מחקר פורץ דרך מדגים שמפעלים יכולים לייצר חשמל המשתנה בהתאם למקצבים הצירקדיים שלהם, מה שפותח אפשרויות חדשות לייצור אנרגיה בר-קיימא מבחינה סביבתית. קרדיט: Aniruddha Guha, ערוך
מחקר חדש גילה כי המערכות ההידראוליות של צמחים מייצרות פוטנציאל חשמלי זורם בסנכרון עם המקצבים הצירקדיים שלהם, ומציגות הזדמנויות חדשניות לייצור אנרגיה בר קיימא.
כאשר צמחים שואבים מים משורשיהם כדי להזין את הגבעולים והעלים שלהם, הם מייצרים פוטנציאל חשמלי שניתן לנצל אותו כמקור אנרגיה מתחדש. עם זאת, כמו כל היצורים החיים, הצמחים כפופים לקצב צירקדי – השעון הביולוגי שעובר במחזורי יום ולילה ומשפיע על תהליכים ביולוגיים. בצמחים, מחזור יומי זה כולל לכידת אנרגיית אור עבור פוטוסינתזה וספיגת מים וחומרי הזנה מהאדמה במהלך היום, והאטת תהליכי צמיחתה בלילה.
למד תובנות על פוטנציאל חשמלי בצמחים
במחקר חדש שפורסם השבוע ב פיזיקה של נוזליםמאת AIP Publishing, החוקרים מהמכון ההודי לטכנולוגיה Kharagpur פירטו כיצד תהליכים ביולוגיים מייצרים מתח בצמחים ואת ההשפעה של שינויי היום והלילה המחזוריים על מתח זה.
"פוטנציאל הזרימה הזה, בעצם תוצאה של האנרגיה הטבעית שנאספה במפעל, מציע מקור אנרגיה מתחדש שהוא רציף ויכול להיות בר קיימא לאורך תקופות ארוכות", אמר הסופר סומן צ'קרבורטי. "השאלה שרצינו לענות עליה הייתה כמה פוטנציאל הוא יכול לייצר, וכיצד מושפע הפוטנציאל החשמלי מהשעון הביולוגי של הצמח?"
הידראוליקה של צמחים מניעה את התהליך הביולוגי המעביר נוזלים משורשים לגבעולים ועלים של צמחים, תוך יצירת פוטנציאל חשמלי זורם, או מתח, בתהליך. מחקר זה בחן מקרוב את ההבדלים במתח הנגרמים מריכוזי היונים, סוגי היונים וה-pH של הצמחים הנוזלים המובילים, תוך קשירת שינויי המתח לקצב הצירקדי של הצמח הגורם להתאמות ביום ובלילה. לדברי המחברים, ניתן היה לרתום את יצירת המתח המחזורית העקבית הזו כמקור אנרגיה. קרדיט: Aniruddha Guha
מתודולוגיה ותגליות
כדי לברר, המחברים הכניסו אלקטרודות לגבעולים של יקינתוני מים וחיברו מאגרים עם אלקטרודות לחתיכות של במבוק בר מזל כדי לבחון מקרוב כיצד הפוטנציאל החשמלי משתנה בהתאם לסוגי היונים, ריכוז היונים וה-pH של הנוזל הזורם דרך הצמחים. .
"רגע האאוריקה שלנו היה כשהניסויים הראשונים שלנו הראו שאפשר לייצר חשמל בקצב מחזורי ואת הקישור המדויק בין זה לבין הקצב היומי המובנה של הצמח", אמר צ'קרבורטי. "יכולנו להצביע בדיוק כיצד זה קשור לשאיבת מים וליונים שהצמח נושא באמצעות עליית מוהל."
המחקר כימת את תגובת המתח שמקורה בתנועת יונים דרך מסלולי הצמח המתיישרים באופן ייחודי עם המקצבים היומיומיים של הצמח.
פוטנציאל לקצירת אנרגיה בת קיימא
המחברים גילו שצמחים יכולים למתן באופן פעיל את זרימת הנוזל או המוהל בסנכרון עם מחזורי היום והלילה. הם גם מצאו שפוטנציאל הזרימה החשמלית עולה עם ירידה בריכוז של יונים או עלייה ב-pH בנוזל.
"לא רק שגילינו מחדש את הקצב החשמלי של המפעל, ניסחנו אותו במונחים של מתחים וזרמים, אלא גם סיפקנו תובנות לגבי פוטנציאל ניצול תפוקת חשמל ממפעלים באופן בר קיימא ללא השפעה סביבתית וללא הפרעה למערכת האקולוגית", אמר צ'קרבורטי. .
"הממצאים יכולים לסייע בפיתוח מערכות ביומימטיות בהשראת הטבע שיכולות להתמודד עם משבר האנרגיה העולמי עם פתרון ידידותי לסביבה ובת קיימא שבו שתילת עץ לא רק מקלה על המשברים של שינויי אקלים וירידה באיכות הסביבה, אלא גם מספקת דרך. לרתום ממנו חשמל".
