Tyrimai atskleidė, kad mikrobinės bioplėvelės gali atimti iki 30% saulės baterijų našumo sausringuose regionuose

Tyrėjai bendradarbiavo tarptautiniu mastu, siekdami nustatyti ir kiekybiškai įvertinti mikrobų, kaip nepakankamai įvertintos galimos grėsmės saulės energijos gamybai sausiausioje (ne{0}}poliarinėje) pasaulio dykumoje, poveikį. Naujausi rezultatai rodo, kad bendras trumpojo-jungimo srovės sumažėjimas iki 30,66 %, veikiant bioplėvelę-suformuojantiems mikroorganizmams, aptiktiems Atakamos dykumoje kolonizuojančių fotovoltinių plokščių paviršius. Tai reiškia, kad saulės energijos įrenginiai gali sumažinti numatomą energijos išeigą beveik vienu-trečdaliu, nes jie sumažino dabartinį našumą trumpojo jungimo taškuose.

Mikrobų indėlio į saulės kolektorių „užteršimą“ ir jų paskesnį poveikį energijos išeigai dėl sumažėjusio veikimo efektyvumo įvertinimas (kaip aptarta „Mikrobų įnašas į užteršimą ir jo poveikis fotovoltinių modulių užteršimui ekstremaliose aplinkose sausringuose Atakamos dykumos regionuose“) yra pirmasis tokio pobūdžio tyrimas, skirtas mikrobų poveikiui bendruomenei įvertinti. dulkių dangos ant saulės kolektorių ekstremaliose aplinkose.

 

Įprastas saulės kolektorių nešvarumo supratimas ilgą laiką buvo skirtas neorganinių mineralinių dulkių dalelių kaupimuisi. Tačiau šis tyrimas pakeičia paradigmą, parodydamas, kad mikrobų gyvybės - ypač bakterijos iš genčiųArtrobakterija, Dietzia, irKokurija- aktyviai kolonizuoja plokščių paviršius ir gamina tvirtas bioplėveles, kurios smarkiai pakeičia dulkių nuosėdų savybes.

Šie mikroorganizmai gamina ekstraląstelines polimerines medžiagas arba EPS - lipnią matricą, kurią sudaro maždaug 65 procentai polisacharidų, 25 procentai peptidų ir 10 procentų lipidų. Per 72 -valandų augimo laikotarpį mokslininkai pastebėjo, kad EPS storis padidėjo nuo 0,2 iki 0,8 mikrometro. Atliekant lauko-emisijos skenavimo elektronų mikroskopiją, šios bioplėvelės atrodo kaip tankūs, trimačiai tinklai, kurie apima ir mikrobų ląsteles, ir mineralines daleles, efektyviai sucementuodami dulkių sluoksnius ant plokščių paviršių ir padarydami juos daug atsparesnius pašalinimui.

Stulbinančiu evoliuciniu posūkiu tyrime taip pat buvo nustatyti karotinoidiniai pigmentai -, ypač liuteinas-kaip junginiai ir susiję ksantofilai -, kuriuos gaminaDietziapadermės. Šie pigmentai padeda bakterijoms išgyventi Atakamos dykumos ekstremalią ultravioletinę spinduliuotę, kuri kasdien pasiekia maždaug 3,5 kilovato kvadratiniame metre.

Svarbiausia, kad šie fotoapsauginiai junginiai sugeria šviesą spektriniuose diapazonuose, kurie sutampa su monokristalinio silicio fotovoltinių modulių konversijos langu. Šis sutapimas rodo papildomą optinių trukdžių mechanizmą, kai patys pigmentai, padedantys bakterijoms ištverti dykumos saulę, taip pat konkuruoja su saulės elementais dėl gaunamų fotonų.

Norėdami kiekybiškai įvertinti mikrobų bioplėvelių poveikį, tyrėjai atliko pagreitintus kolonizacijos testus su fotovoltinio stiklo mėginiais kontroliuojamomis laboratorinėmis sąlygomis. Rezultatai buvo stulbinantys: vos po septynių dienų trukusio bioplėvelės kūrimo, Antofagastos universiteto mėginiai parodė, kad trumpojo jungimo srovės nuostoliai svyravo nuo 15,20 proc. iki 30,66 proc. Mėginiai iš Atakamos dykumos saulės platformos patyrė nuo 11,01 iki 20,12 procentų nuostolių.

Tačiau atitinkamas tyrimo autorius Aitor Marzo iš Granados universiteto rūpinosi šių skaičių kontekstu. „Šie bandymai buvo sukurti kaip pagreitinti eksperimentai, skirti atkurti pradinius bioplėvelės sukibimo ir konsolidavimo etapus per ribotą laboratorijos laiką“, – paaiškino jis. "Didžiausi pastebėti nuostoliai yra viršutinė biologinio poveikio riba ir neturėtų būti tiesiogiai interpretuojami kaip tipinės lauko vertės." Marzo pažymėjo, kad realiomis sąlygomis kolonizacija vyksta laipsniškai ir jai įtakos turi aplinkos veiksniai, tokie kaip apšvita, drėgmė, dulkių nusėdimas ir maistinių medžiagų prieinamumas.

Galbūt dar labiau nei tiesioginiai veikimo praradimai kelia nerimą atradimas, kad įprasti valymo metodai gali būti neveiksmingi prieš subrendusias bioplėveles. Tyrimas parodė, kad padidėjęs EPS nusėdimas padidina bioplėvelės struktūros sanglaudą, sumažindamas standartinių valymo metodų, tokių kaip sausas šepetys ir skalavimas vandeniu, efektyvumą.

„Mikroorganizmai nėra pasyvus nešvarumų komponentas, o aktyvios medžiagos, kurios prisideda prie nuosėdų konsolidavimo, sumažina optinį pralaidumą ir mažina įprastų valymo metodų efektyvumą“, – rašė autoriai.

Išvados pateikiamos kritiniu momentu pasaulinei saulės energijos pramonei. Tarptautinės energijos agentūros duomenimis, iki 2030 m. atsinaujinančios elektros energijos gamyba kasmet padidės maždaug 1 050 teravat{3} valandų, o saulės fotovoltinė energija sudarys daugiau nei 600 teravat{6} valandų. Vien 2025 m. pasaulinės elektros energijos gamybos iš saulės fotovoltinės energijos augimas pasiekė rekordinį 620 teravat{10}valandžių, o tai yra didžiausias kada nors užfiksuotas augimas per metus{11}}palyginti su{12}}metais.

Didžioji šios plėtros dalis vyksta stipriai{0}}švitintuose regionuose, įskaitant pasaulio dykumas. Atakamos dykuma, kurioje buvo atliktas šis tyrimas, kasmet gauna maždaug 6 800 valandų lygiaverčio saulės spinduliuotės, todėl tai yra viena perspektyviausių saulės energijos plėtros vietų visoje Žemėje -, tačiau taip pat viena sudėtingiausių skydų priežiūros požiūriu.

Tyrimo grupė pabrėžė, kad jų išvados pabrėžia, kad būtina skubiai įtraukti biologinius veiksnius į nešvarumų prognozavimo modelius ir fotovoltinės sistemos mažinimo strategijas sausringuose regionuose. „Mūsų darbas rodo, kad mikrobų bendruomenės, išskirtos iš fotovoltinių modulių Atakamos dykumoje, pasižymi dideliu tolerancija išdžiūvimui ir ekstremaliam apšvitimui“, - sakė Marzo.pv žurnalas.

Tuo pačiu metu pigmentuotasDietziatyrime nustatytos padermės gali atverti netikėtų kelių technologinėms naujovėms. „Šie pigmentai yra potencialūs biotechnologiniai pritaikymai dangose ​​ir savaiminio išsivalymo technologijose“, – pažymėjo autoriai, teigdami, kad patys organizmai, sukeliantys problemą, taip pat gali padėti plėtoti jos sprendimą.

Pramonė jau deda pastangas, kad būtų pašalintas mikrobinis nešvarumas naudojant pažangias medžiagas. Pavyzdžiui, Australijos nanotechnologijų įmonė „Nanoveu“ sukūrė hidrofilinę savaime{1}}išsivalančią nano-dangą, skirtą stabdyti bioplėvelių susidarymą ir dumblių augimą saulės kolektoriuose, o kitos tyrimų grupės tiria superhidrofobines dangas, kurios galėtų užtikrinti savaiminio-valymosi ir optinio skaidrumo savybes.

Tyrimą atliko mokslininkai iš Granados universiteto Ispanijoje ir Atakamos universiteto Čilėje, o išvados buvo prieinamos 2025 m. liepos mėn.Pažangios tvarios sistemos.