คาคนโนวิช แอล.วี. การสังเคราะห์ด้วยแสง

“ จากปัญหาของเรากับปัญหาที่ฉันโพสต์ครั้งแรก - จะทำอย่างไรกับจำนวนผู้คนที่เพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ บนโลกคำถามก็เกิดขึ้น:“ วัฏจักรทางชีววิทยาขนาดใหญ่ในชีวมณฑลสามารถให้อะไรแก่ผู้คนได้บ้าง” ปัญหานี้พิจารณาได้โดย สามประเด็นหลักหรือสถานที่ของชีวมณฑลที่ฉันเพิ่งอธิบายไป:

1) ที่พลังงานเข้า
2) ในวงจรทางชีวภาพของชีวมณฑลและ
3) ที่ทางออกจากวัฏจักรทางชีวภาพสู่ธรณีวิทยา

เริ่มต้นด้วยการป้อนพลังงาน มีปริมาณหนึ่งตกลงบนพื้นผิวโลก พลังงานแสงอาทิตย์. แน่นอนว่ามีเพียงส่วนหนึ่งเท่านั้นที่ถูกดูดซึมโดยสิ่งมีชีวิตออโตโทรฟิคเท่านั้นที่สามารถทำงานได้ทางชีวภาพ จากพลังงานแสงอาทิตย์ทั้งหมดที่ตกลงบนโลกมีเพียงเปอร์เซ็นต์เท่านั้น (มันไม่ง่ายเลยที่จะคำนวณได้อย่างแม่นยำ) พูดประมาณ จากสามถึงแปดเปอร์เซ็นต์ ,ดูดซึม พืชสีเขียว. พลังงานที่ถูกดูดซับทั้งหมดไม่ได้ถูกนำไปใช้ในการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่นเดียวกับเทคโนโลยี ในธรรมชาติของสิ่งมีชีวิต เราสามารถพูดถึงประสิทธิภาพได้ นั่นคือประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสง มัน (คำนวณยากมากอีกครั้ง) ประมาณจาก สองถึงแปดเปอร์เซ็นต์ .

เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะต้องทราบว่าพืชประเภทและกลุ่มที่แตกต่างกันมีประสิทธิภาพแตกต่างกัน

ดังนั้นเมื่อถึงทางเข้าแล้วมนุษยชาติสามารถทำบางสิ่งเพื่อให้แน่ใจว่าพืชพรรณดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์ที่เข้ามายังโลกมากขึ้นและด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องเพิ่มความหนาแน่นของพื้นที่สีเขียวของโลก ในขณะเดียวกัน พวกเราในกิจกรรมทางเศรษฐกิจ อุตสาหกรรม และในชีวิตประจำวัน มีแนวโน้มที่จะลดความหนาแน่นของพื้นที่สีเขียวของโลก จัดการกับป่าไม้ ทุ่งหญ้า ทุ่งนา และสถานที่ก่อสร้างอย่างไม่ระมัดระวัง การทำให้ทะเลทรายและสเตปป์เป็นสีเขียวไม่เพียงพอ เราจะลดความหนาแน่นของพื้นที่สีเขียวลง แต่มันเป็นระดับของเทคโนโลยีและอุตสาหกรรมสมัยใหม่ที่แน่นอนที่ช่วยให้เราสามารถทำงานตรงกันข้ามในทางทฤษฎี - เพื่อเพิ่มทุกวิถีทางที่เป็นไปได้ในทุกด้านที่เหมาะสมสำหรับสิ่งนี้ พื้นผิวโลกและในแหล่งน้ำโดยเฉพาะน้ำจืดจะมีความหนาแน่นของสิ่งปกคลุมสีเขียว

ยิ่งกว่านั้น ตามที่คำนวณไว้ มันสามารถเพิ่มขึ้นได้อย่างน้อยครึ่งหนึ่ง หรืออาจจะสองเท่าด้วยซ้ำ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นการเพิ่มผลผลิตทางชีวภาพของโลก

กล่าวไว้ข้างต้นว่าประสิทธิภาพ - ปัจจัยด้านประสิทธิภาพ - ประเภทต่างๆพืชอาจแตกต่างกันมากตั้งแต่สองถึงแปดและในหลาย ๆ รูปแบบของพืชอาจมีเปอร์เซ็นต์มากกว่านั้น และนี่เป็นโอกาสอีกครั้งหนึ่งที่เปิดกว้างสำหรับมนุษยชาติ แน่นอนว่าเป็นไปตามการศึกษาประสิทธิภาพเบื้องต้นที่แม่นยำ หลากหลายชนิดนักสรีรวิทยาพืชพยายามเพิ่มเปอร์เซ็นต์การมีส่วนร่วมในชุมชนพืชที่ครอบคลุมพื้นโลกของพืชโดยมีประสิทธิภาพสูงสุดมากกว่ามีประสิทธิภาพต่ำที่สุด สิ่งนี้สามารถเพิ่มขึ้นได้ประมาณหนึ่งเท่าครึ่งหรือน้อยกว่านั้นหรือมากกว่านั้น เปอร์เซ็นต์ของพลังงานแสงอาทิตย์ที่พืชดูดซับ และผ่านการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช จะนำไปสู่การผลิตอินทรียวัตถุบนโลก

ซึ่งหมายความว่าเมื่อถึงทางเข้าสู่ชีวมณฑลคุณสามารถชนะและเพิ่มผลผลิตทางชีวภาพของโลกได้สองเท่าเมื่อป้อนพลังงาน ฉันขอเตือนคุณว่านี่คือสิ่งที่เราจะต้องการอย่างแน่นอนในอีกหนึ่งร้อยปี”

Timofeev-Resovsky N.V., Memoirs, M., “Vagrius”, 2008, p. 344-345.

โภชนาการแร่ธาตุ

โหมดน้ำ

องค์ประกอบของก๊าซในอากาศ

ปริมาณ CO 2 ในอากาศขั้นต่ำคือสำหรับ C3 – 0.005% สำหรับ C4 – 0.0005%

การเพิ่มขึ้นของ CO 2 จาก 0.03% เป็น 0.3% ทำให้ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงเพิ่มขึ้น การเพิ่ม CO 2 อีกเป็น 1% จะไม่ส่งผลต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง

เมื่อขาดน้ำมาก ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงเนื่องจากการปิดปากใบ ซึ่งจะช่วยลดการเข้าสู่ใบของ CO 2 ลดการคายน้ำ และส่งผลให้อุณหภูมิใบเพิ่มขึ้น นอกจากนี้ การขาดน้ำยังเปลี่ยนแปลงโครงสร้างและการทำงานของเอนไซม์ด้วย

ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงสูงสุดที่การขาดน้ำ 5-10% ที่ 20% จะลดลงอย่างรวดเร็วและที่ 50% หยุดการสังเคราะห์ด้วยแสง

การยกเว้น EMF ใด ๆ ส่งผลเสียต่อการสังเคราะห์ด้วยแสง โพแทสเซียมกระตุ้นกระบวนการฟอสโฟรีเลชั่นและเกี่ยวข้องกับการเปิดปากใบ แมกนีเซียมเป็นส่วนหนึ่งของคลอโรฟิลล์และกระตุ้นปฏิกิริยาคาร์บอกซิเลชันและการลดลงของ NADP เหล็กจำเป็นสำหรับการสังเคราะห์คลอโรฟิลล์ แมงกานีสและคลอรีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการสลายตัวด้วยแสงของน้ำ ทองแดงเป็นส่วนหนึ่งของพลาสโตไซยานิน ไนโตรเจนจำเป็นต่อการสร้างคลอโรพลาสต์และการสร้างเม็ดสี ซัลเฟอร์เป็นส่วนหนึ่งของโปรตีน ETC

ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสง– แสดงลักษณะเปอร์เซ็นต์ของพลังงาน PAR ที่เก็บไว้ในผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสง ประสิทธิภาพของพืชในชีวมณฑลต่ำ: ประมาณ 0.2% สำหรับอ้อย - 1.9% สำหรับอ้อย - 0.5-0.6% ประสิทธิภาพในพืชอุตสาหกรรมคือ 0.5-1.5% การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ในทางทฤษฎีที่จะบรรลุประสิทธิภาพสูงสุด 12% ในพืชผล ในพืชข้าวโพดมีประสิทธิภาพถึง 7-8% แล้ว

วิธีเพิ่มประสิทธิภาพ:

1) กฎระเบียบ ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม(แสง ความชื้น อุณหภูมิ)

2) การสร้างพืชผลด้วยพารามิเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง:

– พื้นที่ใบ. ILP - อย่างน้อย 4-5 เช่น ต่อ 1 เฮกตาร์ พื้นที่ใบควรอยู่ที่ 40-50,000 ตารางเมตร

– ความหนาแน่นทางแสงของพืชผลซึ่งช่วยให้ใช้แสงได้ดีขึ้น สิ่งนี้สามารถทำได้โดยอัตราการเพาะซึ่งช่วยให้เกิดความหนา (ในแปลงเมล็ดมันฝรั่ง) หรือพืชกระจัดกระจายมากขึ้น (พืชเมล็ดธัญพืช)

- มีบทบาทสำคัญ รูปร่างของใบไม้บนต้นไม้. การจัดวางทั้งแนวนอนและแนวตั้ง (โค้งคำนับ) อย่างเคร่งครัดนั้นไม่ดีเลย ดีกว่า - มีลักษณะเป็นกรวยเหมือนข้าวโพดและธัญพืช

3) การขยายฤดูปลูกพืช:

โดยการปลูกต้นกล้าหัวงอก

วันที่เริ่มต้นเซวา

มีความจำเป็นต้องรักษาพืชให้อยู่ในสภาพทางสรีรวิทยาที่กระตือรือร้น ไม่เพียงแต่ใบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงหู ลำต้น และแม้แต่กันสาดที่มีการปฏิสนธิ มีส่วนร่วมในการก่อตัวของพืชผลด้วย

4) การแนะนำพืชชนิดใหม่โดยพื้นฐานซึ่งผลผลิตพืชเพิ่มขึ้น 1.5-2 เท่าเนื่องจากกิจกรรมการสังเคราะห์แสงที่สูงขึ้น (แถบและพืชอื่น ๆ)

ลักษณะของตัวบ่งชี้หลักของการสังเคราะห์ด้วยแสง:

ความเข้มข้นและผลผลิต

การสังเคราะห์ด้วยแสงมีลักษณะเฉพาะด้วยตัวบ่งชี้เชิงปริมาณต่อไปนี้:

ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ผลผลิตการสังเคราะห์แสง

ความเข้ม (อัตรา) ของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือปริมาณ คาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งถูกดูดซับโดยหน่วยของผิวใบต่อหน่วยเวลา ตัวเลขนี้มีช่วงตั้งแต่ 5 ถึง 25 มก. CO2/dm2 ขึ้นอยู่กับชนิดของพืช ชม.

ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงคืออัตราส่วนของมวลของพืชทั้งหมดที่เพิ่มขึ้นทุกวัน (หน่วยเป็นกรัม) ต่อพื้นที่ใบ โดยเฉลี่ยแล้วค่านี้อยู่ในช่วง 5 ถึง 12 กรัมของวัตถุแห้งต่อพื้นผิวใบ 1 ตารางเมตรต่อวัน

มีอยู่ จำนวนมากวิธีการกำหนดตัวบ่งชี้เชิงปริมาณเหล่านี้

สามารถกำหนดความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงได้:

วิธีการตรวจวัดก๊าซ

วิธีเรดิโอเมตริก

เมื่อใช้วิธีการแก๊สเมตริก จึงสามารถระบุปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดูดซับหรือปริมาณออกซิเจนที่ปล่อยออกมาได้ ในกรณีนี้ จะใช้ทั้งตัวบ่งชี้น้ำหนักของก๊าซที่ดูดซับหรือปล่อยออกมา เช่นเดียวกับตัวบ่งชี้ปริมาตร ตัวบ่งชี้ความดัน ตัวบ่งชี้สี และตัวบ่งชี้การนำความร้อนของก๊าซที่ถูกกำหนด

เมื่อใช้วิธีการกัมมันตภาพรังสีความเข้มของการดูดซับ C14O2 โดยพืชจะถูกกำหนดโดยการมี C14 อยู่ในนั้นหรือการเปลี่ยนแปลงกัมมันตภาพรังสีของส่วนผสมของก๊าซ

ผลผลิตของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะขึ้นอยู่กับการสะสมของการดูดซึมในพืช ในกรณีนี้ วิธีการต่างๆ เช่น:

การเปลี่ยนแปลงปริมาณของแห้งของการตัดจากแผ่นหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง

การสะสมคาร์โบไฮเดรตในใบหลังจากช่วงระยะเวลาหนึ่ง

การเปลี่ยนแปลงความร้อนของการเผาไหม้ของวัตถุแห้งของใบไม้ในช่วงเวลาที่สัมผัสกับแสง

ในช่วงฤดูปลูก ความเข้มข้นและผลผลิตของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นทีละน้อยตั้งแต่เริ่มต้นของการพัฒนา จนถึงระดับสูงสุดในช่วงออกดอกติดผล จากนั้นจึงค่อยๆ ลดลง

การดูดกลืนรังสีที่สังเคราะห์แสงโดยพืช

รังสีที่สังเคราะห์ด้วยแสง (PAR) คือส่วนหนึ่งของรังสีดวงอาทิตย์ที่คลอโรฟิลล์สามารถดูดซับได้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง PAR มีสเปกตรัมคลื่นตั้งแต่ 380 ถึง 710 นาโนเมตร และประกอบด้วยสเปกตรัมคลื่นตรง แสงอาทิตย์และแสงกระเจิงซึ่งมีความเข้มเท่ากับ 1/3 ของการแผ่รังสีดวงอาทิตย์โดยตรง ในแสงแบบกระจาย PAR คิดเป็นสัดส่วนมากถึง 90% นั่นคือแสงแบบกระจายซึ่งแตกต่างจากแสงแดดโดยตรงที่พืชสามารถดูดซับได้เกือบทั้งหมด

ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสูงสุดในส่วนสีแดงของสเปกตรัม และต่ำสุดในส่วนสีน้ำเงินและสีเขียว

PAR ถูกดูดซึมโดยใบของพืชต่างกัน กระบวนการนี้กำหนดโดยองค์ประกอบเชิงปริมาณและคุณภาพของเม็ดสีในใบ ในช่วงเช้าและเย็น การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชที่มีคลอโรฟิลล์เพียงพอจะเข้มข้นที่สุด

ระดับที่พืชใช้กิจกรรมโฟโตเคมีคอลของคลอโรฟิลล์นั้นพิจารณาจากจำนวนการดูดซึม ซึ่งก็คือปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดูดซึมโดยหน่วยของคลอโรฟิลล์หนึ่งหน่วยต่อหน่วยเวลา

ในพืชที่มีใบสีเขียวเข้มจำนวนการดูดซึมมีน้อย ซึ่งเป็นพืชที่อาศัยอยู่ในร่มเงาเป็นหลัก ในพืชที่มีสีเขียวอ่อนตัวเลขนี้จะสูงกว่ามากเนื่องจากเป็นพืชที่ชอบแสง

การดูดซับ PAR หลักเกิดขึ้นที่ชั้นบนของพืชผล และมีคลอโรฟิลล์ในปริมาณที่มากขึ้นด้วย

การดูดกลืนพลังงานรังสีจากใบไม้แสดงได้จากสูตร:

โดยที่ Q คือปริมาณรังสีที่ตกกระทบบนแผ่น R คือรังสีที่สะท้อน มีหน่วยเป็น % T คือรังสีที่ส่งผ่าน มีหน่วยเป็น % A คือรังสีที่ดูดซับ มีหน่วยเป็น % ตัวชี้วัดทั้งสามนี้ขึ้นอยู่กับปริมาณคลอโรฟิลล์ในใบไม้

การสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถทำได้ที่ความเข้มแสงน้อยที่สุด เมื่อความเข้มของแสงเพิ่มขึ้นเป็น 1/3 ของการส่องสว่างจากแสงอาทิตย์ ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้น เมื่อความสว่างสูงขึ้น ความเข้มของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย และที่การส่องสว่างสูงสุด ความอิ่มตัวของแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเกิดขึ้นและ กลไกการหายใจด้วยแสงมีผล

ทั้งหมดการแผ่รังสีแสงอาทิตย์ที่ลดลงต่อ 1 เฮกตาร์ในช่วงฤดูปลูกคือ 21.109 กิโลจูล ซึ่ง PAR มีค่าเพียง 8.109 กิโลจูล นั่นคือเพียงประมาณหนึ่งในสามเท่านั้น

ปริมาณ PAR ที่พืชผลดูดซับนั้นถูกกำหนดโดยสูตร:

P = Q - R - Tp + Rp

โดยที่ P คือรังสีที่พืชดูดซับไว้, Q คือรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบบนพืชผล, R คือรังสีที่สะท้อนจากพืชผลและเกินขีดจำกัดบนของมัน, Tp คือรังสีที่ทะลุผ่านดิน, Rp คือรังสีที่สะท้อนจาก ดินใต้พืชพรรณ

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดกลืนพลังงาน PAR (Qp) จากการหว่านถูกกำหนดโดยการหารทั้งสองส่วนของสูตรด้วย Q:

Qп = П/Q = 1 - R/Q - Тп/Q + Rп/Q,

โดยที่ R/Q คืออัลเบโดของพืช โดยแสดงว่าเศษส่วนของการแผ่รังสีตกกระทบที่สะท้อนโดยพืชผล Tp/Q คือสัมประสิทธิ์การส่งผ่าน ซึ่งแสดงว่าเศษส่วนของการแผ่รังสีตกกระทบ (Q) ไปถึงดินใต้พืชพรรณ Rp /Q คืออัลเบโด้ของดินใต้พืชพรรณ

ประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงสามารถกำหนดได้ด้วยค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพซึ่งกำหนดโดยสูตร:

E% (ประสิทธิภาพ) = V.100/A,

โดยที่ A คือปริมาณพลังงานที่ได้รับในช่วงฤดูปลูกต่อพืชผล 1 เฮกตาร์ หรือพลังงานที่ถูกพืชดูดซับในหน่วย kJ, B คือปริมาณพลังงานที่สะสมในมวลอินทรีย์ของพืชผล (ทางชีวภาพหรือเศรษฐกิจ) ในหน่วยกิโลจูล

ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าสำหรับการก่อตัวของผลิตภัณฑ์สังเคราะห์แสงภายใต้เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยทั้งหมด (การชลประทาน ความเข้มข้นของ CO2 สูง) ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพียง 2% เท่านั้น โดยเฉลี่ยแล้ว ประสิทธิภาพการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืชเกษตรในสภาวะจริงอยู่ที่ประมาณ 0.5-1% (นั่นคือประมาณ 16 kJ/m2 ต่อชั่วโมง) แต่ในทางทฤษฎี เป็นไปได้ที่จะเพิ่มระดับของตัวบ่งชี้นี้เป็น 4-6% หนึ่งในความท้าทายเร่งด่วนที่สุดที่ต้องเผชิญกับการผลิตทางการเกษตรในทางปฏิบัติคือการเพิ่มประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสง

การใช้ทรัพยากรฟอสซิลอย่างไม่มีการควบคุมได้นำพาโลกเข้าสู่วิกฤตสิ่งแวดล้อมและพลังงาน ในสถานการณ์เช่นนี้ จำเป็นต้องมีแหล่งพลังงานที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ซึ่งในด้านหนึ่งจะเหมาะกับโลกน้ำมันของเรา และอีกด้านหนึ่งคือเป็นพลังงานหมุนเวียน เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และทำกำไรได้ในเชิงเศรษฐกิจ แนวทางแก้ไขที่เป็นไปได้- การสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์ (IF) ซึ่งต้องขอบคุณการติดตั้งที่มนุษย์สร้างขึ้นสำหรับการสังเคราะห์อินทรียวัตถุจากไฟฟ้า แสง รวมถึงแบคทีเรียสังเคราะห์แสงที่หุ้มเกราะเซมิคอนดักเตอร์ที่น่าทึ่งได้ปรากฏขึ้นแล้ว

วิกฤตพลังงานโลก หรือเหตุใดจึงต้องมีการสังเคราะห์แสงเทียม

ปัจจุบันประชากรโลกจำนวนมากอยู่แล้วเพิ่มขึ้น 1% ต่อปี มนุษยชาติสนองความต้องการพลังงานซึ่งมีเพิ่มขึ้นทุกปี โดยอาศัยทรัพยากรฟอสซิลเป็นหลัก แต่ไม่ใช่ความลับอีกต่อไปที่ปริมาณสำรองน้ำมันและถ่านหินนั้นมีจำกัด และในกรณีส่วนใหญ่ไม่สามารถหมุนเวียนได้ เมื่อปริมาณไม่สอดคล้องกับการพัฒนาทั่วโลกอีกต่อไป (หรือแม้กระทั่งถูกใช้หมดไปแล้ว) โลกจะเผชิญกับวิกฤติพลังงานในสัดส่วนที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อน

เราได้เห็นการต่อสู้อันดุเดือดที่เกิดขึ้นในเวทีโลกเพื่อแย่งชิงแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลขนาดใหญ่ ในอนาคตเชื้อเพลิงก็จะน้อยลงเรื่อยๆ และความขัดแย้งทางผลประโยชน์ก็จะเกิดขึ้นบ่อยขึ้นเรื่อยๆ

ในช่วงสองศตวรรษที่ผ่านมา มนุษยชาติถูกบดบังด้วยทรัพยากรพลังงานฟอสซิลที่มีอยู่ และได้พัฒนาเทคโนโลยีมากมายบนพื้นฐานของทรัพยากรเหล่านี้ หากไม่มีสิ่งมีชีวิตในทุกวันนี้ก็คิดไม่ถึง ประการแรก มีตู้รถไฟถ่านหินและไอน้ำ จากนั้นผู้คนเรียนรู้ที่จะรับไฟฟ้าจากการเผาถ่านหินแบบเดียวกัน ผลิตเตาแก๊ส การขนส่งสาธารณะและส่วนตัว - ทั้งหมดนี้ต้องใช้สารอินทรีย์ที่เก็บไว้เมื่อหลายล้านปีก่อน มนุษยชาติได้ก้าวกระโดดไปในหลายพื้นที่โดยใช้พลังงานของสารเหล่านี้ ชีวิตสาธารณะ: ประชากรโลกมีจำนวนเกิน 7 พันล้านคน เมืองและรัฐที่เจริญรุ่งเรืองได้เกิดขึ้นในทะเลทราย ระดับการผลิตและการบริโภคเพิ่มขึ้นทุกปี โดยไม่มีข้อกังขา, โลกสมัยใหม่คิดไม่ถึงหากปราศจากถ่านหิน ผลิตภัณฑ์น้ำมัน และก๊าซ

นี่คือจุดที่ปัญหาของพลังงานสมัยใหม่เข้ามามีบทบาท ในด้านหนึ่ง ความจำเป็นในการเปลี่ยนแหล่งพลังงานหมุนเวียนเป็นสิ่งที่ชัดเจน ในทางกลับกัน โลกไม่พร้อมที่จะใช้พลังงานดังกล่าว อย่างไรก็ตาม ในทศวรรษที่ผ่านมา มีการพัฒนาแหล่งพลังงานเพิ่มมากขึ้นซึ่งสามารถแก้ปัญหาภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกนี้ได้ เรากำลังพูดถึง การสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์ (IF)- วิธีแปลงพลังงานแสงอาทิตย์ให้เป็นเชื้อเพลิงอินทรีย์ในรูปแบบที่สะดวก

เราต้องไม่ลืมว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงทำให้เกิดการปล่อย CO 2 สู่ชั้นบรรยากาศจำนวนมหาศาล ซึ่งส่งผลเสียต่อสถานะของชีวมณฑลทั้งหมด ใน เมืองใหญ่ๆอิทธิพลนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษ: รถยนต์และสถานประกอบการที่สูบบุหรี่หลายพันคันสร้างหมอกควันและชาวเมืองทุกคนที่เดินทางออกจากเมืองก่อนอื่นชื่นชมอากาศบริสุทธิ์ การสร้างแหล่งพลังงานที่สามารถดูดซับ CO 2 และผลิต O 2 เช่นเดียวกับพืช สามารถหยุดยั้งความเสื่อมโทรมของสิ่งแวดล้อมที่จะเกิดขึ้นเต็มความเร็วได้

ดังนั้น IF จึงเป็นทางออกที่มีศักยภาพสำหรับวิกฤตพลังงานและสิ่งแวดล้อมทั่วโลก แต่ IF ทำงานอย่างไร และแตกต่างจากธรรมชาติอย่างไร?

ความไม่สมบูรณ์ของความเขียวขจี

รูปที่ 2 การสังเคราะห์ด้วยแสงแบบไม่เป็นวงจรในพืชอิเล็กตรอนออกจากคลอโรฟิลล์ที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงของระบบภาพถ่าย II (PS-II) และผลลัพธ์ที่ได้คือ "รู" ที่เต็มไปด้วยอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการแยกน้ำ ตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายไม่ใช่เม็ดสีของระบบภาพถ่ายเช่นเดียวกับในแบคทีเรียสีม่วง แต่เป็น NADP + ข้อแตกต่างอีกประการหนึ่งก็คือในพืช ระบบภาพถ่ายสองระบบ (PS-I และ PS-II) ก่อให้เกิดกลไกที่เชื่อมโยงกัน และการทำงานของหนึ่งรอบนั้นจำเป็นต้องมีการดูดซับโฟตอนสองตัว คอมเพล็กซ์ b 6 f ไม่ได้แสดงในรูป

การไล่ระดับ H+ ที่ได้นั้นให้พลังงานสำหรับการสังเคราะห์ ATP โดยเอนไซม์ ATP synthase คล้ายกับการที่น้ำที่ตกลงมาให้พลังงานแก่โรงสีน้ำ (รูปที่ 3) ATP เป็นตัวพาพลังงานเคมีสากลในเซลล์ และเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานส่วนใหญ่ รวมถึงปฏิกิริยาของวัฏจักรคาลวิน ซึ่งรับประกันการเปลี่ยน CO 2 ให้เป็นอินทรียวัตถุที่ลดลง ในรอบนี้ พลังงานส่วนใหญ่ถูกใช้ไปกับการต่อสู้กับปฏิกิริยาข้างเคียง มีวิธีอื่นในการดูดกลืนคาร์บอน - ตัวอย่างเช่น เส้นทาง Wood-Ljungdahl ซึ่งจะเขียนในภายหลัง

รูปที่ 3 การจัดเก็บพลังงานแสงในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง โปรตีนของระบบภาพถ่ายจะถ่ายโอนโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยใช้พลังงานโฟตอน เอนไซม์ ATP synthase จะรีเซ็ตการไล่ระดับความเข้มข้นของ H + ที่เกิดขึ้น และสร้างตัวพาพลังงานสากลในเซลล์ - ATP การเปรียบเทียบกับโรงสีน้ำแบบหมุนนั้นใกล้เคียงกับความเป็นจริงมาก

แม้ว่าในที่สุดการสังเคราะห์ด้วยแสงจะให้พลังงานแก่ชีวมณฑลทั้งหมด แต่ประสิทธิภาพของกระบวนการนี้ยังไม่เป็นที่ต้องการมากนัก (ตารางที่ 1) เจ้าของสถิติการสังเคราะห์ด้วยแสงคือข้าวฟ่างซึ่งปลูกเพื่อการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ ซึ่งมีประสิทธิภาพในการแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นพลังงานเคมีอยู่ที่ 6.6% เพื่อเปรียบเทียบ: มันฝรั่ง ข้าวสาลี และข้าวมีประมาณ 4%

ตารางที่ 1. พารามิเตอร์พลังงานของการสังเคราะห์ด้วยแสงการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการหลายขั้นตอน และในแต่ละขั้นตอนจะมีการสูญเสียพลังงานบางส่วน แสงแดด. การสังเคราะห์ด้วยแสงที่มีประสิทธิภาพต่ำถือเป็นข้อเสียเปรียบหลักเมื่อเปรียบเทียบกับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์สมัยใหม่ พลังงานของแสงอาทิตย์ที่ตกกระทบบนใบไม้ถือเป็น 100% ตารางนี้รวบรวมมาจากข้อมูลจาก

สาเหตุของการสูญเสียพลังงาน	การสูญเสียพลังงาน	ที่เหลือ
การดูดซับโฟตอนเฉพาะในส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมเท่านั้น	47%	53%
ฟลักซ์แสงเพียงบางส่วนเท่านั้นที่ผ่านส่วนสังเคราะห์แสงของใบไม้	70%	37%
แม้ว่าโฟตอนจะมีพลังงานสูงและต่ำในแสงที่ตามองเห็น แต่โฟตอนทั้งหมดก็ถูกดูดซับโดยระบบภาพถ่ายเสมือนเป็นโฟตอนที่พลังงานต่ำ (หลักการของคาราวานชนิดหนึ่ง)	24%	28%
การสูญเสียระหว่างการสังเคราะห์กลูโคส	68%	9%
การทำความสะอาดใบจากผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสง ( ซม.การหายใจด้วยแสง)	32%	6%

ขณะเดียวกันประสิทธิภาพตามแบบฉบับของคนสมัยใหม่ แผงเซลล์แสงอาทิตย์- 15-20% และต้นแบบมีมูลค่าถึง 46% ความแตกต่างในประสิทธิภาพของโฟโตเซลล์ที่มนุษย์สร้างขึ้นและพืชที่มีชีวิตอธิบายได้เบื้องต้นว่าไม่มีขั้นตอนการสังเคราะห์ แต่มีความแตกต่างที่ละเอียดอ่อนกว่านั้นคือ ระบบภาพถ่ายของพืชดึงพลังงานจากโฟตอนแสงที่มองเห็นเท่านั้นซึ่งมีความยาวคลื่น 400–700 นาโนเมตร และเอาท์พุตจากโฟตอนพลังงานสูงก็เหมือนกับโฟตอนพลังงานต่ำทุกประการ เซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์จับโฟตอนจากสเปกตรัมที่กว้างขึ้น และเพื่อให้ได้เอาต์พุตสูงสุด แบตเตอรี่หนึ่งก้อนจะรวมวัสดุที่สร้างขึ้นโดยเฉพาะสำหรับ ส่วนต่างๆสเปกตรัมของแสงแดด

เป้าหมายสูงสุดของวิศวกร IF คือการสร้างสถานที่ปฏิบัติงานนอกชายฝั่ง (หรือสิ่งมีชีวิตประดิษฐ์) ที่จะทำการสังเคราะห์ด้วยแสง ดีกว่าพืช. ปัจจุบันวิศวกรรมชีวภาพได้มาถึงระดับที่สามารถลองทำสิ่งนี้ได้แล้ว และในแต่ละปี ความพยายามของนักวิทยาศาสตร์ก็เข้าใกล้เป้าหมายที่พวกเขาปรารถนามากขึ้นเรื่อยๆ ทำให้เราประหลาดใจกับการค้นพบอันเหลือเชื่อ

IF ที่แตกต่างออกไป

รูปแบบ IF ที่ง่ายที่สุดคือ การสังเคราะห์อินทรียวัตถุโดยสมบูรณ์บนตัวเร่งปฏิกิริยา. ในปี 2014 มีการค้นพบตัวเร่งปฏิกิริยารูทีเนียม ซึ่งเมื่อส่องสว่างจะสังเคราะห์มีเทนจาก H 2 และ CO 2 ภายใต้สภาวะที่เหมาะสมซึ่งรวมถึงการให้ความร้อนถึง 150 ° C และแสงสว่างจ้า ตัวเร่งปฏิกิริยาหนึ่งกรัมจะสร้างมีเทนหนึ่งมิลลิโมลต่อชั่วโมง ซึ่งแน่นอนว่าน้อยมาก นักวิทยาศาสตร์เองที่ศึกษาตัวเร่งปฏิกิริยายอมรับว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวค่อนข้างมาก ค่าใช้จ่ายที่สูงตัวเร่งปฏิกิริยาต่ำเกินไปสำหรับการใช้งานจริง

การสังเคราะห์ด้วยแสงจริงเป็นกระบวนการหลายขั้นตอน โดยแต่ละขั้นตอนของการสูญเสียพลังงานเกิดขึ้น นี่เป็นสิ่งที่ดีบางส่วน เพราะมันเปิดขอบเขตมากมายสำหรับการเพิ่มประสิทธิภาพ ในกรณีของการสังเคราะห์ด้วยแสงแบบอะบิเจนิก สิ่งเดียวที่สามารถทำได้คือการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่โดยพื้นฐาน

แนวทางที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับ IF - การสร้างเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์. มีการใช้ในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอย่างผิดปกติ ไม่จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงที่ยังสามารถแก้ไข CO 2 โดยใช้แหล่งพลังงานอื่น

มาทำความรู้จักกับการออกแบบอุปกรณ์หลายประเภทสำหรับ IF โดยใช้ตัวอย่างเฉพาะ

ในปี 2014 มีการเผยแพร่ผลการทดสอบสำหรับการติดตั้งที่แปลงกระแสไฟฟ้าเป็นชีวมวลโดยมีประสิทธิภาพเป็นประวัติการณ์ที่ 13% หากต้องการรับเครื่องปฏิกรณ์ IF คุณเพียงแค่ต้องเชื่อมต่อแผงโซลาร์เซลล์ การติดตั้งนี้โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี (รูปที่ 4) ก) โดยวางอิเล็กโทรดสองตัวไว้ในตัวกลางที่มีสารอาหารซึ่งมีแบคทีเรีย ราลสโตเนีย ยูโทรฟา(พวกเขาคือ - Cupriavidus necator). เมื่อใช้กระแสไฟฟ้าภายนอก ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขั้วบวกจะแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและโปรตอน และตัวเร่งปฏิกิริยาที่ขั้วแคโทดจะลดโปรตอนเป็นก๊าซไฮโดรเจน อาร์ ยูโทรฟารับพลังงานสำหรับการดูดซึม CO 2 ในวัฏจักรคาลวินเนื่องจากการออกซิเดชันของ H 2 โดยเอนไซม์ไฮโดรจีเนส

รูปที่ 4 เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพสำหรับ IF ที่ใช้เซลล์ไฟฟ้าเคมีกระแสไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นได้โดยการโฟโตไลซิสของน้ำที่ขั้วบวกโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์ (ก) หรือไม่มีมัน (ข) . ในทั้งสองกรณี อิเล็กตรอนที่นำมาจากน้ำจะให้จุลินทรีย์ออโตโทรฟิคโดยมีค่ารีดิวซ์เทียบเท่าที่จำเป็นสำหรับการตรึง CO 2

ตามการคำนวณของนักพัฒนา การรวมการติดตั้งเข้ากับแบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ทั่วไป (ประสิทธิภาพ 18%) จะนำไปสู่ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงรวม 2.5% หากพลังงานแสงทั้งหมดถูกแปลงเป็นการเติบโตของชีวมวล และ 0.7% หากแบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรมที่สังเคราะห์บิวทานอล ถูกนำมาใช้ ผลลัพธ์นี้เทียบได้กับประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชจริง แม้ว่าจะไม่ถึงระดับของพืชที่ปลูกก็ตาม ความสามารถ อาร์ ยูโทรฟาการสังเคราะห์สารอินทรีย์โดยมี H 2 อยู่นั้นน่าสนใจมาก ไม่เพียงแต่ในบริบทของ IF เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการประยุกต์ใช้พลังงานไฮโดรเจนที่เป็นไปได้ด้วย

ในปี 2558 นักวิทยาศาสตร์จากแคลิฟอร์เนียได้สร้างสรรค์ผลงานไม่น้อย การติดตั้งที่น่าสนใจโดยที่ระยะของการดูดกลืนแสงและการสังเคราะห์แสงมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดมากขึ้น โฟโตขั้วบวกของเครื่องปฏิกรณ์ที่สร้างขึ้น เมื่อได้รับแสงสว่าง จะแยกน้ำออกเป็นออกซิเจน โปรตอน และอิเล็กตรอน ซึ่งจะถูกส่งไปตามตัวนำไปยังแคโทด (รูปที่ 4 ข). เพื่อเพิ่มอัตราการโฟโตไลซิสของน้ำที่เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน โฟโตแอโนดจึงทำจากเส้นลวดนาโนซิลิคอน ซึ่งเพิ่มพื้นผิวอย่างมาก

แคโทดของการติดตั้งนี้ประกอบด้วย “ฟอเรสต์” ของแท่งนาโน TiO 2 (รูปที่ 5) ก) ซึ่งแบคทีเรียเจริญเติบโต สปอโรมูซา โอวาตะ. อิเล็กตรอนจากโฟโตขั้วบวกไปยังแบคทีเรียเหล่านี้โดยเฉพาะ ซึ่งใช้พวกมันเพื่อลดปริมาณที่เทียบเท่าในการแปลง CO 2 ที่ละลายในตัวกลางให้เป็นอะซิเตต

รูปที่ 5 การสังเคราะห์ด้วยแสงประดิษฐ์เป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีวัสดุนาโน ก - ในเครื่องปฏิกรณ์ IF จากบทความ CO 2 จะมีการบันทึกแบคทีเรียที่เติบโตใน "ป่านาโน" ของแท่งซิลิกอนที่เคลือบด้วย TiO 2 (ชั้น 30 นาโนเมตร) ป่านาโนนี้สร้างสภาวะไร้ออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับแบคทีเรีย และเพิ่มความหนาแน่นของพื้นผิวสัมผัสระหว่างแบคทีเรียกับตัวนำ ข - ด้วยวิธีการที่แตกต่างกันโดยพื้นฐาน ไม่ใช่แบคทีเรียที่วางอยู่บนเซมิคอนดักเตอร์ แต่เป็นเซมิคอนดักเตอร์ที่วางอยู่บนแบคทีเรีย ต้องขอบคุณเปลือก CdS ที่ทำให้แบคทีเรียที่ตายในแสงกลายเป็นสารสังเคราะห์แสง

TiO 2 nanoforest ทำหน้าที่หลายอย่างพร้อมกัน: ให้แบคทีเรียที่มีความหนาแน่นสูงเมื่อสัมผัสกัน, ปกป้องแบบไม่ใช้ออกซิเจน ส.โอวาตะจากออกซิเจนที่ละลายในสิ่งแวดล้อมและยังสามารถแปลงแสงเป็นไฟฟ้าช่วยแบคทีเรียแก้ไข CO 2

ส.โอวาตะ- แบคทีเรียที่มีเมแทบอลิซึมที่ยืดหยุ่นมากซึ่งปรับให้เข้ากับการเจริญเติบโตได้อย่างง่ายดายในโหมดที่เรียกว่าอิเล็กโตรโทรฟิก พวกเขาแก้ไข CO 2 ผ่านทางเดิน Wood-Ljungdahl ซึ่งใช้อะซิเตตเพียง 10% สำหรับการเจริญเติบโตของชีวมวล และ 90% ที่เหลือจะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อม

แต่อะซิเตทเองก็ไม่ได้มีคุณค่ามากนัก เพื่อแปลงให้เป็นสารที่ซับซ้อนและมีราคาแพงมากขึ้น จึงได้มีการนำสารดัดแปลงพันธุกรรมเข้าไปในเครื่องปฏิกรณ์ เอสเชอริเคีย โคไลสังเคราะห์บิวทานอล ไอโซพรีนอยด์ หรือโพลีไฮดรอกซีบิวทีเรตจากอะซิเตต สารสุดท้าย อี. โคไลผลิตผลให้ผลผลิตสูงสุด

ในส่วนของประสิทธิภาพของการติดตั้งทั้งหมดนั้นถือว่าต่ำมาก พลังงานแสงอาทิตย์เพียง 0.4% เท่านั้นที่สามารถแปลงเป็นอะซิเตตได้ และการแปลงอะซิเตตเป็นโพลีไฮดรอกซีบิวทีเรตเกิดขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ 50% โดยรวมแล้วพลังงานแสงสามารถกักเก็บอยู่ในรูปของอินทรียวัตถุได้เพียง 0.2% ซึ่งสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือวัตถุดิบในการผลิตสารเคมีต่อไปได้ นักพัฒนาพิจารณาว่าความสำเร็จหลักของพวกเขาคือการติดตั้งที่พวกเขาสร้างขึ้นนั้นสามารถนำไปใช้แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง การสังเคราะห์ทางเคมีโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงพื้นฐานในการออกแบบ นี่แสดงให้เห็นความคล้ายคลึงกับการสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติ โดยจากการดูดซึม CO 2 3-ฟอสโฟกลีเซอเรต ทุกชนิด อินทรียฺวัตถุ.

ในเทคโนโลยีทั้งสองที่อธิบายไว้ นักพัฒนาพยายามผสมผสานความเป็นเลิศของเซมิคอนดักเตอร์ในฐานะตัวดูดซับพลังงานแสงเข้ากับพลังตัวเร่งปฏิกิริยาของระบบชีวภาพ และผลลัพธ์ที่ได้ทั้งสองประการคือเซลล์เชื้อเพลิงแบบ "ย้อนกลับ" ซึ่งกระแสไฟฟ้าถูกใช้ในการสังเคราะห์สาร

ในแนวทางที่แตกต่างโดยพื้นฐาน แต่ละเซลล์จะถูกรวมเข้ากับเซมิคอนดักเตอร์ให้เป็นหนึ่งเดียว ดังนั้นเมื่อต้นปี 2559 มีการตีพิมพ์ผลงานซึ่งมีแบคทีเรียอะซิโตเจน มอเรลลา เทอร์โมอะซิติกาปลูกในสภาพแวดล้อมที่มีซิสเทอีนและแคดเมียมสูง เป็นผลให้มันมักจะตายในแสง เอ็ม. เทอร์โมอะซิติกาถูกปกคลุมไปด้วยเปลือกของ CdS (เซมิคอนดักเตอร์) และด้วยเหตุนี้ไม่เพียงแต่ได้รับการปกป้องจากดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่ยังกลายเป็นสารสังเคราะห์แสงอีกด้วย: อิเล็กตรอนจาก CdS เข้าสู่เส้นทาง Wood-Ljungdahl (รูปที่ 5 ข).

การทดลองกับแบคทีเรีย "หุ้มเกราะ" ดังกล่าวแสดงให้เห็นว่า CO 2 ได้รับการแก้ไขไม่เพียงในแสงเท่านั้น แต่ยังอยู่ในที่มืดด้วย (ขึ้นอยู่กับวงจรรายวัน) เหตุผลก็คือการสะสมของสารสังเคราะห์แสงในแสงในปริมาณที่เซลล์ไม่มีเวลาในการประมวลผล ข้อได้เปรียบหลักของแบคทีเรียดังกล่าวเมื่อเปรียบเทียบกับเซลล์ที่อธิบายไว้ข้างต้นคือการจัดระเบียบตนเอง สำหรับเซลล์ จำเป็นต้องเตรียมวัสดุนาโนและตัวเร่งปฏิกิริยาไว้ล่วงหน้า และชิ้นส่วนเหล่านี้จะเสื่อมสภาพตามกาลเวลาเท่านั้น เมื่อไร เอ็ม. เทอร์โมอะซิติกาหน่วยสังเคราะห์แสงแบ่งผลิตและซ่อมแซมทุกสิ่งที่ต้องการด้วยตนเองหากมีแคดเมียมและซิสเทอีนเพียงพอในสิ่งแวดล้อม แบคทีเรียเหล่านี้ยังไม่ได้รับการศึกษาว่าเป็นแหล่งเชื้อเพลิง แต่ในแง่ของปริมาณควอนตัมของการสังเคราะห์ด้วยแสง พวกมันไม่ได้ด้อยกว่าพืชเลย

ไม่นานเกินรอ...

เทคโนโลยี IF ยังอยู่ในขั้นตอนต้นแบบ แต่นักพัฒนามองเห็นขอบเขตที่ดีในการปรับให้เหมาะสม คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพเซมิคอนดักเตอร์ จุลินทรีย์ การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของแบคทีเรีย และตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ที่จับแสงได้ แต่ก่อนอื่นต้องแก้ไขปัญหาความมั่นคงก่อน ประสิทธิภาพของการติดตั้งที่ผลิตขึ้นจะลดลงอย่างเห็นได้ชัดหลังจากใช้งานเพียงไม่กี่วัน อุปกรณ์ที่เสร็จสมบูรณ์อย่างสมบูรณ์สำหรับ IF เช่นเดียวกับระบบสิ่งมีชีวิตอื่นๆ จะต้องสร้างใหม่และทำซ้ำได้เอง ในเรื่องนี้มีความน่าสนใจเป็นอย่างยิ่ง เอ็ม. เทอร์โมอะซิติกาซึ่งคุณสมบัติเหล่านี้นำไปใช้ได้ครบถ้วน

และถึงแม้ว่าตัวอย่างที่มีอยู่ยังห่างไกลจากความสมบูรณ์แบบ แต่งานในสาขา FI ก็มีคุณค่าโดยหลักๆ เพราะมันแสดงให้เห็นถึงความเป็นไปได้ขั้นพื้นฐานในการบูรณาการพลังงานแสงอาทิตย์เข้ากับโลกที่เครื่องยนต์ยึดครอง สันดาปภายใน. แน่นอนว่ากังหันลมและแผงโซลาร์เซลล์มีประสิทธิภาพสูงและครอบคลุมการใช้พลังงานในประเทศอุรุกวัยและเดนมาร์กเกือบทั้งหมดแล้ว และโรงไฟฟ้าพลังน้ำก็เป็นโหนดสำคัญในระบบโครงข่ายพลังงานของหลายประเทศ แต่ในกรณีส่วนใหญ่การเปลี่ยนเชื้อเพลิงด้วยไฟฟ้าจำเป็นต้องมีการปรับโครงสร้างเครือข่ายพลังงานใหม่ทั้งหมดและไม่สามารถทำได้เสมอไป

การพัฒนากองทุนที่ลงทุนเพิ่มเติมต้องใช้เงินลงทุนจำนวนมาก ใครๆ ก็สามารถจินตนาการได้ว่าบริษัทที่ผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ซึ่งนักอนาคตวิทยาคาดการณ์ว่าโลกจะมีอิทธิพลเหนือโลกในด้านพลังงานภายในปี 2573 จะสนใจในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ที่ยังใหม่และไม่มีประสบการณ์นี้ ณ จุดตัดของพลังงานชีวภาพ วัสดุศาสตร์ และวิศวกรรมนาโน ใครจะรู้ บางที IF จะไม่เกิดขึ้นทุกวันในอนาคต หรือบางทีการทำงานกับมันอาจเป็นแรงผลักดันให้เกิดพลังงานไฮโดรเจนหรือไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ชีวภาพ เรามีเวลาไม่นานที่จะรอรอดู

วรรณกรรม

1. ปิรามิดประชากรของโลกระหว่างปี 1950 ถึง 2100 (2013) PopulationPyramid.net;
2. คอร์ซินอฟ เอ็น. (2007)