването на светлината от иридоцитите са от решаващо значение. Вертикалното подравняване на водораслите в колони им позволява да абсорбират слънчевата светлина ефективно, защото са успоредни на входящата светлина. Тази ефективност се постига, защото слънчевата светлина се филтрира и разпръсква от иридоцитния слой, което позволява на светлината да обвива равномерно всеки вертикален цилиндър от водорасли.
Суини и нейният екип са създали изчислителен модел за квантова ефективност, базиран на геометрията на гигантските миди, който измерва превръщането на фотони в електрони. Те вземат предвид вариациите на слънчевата светлина, типични за тропически ден, включително силата на слънцето по изгрев, по обяд и залез. Изчислената квантова ефективност е 42%.
Изследователите въвеждат и допълнителен елемент: поведението на гигантските миди, докато се разширяват и свиват в отговор на промените в слънчевата светлина.
"Мидите обичат да се движат и да се ровят през целия ден", разказва Суини. "Това разтягане раздалечава вертикалните колони, което ги прави по-къси и по-широки."
Квантовата ефективност на модела на мидата се увеличава до 67% с новата информация. Суини отбелязва, че в тропическа среда квантовата ефективност на система със зелени листа е приблизително 14%.
 (а) Структурите на колоните в тъканта на мидата на скали на дължина от десетки микрометри. (b) Въздушна снимка на смърчови дървета в бореална гора силно наподобява колонните структури в мидата в различен мащаб на дължина. Кредит: Amanda L. Holt et al. |
Проучването предлага интересно сравнение със северните смърчови гори. Изследователите посочват, че бореалните смърчови гори, които са заобиколени от променливи слоеве мъгла и облаци, имат геометрия и механизми за разпръскване на светлина, подобни на гигантски миди, но в много по-голям мащаб. Освен това тяхната квантова ефективност е почти идентична.
"Един урок от това е колко важно е да се вземе предвид биоразнообразието, като цяло“, коментира Суини. "Моите колеги и аз продължаваме да обмисляме къде другаде на Земята може да се случи това ниво на слънчева ефективност. Също така е важно да признаем, че можем да изучаваме биоразнообразието само на места, където то се поддържа."
Защо гигантските миди са перфектни в слънчевата енергия
"Благодарни сме на жителите на Палау, които придават жизненоважна културна стойност на своите миди и рифове и работят,за да ги поддържат в непокътнато здраве", допълва изследователката.
Новото проучване може да послужи като вдъхновение и да предостави ценна информация за подобряване на ефективността на соларната енергийна технология.
"Човек може да си представи ново поколение слънчеви панели, които отглеждат водорасли или евтини пластмасови слънчеви панели, които са направени от разтеглив материал", коментира Суини.
Справка: Amanda L. Holt, Lincoln F. Rehm, and Alison M. Sweeney. Simple Mechanism for Optimal Light-Use Efficiency of Photosynthesis Inspired by Giant Clams. PRX Energy, 2024; DOI: 10.1103/PRXEnergy.3.023014
Източник: Giant clams may be the most efficient solar energy system on the planet, ТechЕxplorist
Още по темата
Земята
Какви са възможностите за енергийно обновяване на многофамилни жилищни сгради?
Земята
Възобновяема енергия у дома и към мрежата: какво трябва да знаем?
Технологии
Възобновяема енергия у дома: какво трябва да знаем?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари