Wanneer planten water uit hun wortels halen om hun stengels en bladeren te voeden, produceren ze een elektrisch potentieel dat kan worden benut als hernieuwbare energiebron. Maar net als alle levende wezens zijn planten onderworpen aan een circadiaans ritme:de biologische klok die dag- en nachtcycli doorloopt en biologische processen beïnvloedt. Bij planten omvat deze dagelijkse cyclus het opvangen van lichtenergie voor fotosynthese en het opnemen van water en voedingsstoffen uit de bodem gedurende de dag en het vertragen van de groeiprocessen 's nachts.

In een studie die deze week is gepubliceerd in Physics of Fluids , hebben onderzoekers van het Indian Institute of Technology Kharagpur gedetailleerd beschreven hoe biologische processen spanning in planten produceren en de impact van de cyclische dag- en nachtveranderingen op deze spanning.

"Dit streamingpotentieel, in wezen een gevolg van de natuurlijke energie die in de fabriek wordt verzameld, biedt een hernieuwbare energiebron die continu is en over lange perioden duurzaam kan zijn", aldus auteur Suman Chakraborty. "De vraag die we wilden beantwoorden was hoeveel potentieel de plant kan produceren, en hoe wordt het elektrische potentieel beïnvloed door de biologische klok van de plant?"

Om daar achter te komen, plaatsten de auteurs elektroden in de stengels van waterhyacinten en bevestigden ze reservoirs met elektroden aan stukjes geluksbamboe om nauwkeurig te onderzoeken hoe de elektrische potentiaal verandert afhankelijk van het type ionen, de ionenconcentratie en de pH van de vloeistof die door de planten stroomt. .

"Ons eureka-moment was toen onze eerste experimenten aantoonden dat het mogelijk is om elektriciteit te produceren in een cyclisch ritme en het precieze verband tussen dit en het inherente dagelijkse ritme van de plant," zei Chakraborty. "We zouden precies kunnen vaststellen hoe dit verband houdt met de transpiratie van water en de ionen die de plant transporteert via de opstijging van sap."

De studie kwantificeerde de spanningsrespons die voortkomt uit de beweging van ionen door de paden van de plant, die op unieke wijze aansluiten bij het dagelijkse ritme van de plant. De auteurs ontdekten dat planten de vloeistof- of sapstroom actief kunnen modereren, synchroon met de dag- en nachtcycli. Ze ontdekten ook dat het elektrische stromingspotentieel toeneemt met een lagere ionenconcentratie of een hogere pH in de vloeistof.

"We hebben niet alleen het elektrische ritme van de fabriek herontdekt, door het te verwoorden in termen van spanningen en stromen, maar we hebben ook inzicht gegeven in het mogelijk op duurzame wijze aftappen van de elektrische stroomopbrengst van planten, zonder gevolgen voor het milieu en zonder verstoring van het ecosysteem", aldus Chakraborty. .

“De bevindingen zouden kunnen helpen bij het ontwikkelen van biomimetische, op de natuur geïnspireerde systemen die de mondiale energiecrisis kunnen aanpakken met een milieuvriendelijke, duurzame oplossing waarbij het planten van een boom niet alleen de crises van klimaatverandering en afnemende milieukwaliteit verlicht, maar ook een manier biedt om om er elektriciteit uit te halen."