Солнечная энергия, чистый возобновляемый ресурс, который может обеспечить энергией всю нашу планету, еще не полностью использована из-за проблем, связанных с ее эффективностью. Но если мы думаем, что исчерпали все возможности исследований по повышению эффективности солнечной энергии, мы совершенно ошибаемся.
В новом исследовании он провел Йельский университетЭксперты предполагают, что решение проблемы эффективности использования солнечной энергии может лежать под тропическими коралловыми рифами.
Помимо традиционного мышления, гигантские устрицы обладают, возможно, самой эффективной солнечной энергетической системой на Земле.
Разработчики солнечных панелей и биоперерабатывающих заводов могут кое-чему поучиться у гигантских блестящих моллюсков, обитающих возле тропических коралловых рифов, говорят исследователи.
«Многим людям кажется нелогичным, что устрицы живут при ярком солнечном свете, но на самом деле внутри они очень темные», — сказала Элисон Суини, доцент кафедры физики, экологии и эволюционной биологии Гарвардского университета. Колледж искусств и наук Йельского университета.
«Правда в том, что устрицы более эффективно преобразуют солнечную энергию, чем любая существующая технология солнечных панелей».
Гигантские моллюски имеют точную геометрию с динамическими столбчатыми столбцами фоторецепторов, покрытыми тонким светорассеивающим слоем.
В недавно опубликованном исследовании исследовательская группа представила аналитическую модель для определения максимальной эффективности фотосинтетических систем, основанную на геометрии, движении и свойствах светорассеяния гигантских моллюсков.
Это исследование является последним в серии исследований, проводимых Лабораторией Суини, которые проливают свет на биологические механизмы мира природы, которые могут вдохновить на создание новых экологически чистых материалов и конструкций.
Исследователи сосредоточили особое внимание на удивительном потенциале солнечной энергии, которым обладают гигантские мерцающие моллюски, обитающие на мелководье Палау в западной части Тихого океана.
Уникальная адаптация устриц заключается в том, что на их поверхности растут вертикальные цилиндры одноклеточных водорослей, которые активно поглощают солнечный свет после его рассеивания слоем клеток, называемых иридоцитами.
То, как работают устрицы, одновременно привлекательно и полезно. Размещение водорослей в вертикальных колоннах параллельно падающему свету позволяет водорослям поглощать солнечный свет с максимальной эффективностью.
Этому процессу способствует рассеяние света иридоцитами, обеспечивающее равномерное распределение вокруг каждого вертикального водорослевого цилиндра.
Основываясь на геометрии гигантского моллюска, Суини и ее коллеги разработали модель для расчета квантовой эффективности — способности превращать фотоны в электроны.
Исследователи также учли колебания солнечного света, исходя из типичного дня в тропиках с восходом солнца, интенсивностью полуденного солнца и закатом. Количественная эффективность составила 42%.
Но затем исследователи добавили новую деталь: то, как гигантские моллюски расширяются в ответ на изменения солнечного света.
«Устрицы движутся и движутся в течение дня. Это расширение отодвигает вертикальные колонны друг от друга, фактически делая их короче и шире», — сказал Суини.
Благодаря этой новой информации квантовая эффективность модели устрицы подскочила до 67%. Для сравнения, квантовая эффективность системы зеленых листьев в тропической среде составляет всего около 14%, сказал Суини.
По мнению исследователей, интересное сравнение было бы с северными еловыми лесами.
Эти бореальные еловые леса, окруженные меняющимися слоями тумана и облаков, имеют общую геометрию и механизмы рассеяния света, аналогичные механизмам гигантских устриц, но в гораздо большем масштабе, и их квантовая эффективность почти идентична.
«Один из уроков этого заключается в том, насколько важно учитывать биоразнообразие в больших масштабах», — сказал Суини. «Мы с коллегами продолжаем проводить мозговой штурм в других местах на Земле, где может возникнуть такой уровень солнечной эффективности. осознать, что мы не можем изучать биоразнообразие, кроме тех случаев, когда оно сохраняется.
«Мы в большом долгу перед народом Палау, который придает жизненно важную культурную ценность своим устрицам и коралловым рифам и работает над тем, чтобы сохранить их здоровье».
Такие примеры могут вдохновить и дать представление о более эффективных технологиях устойчивой энергетики.
«Можно представить себе новое поколение солнечных панелей, выращенных из водорослей, или недорогих пластиковых солнечных панелей, изготовленных из растягивающегося материала», — сказал Суини.
Исследование опубликовано в журнале БРКС Энергия
———
Вам понравилось то, что вы прочитали? Подпишитесь на нашу рассылку, чтобы получать интересные статьи, эксклюзивный контент и последние обновления.
Познакомьтесь с нами в EarthSnap, бесплатном приложении, созданном Эриком Раллсом и Earth.com.
———
