A fotoszintézis hatékonyságát
A fotoszintézis hatékonyságát - az aránya a fény energia alakul át kémiai organizmusok a folyamat a fotoszintézis. A fotoszintézis lehet leegyszerűsítve által leírt kémiai reakció
ahol C6 H12 O6 - glükózt (amelyet ezt követően átalakul más cellulóz-cukrok, lignin, stb ...). Az érték a fotoszintetikus termelékenység attól függ, mit értünk a fény energiáját, hogy vegyék figyelembe, ha az összes elnyelt fény és milyen könnyű ez világos (lásd. Fotoszintetikusan aktív sugárzás). Ez megköveteli, nyolc (talán 10 vagy több [1]) fotonokat rögzítésére egy CO2-molekula. Gibbs energia-átalakító egy mól CO2 glükóz 114 kcal. miközben nyolc mol fotonok hullámhosszának 600nm tartalmaz 381 kcal, így eddig hatékonysága 30% [2]. Azonban, csak a fény a tartományban hatékonyan lehet használni a fotoszintézis a 400-720 nm. Az igazi napfény esik ebbe a terület 45% -át a sugárzás, így a maximális elméleti hatásfoka napenergia átalakítás mintegy 11%. A valóságban azonban a növények nem elnyelni a beérkező napfény (mivel a reflexió, a légzés és szükség optimális napsugárzás), és lefordítja az összes összegyűjtött energiát a biomassza. így összesen fotoszintetikus termelékenység 3-6% a teljes napsugárzás [1]. Ha a fotoszintézis nem hatékony, szükség van annak, hogy megszabaduljunk a felesleges energiát, hogy ne sérüljenek a fotoszintetikus apparátus. Jellemzően, az ilyen energia a hőként eltűnt (nem-fotokémiai kioltás) vagy hasonló emittált fluoreszcencia a klorofill.
A következőkben a elemzését energia a fotoszintézis [6]:
Mivel a napenergia beeső fényt a lemez, 47% elveszett energia, mivel része Fotov kívül egy sor 400-700 nm (feltételezve, hogy a klorofill elnyeli fotonok 400 és 700 nm, a hatásfok 100%) 30% elvész miatt hiányos kloroplasztisz foton abszorpciós, reflexiós vagy felszívódását más komponensek a sejtek 24% -a az elnyelt energia miatt elvész az energia átvitelét rövidhullámú fotonok és 700 nm használunk 68% energia elvész a glükóz D-glükóz fogyasztott 35-45% levél sorokban folyamatokban Haniyeh és fotorespiráció.
Más szavakkal, a 100% → biológiailag hozzáférhető napfény sugárzás (400-700 nm) 53% és 47% a fennmaradó sugárzás nem használják → 30% a fotonok elvesznek miatt hiányos felszívódása 37% (fotonok elnyelt energia) → 24% elveszett az átvitel során a komplex antennára energia szintjét a 700 nm-en, így 28,2% a fényenergia által összegyűjtött klorofill → 32% alakult át ATP-t és NADPH, majd a D-glükóz, így 9% (cukor) → elfogyasztott 35-40% cukrot elhagyja a légzés során és fotorespiráció, 5,4% -os energia megy a nettó növekedése a biomassza.
Sok növény töltik a legtöbb megmaradt energiát gyökér növekedését. A legtöbb növény készletet
0,25% és 0,5% -os energia a napfény a biomassza formájában (kukoricaszem, burgonyakeményítő, stb). Az egyetlen kivétel a cukornád, amely képes tárolni akár 8% a napenergia.
Ez az arány a fotoszintézis lineárisan nő a fény intenzitása, de fokozatosan telítődik. Ha világít a több mint 10.000 lux vagy
100 W / m2-es megszűnik növekedés a fotoszintézis. Így, a legtöbb növény csak használni
10% a teljes intenzitása a déli fény [6]. Azonban a vad növények (szemben a laboratóriumi minták) sok a felesleges, véletlenszerűen orientált levelek. Ez lehetővé teszi, hogy az átlagos fényerősség mindegyik lap jelentősen elmarad a szint a csúcs fény délben, amely lehetővé teszi, hogy a növény eléri a közel a várt eredményeket a laboratóriumi vizsgálatok viszonylag korlátozott megvilágítás.
Csak akkor, ha a fény intenzitása meghalad egy bizonyos értéket, az úgynevezett kompenzáció pontot. növények elnyelik több szén-dioxidot, mint bocsátanak ki eredményeként a sejtlégzést.
fotoszintézis mérési rendszer nem tudja közvetlenül mérni az összeg által elnyelt fény a levél. Azonban a válasz görbék a fény, mérhető és épít, lehetővé teszi, hogy összehasonlítsa a fotoszintézis hatékonyságát a különböző növények.
Algák és más egysejtű organizmusok
világ figurák
A tanulmány szerint a fent említett, a teljes fotoszintetikus termelékenység a föld
1500-2250 terawatt vagy exajoule 47,300-71,000 évente. Tekintettel arra, hogy a napsugárzás ereje eléri a Föld felszíne terravat 178 000 [7]. A teljes fotoszintézis hatékonyságát a bolygó között 0,84% és 1,26% (lásd. még a hő egyensúlyt a Földön).
Hatékonysága különböző haszonnövények a bioüzemanyag
Egy tipikus nyersanyagként bioüzemanyag növényi pálmaolaj. szójabab. ricinusolaj. napraforgóolaj. pórsáfrányolaj. etanol, a kukorica-etanol cukornádból.
Elemzés a olajpálma ültetvényeken Hawaiian állította, hogy képes egy-egy kimeneti 600 gallon biodízel hektáronként évente, amely 2835 watt per acre, vagy 0,7 W / m 2 [8]. Normál szintű megvilágítási Hawaii 5,5 kWh / (m 2 nap) vagy 230 watt [9]. Egy adott pálmaolaj-ültetvények, ha ez tényleg így 600 gallon biodízel hektáronként évente, ez azt jelenti, hogy át fogja alakítani 0,3% a beeső napenergia üzemanyag.
Hasonlítsuk össze ezt a tipikus fotovoltaikus berendezés [10]. is, amely nagyjából 22 W / m 2 (körülbelül 10% -a az átlagos besugárzási) az egész évben. Ezen túlmenően, a fotovoltaikus panelek, a villamos energia előállítására, amely egy rendkívül rendezett formában energiát. és átalakítjuk a biodízel mechanikai energiává veszteséget von maga után jelentős részét az energia. Másrészt, a folyékony tüzelőanyag sokkal kényelmesebb a jármű, mint a villamos energia kell tárolni nehéz, drága elemeket.
-rasteniya C3 szénatom rögzítés alkalmazásával a Calvin-ciklus. A ciklus C4 -rasteny úgy van módosítva, hogy a rubisco izolált légköri oxigén és szén-fixálás mezofillumsejtekre megy keresztül oxálecetsav és malát. amelyeket ezután a helyszínre szállított, lokalizáció rubisco és más enzimek Calvin-ciklus izolált sejtekben vezető elektród a gerenda, ahol a kibocsátás a CO2. Ellentétben a C4 y CAM-növények nem térbeli és időbeli izolálását rubisco (és más enzimek Calvin-ciklus) nagy koncentrációjú oxigén szabadul fel a folyamat a fotoszintézis, mivel az O2 szabadul a nap folyamán, és a légköri CO2 éjszakai rögzítésre és tárolásra, mint almasav sav. A nap folyamán, CAM-növényeket zárt sztómák és a tárolt fel nap almasavat szénforrásként szintéziséhez cukor.
C3 -fotosintez 18 ATP-t igényel szintézisére egy molekula glükóz, míg C4 -path fogyaszt 20 ATP. Annak ellenére, hogy a nagy ATP-fogyasztást. C4 -fotosintez nagy evolúciós előnye, mivel lehetővé teszi, hogy alkalmazkodjanak a területeken magas megvilágítás, megnövekedett ATP-fogyasztást, amely több mint a kompenzált magas fény intenzitását. Ahhoz, hogy virágzását, annak ellenére, hogy a korlátozott víz jelenléte növeli a képességét, hogy használja a rendelkezésre álló fény. Egy egyszerűbb C3 fotoszintézis olyan út, amely fut a legtöbb növény, alkalmazkodott a nedves körülmények között az alacsony fényviszonyok között, mint például az északi vidékeken. Corn. a cukornád és a cirok a C4 -rasteniyah. Ezek a növények a gazdaságilag fontos részben azért, mert a viszonylag magas fotoszintézis hatékonyságát, összehasonlítva sok más kultúrák.