Гигантские моллюски и современные технологии. Что эффективнее?
Исследователи Йельского университета обнаружили, что гигантские моллюски, обитающие в западной части Тихого океана, являются уникальными фотосинтетическими структурами и обладают супервозможностями для рассеивания света.
Учёные считают, что эти представители океанической фауны могут послужить моделью для повышения эффективности современных солнечных панелей.
Это связано с тем, что гигантские моллюски имеют точную геометрию, в том числе динамические вертикальные колонны фотосинтетических рецепторов, которые покрыты тонким светорассеивающим слоем. Это и делает их самыми эффективными системами солнечной энергетики на Земле.
В новом исследовании, опубликованном в журнале PRX: Energy, группа учёных под руководством Элисон Суини представляет аналитическую модель для определения максимальной эффективности фотосинтетических систем на основе геометрии, движения и характеристик рассеивания света гигантских моллюсков. Это последнее из серии исследований лаборатории Суини, которые освещают биологические механизмы из естественного мира, которые могут вдохновить на создание новых устойчивых материалов и конструкций.
Моллюски фотосимбиотичны, на их поверхности растут вертикальные цилиндры одноклеточных водорослей. Водоросли поглощают солнечный свет после того, как свет рассеивается слоем клеток, называемых иридоцитами.
Исследователи говорят, что важны как геометрия водорослей, так и рассеивание света иридоцитами. Расположение водорослей в вертикальных колоннах, что делает их параллельными входящему свету, позволяет водорослям поглощать солнечный свет с наиболее эффективной скоростью. Это происходит потому, что солнечный свет фильтруется и рассеивается слоем иридоцитов, а затем свет равномерно окутывает каждый вертикальный цилиндр водоросли.
На основе геометрии гигантских моллюсков Суини и ее коллеги разработали модель для расчета квантовой эффективности — способности преобразовывать фотоны в электроны. Исследователи также учли колебания солнечного света, основанные на типичном дне в тропиках с восходом, полуденной интенсивностью солнца и закатом. Квантовая эффективность составила 42%.
Способность моллюсков передвигаться, растягиваясь и тем самым изменяя не только расстояния между коллонами, но и их размер (делая его короче и шире), повышает их квантовую эффективность до 67%.
Биологические механизмы поглощения и рассеивания солнечной энергии, обнаруженные у гигантских моллюсков, исследователи сравнили с поглощением и рассеиванием света в бореальных еловых лесах, окруженных коконами из облаков и тумана.
Исследователи уверены, что подобные природные примеры могут стать источником вдохновения и идей для создания более эффективных технологий устойчивой энергетики.
https://journals.aps.org/prxenergy/abstract/10.1103/PRXEnergy.3.023014
