Hoe weekdieren ons kunnen helpen efficiëntere zonnepanelen te ontwerpen

Reuzenschelpen zijn de grootste weekdieren TweekleppigenTweekleppigen Wat wetenschappers weten. Het wordt met uitsterven bedreigd. Maar dit is niet de reden waarom onderzoekers van Yale University (VS) erin geïnteresseerd zijn. Maar hopelijk leren we meer over hoe deze verbazingwekkende schelpdieren zonlicht omzetten in nuttige energie. Uiteindelijk efficiënter dan welke bestaande zonnepaneeltechnologie dan ook.

Het team heeft al een reeks werkzaamheden uitgevoerd om licht te werpen op biologische mechanismen die nieuwe en duurzamere materialen zouden kunnen inspireren. In het tijdschrift PRX: EnergieDeze keer vertellen onderzoekers hoe ze het indrukwekkende potentieel hebben bestudeerd om zonne-energie te benutten van gigantische, iriserende mosselen in de ondiepe wateren van Palau, in de westelijke Stille Oceaan.

Het geheim van gigantische oesters is het benutten van zonlicht

Bedenk dat reuzenschelpen wat onderzoekers fotosynthese noemen. Begrijp dat om ervoor te zorgen dat het energie uit zonlicht produceert, het in symbiose leeft met een ander organisme. In dit geval verzamelen de eencellige algen zich tot verticale cilinders die op het oppervlak van de oester groeien. deze AlgenAlgen Zonlicht wordt geabsorbeerd nadat het is verstrooid door een laag cellen die iriscellen worden genoemd. De zuilvormige, verticale opstelling van deze algen lijkt ervoor te zorgen dat ze zonlicht op de meest efficiënte manier kunnen absorberen. Eenmaal gefilterd en verspreid door de iriscellaag, wikkelt het licht zich gelijkmatig rond elke cilinder van de algen.

Op basis van de geometrie van de reuzenschelp ontwikkelden de onderzoekers een model om de efficiëntie te berekenen waarmee elk foton wordt omgezet in een foton. ElektronElektron. Een model dat ook rekening houdt met lichtschommelingen gedurende de dag Tropische gebiedenTropische gebieden. Resultaat: 42%. Maar het is niet slecht als we weten dat het effectief is ThemaThema Van de groene bladeren slechts ongeveer 14%.

Verbeter de efficiëntie van zonnepanelen

Wat zelfs nog interessanter is, is dat toen ze een specifieke eigenschap van reuzenschelpen in hun model verwerkten, het aantal steeg naar… 67%! De eigenaardigheid in kwestie: de manier waarop de oester uitzet als reactie op veranderingen in het zonlicht, waardoor de algenkolommen vrij kort en kwetsbaar zijn. Onderzoekers stellen dat dit fenomeen ook is waargenomen Noordelijke bossenNoordelijke bossen Dennenboom. Met zijn fluctuerende lagen mistmist En gebaseerd op wolkenwolkenZe delen geometrische vormen en hun mechanismen SpreidingSpreiding Licht vergelijkbaar met dat van reuzenschelpen, maar op veel grotere schaal. Hun effectiviteit blijkt vrijwel identiek te zijn.

Hoe kunnen deze resultaten worden toegepast op de productie van hernieuwbare elektriciteit? Door een nieuwe generatie zonnepanelen voor te stellen, inclusief algen of materialen die van vorm veranderen als reactie op zonlicht. Want het rendement van onze fotovoltaïsche panelen overschrijdt vandaag amper 20%!

De verbazingwekkende zonne-energiecentrale in Benier

Een van de grootste NaaktslakkenNaaktslakken In de wereld kunnen tridacnes (kokkels is hun gewone naam) zonlicht diep in hun weefsels reflecteren ten behoeve van de fotosynthetische algen die ze huisvesten en die ze voeden. Het geheim van deze tweekleppigen: iriserende cellen en een specifieke ruimtelijke organisatie.

Artikel vanAndrea HoggAndrea Hogggepubliceerd op 10/11/2014

De elektrisch blauwe kleur van oestervlees trekt de ogen van duikers, maar vooral het zonlicht. In feite is de jasjas Deze tweekleppige weekdieren bevatten levende iriscellen die ‘iridocyten’ worden genoemd. Deze reflecteren het zonlicht in het dier naar symbiotische algen, zoals blijkt uit een onderzoek dat in het tijdschrift is gepubliceerd Tijdschrift van de Royal Society Interface.

Miljoenen algen profiteren daarom van zonne-energie, die nodig is voor de fotosyntheseactiviteit om organisch materiaal te produceren. Vervolgens laten ze ze vrij aan hun gastheer VoedingsstoffenVoedingsstoffen Waar het dier zich mee voedt. Kortom, deze tweekleppige weekdieren zijn uitgerust met een eigen zonne-energiesysteem waarin de iridocyten als visuele stimuli fungeren.

Om deze hypothese te verifiëren, hebben Amanda Holt en haar team, van de Universiteit van Californië, Santa Barbara, in de Verenigde Staten, gemeten met behulp van een sonde in… GlasvezelGlasvezel De hoeveelheid zonlicht in drie ClassificerenClassificeren (Ze wil dat we les krijgen, Maximale T. En T. Crosia)) Tijdens een reis naar Palau, een land gelegen in Oceanië ten oosten van de Filippijnen.

Het tweekleppige model kan worden gebruikt om technologische processen te verbeteren

Het resultaat: de fotonenflux is vijf keer hoger dan bij tweekleppige weekdieren zonder iriserende cellen. Bovendien reflecteren de mantelcellen het zonlicht zacht en gelijkmatig naar de diepere weefsels van het dier, waardoor de algen worden beschermd tegen mogelijke brandwonden.

Ten slotte zijn deze laatste op een verbazingwekkende manier gemaakt door ze op elkaar te stapelen om kolommen te vormen. Dankzij de zijdelingse reflectie van licht worden ze allemaal voorzien van fotonen. daar kleurkleur De mantel wordt als volgt uitgelegd: hij reflecteert de nutteloze golven van fotosynthese (groen en geel) en verspreidt de nuttige golven (rood en blauw) in diepere weefsels.

Volgens de auteurs van het onderzoek zou dit zeer efficiënte 3D-biogebaseerde systeem het ontwerp van meer fotovoltaïsche materialen kunnen inspireren. stevigstevig En effectief. Het kan ook worden gebruikt in algenproductieprocessen om algen te produceren BiobrandstoffenBiobrandstoffenOf voedingsmiddelen of chemicaliën.