Kovamoszatoktól tanulnak a napelem gyártók

A kovamoszat tippet adott

Egy új tanulmány feltárta, hogy a kovamoszat üvegszerű héja hogyan segíti ezeket a mikroszkopikus méretű szervezeteket a fotoszintézisben gyenge fényviszonyok között.

A fitoplanktonok hatékony fénygyűjtési módszerének megértése hatékonyabb napelemek, és optikai alkatrészek gyártásához vezethet.

Santiago Bernal, a kanadai McGill Egyetem kutatója elmondta, hogy az általunk kifejlesztett számítási modell és eszközkészlet megnyithatja az utat a tömegesen gyártható, fenntartható optikai eszközök és a kovamoszaton alapuló hatékonyabb fénygyűjtő technológia felé. Ez nagy előrelépés a tiszta energia előállításának megfizethetőbb módjaihoz.
A kovaalgák egysejtű szervezetek, amelyek a legtöbb vízben megtalálhatók. A héjukat lyukak borítják, amelyek méretüktől, és pozíciójuktól függően eltérően reagálnak a fényre. Az Optical Materials Express című folyóiratban a kutatók a McGill Egyetem David V. Plant és Mark Andrews vezetésével elemezték, hogyan reagálnak a héj különböző részei a napfényre, és hogyan kapcsolódik ez a reakció a fotoszintézishez.

A mikroszkópia és a szimuláció kombinálása

A kovamoszatok évmilliók óta fejlődnek, és ez idő alatt nagyon jól alkalmazkodtak ahhoz, hogy bármilyen vízi környezetben fennmaradjanak. A héjuk is fejlődött, amely több részből áll, és ezek együttműködnek a napfény begyűjtése érdekében. A kovamoszatok optikai válaszának tanulmányozásához a kutatók számítógépes optikai szimulációkat kombináltak számos mikroszkópos technikával.
A kutatók azzal kezdték, hogy négy nagy felbontású mikroszkópos technikával leképezték a kovamoszat küldő részének a felépítését. Ezután ezeket a képeket használták fel egy sor modellhez, amelyeket azért építettek, hogy 3D szimulációkkal elemezzék a moszat héjának egyes részeinek működését.
Ezekkel a szimulációkkal a kutatók megvizsgálták, hogy a különböző színű napfény hogyan lép kölcsönhatásba a héjszerkezetekkel, és három elsődleges napenergia-begyűjtési mechanizmust azonosítottak: befogást, újraelosztást és visszatartást. Ez a megközelítés lehetővé tette számukra, hogy megismerjék, hogyan működik a kovamoszat héj fotoszintézist elősegítő módon.

A fotoszintézis fokozása

A tanulmány feltárta, hogy azok a hullámhosszok, amelyekkel a héj kölcsönhatásba lép, egybeesnek a fotoszintézis során elnyelt hullámhosszakkal, ami arra utal, hogy a héj úgy fejlődhetett, hogy segítsen rögzíteni a napfényt. A kutatók azt is megállapították, hogy a kovamoszat héj egyes részei újra eloszthatják a fényt, mielőtt azt elnyeli a sejt. Ez arra utal, hogy a héj úgy alakult ki, hogy maximalizálja a sejt környezeti fénynek való kitettségét.

Eredményeik azt is mutatták, hogy a fény elég hosszú ideig kering a kovamoszat héj rétegei között ahhoz, hogy elősegítse a fotoszintézist a magas megvilágításról az alacsony megvilágításra való átmenet időszakaiban.

Az új modell lehetővé teheti a különböző hullámhosszúságú fényt gyűjtő kovaalgák tenyésztését, lehetővé téve azok egyedi alkalmazásokhoz való testreszabását.
„Ezek a kovamoszat fénygyűjtő mechanizmusok felhasználhatók a napelemek elnyelésének javítására azzal, hogy lehetővé teszik a napfény több szögből történő összegyűjtését, ezáltal részben megszüntetve a panel függőségét a közvetlen napfénytől” – mondta Bernal.
A kutatók most azon dolgoznak, hogy finomítsák modelljüket, és azt tervezik, hogy új eszköztárukat más kovamoszat fajok tanulmányozására is alkalmazzák.