Sunt plantele eficiente energetic?

de Gabriel Popkin și Neil Zimmerman
O versiune a acestui articol a fost publicată în buletinul informativ Potomac Vegetable Farms, ediția din septembrie 2009 (pdf), pp. 2-3.

gabriel

În zilele noastre auzim multe despre energie și majoritatea oamenilor cred că energia solară va juca un rol semnificativ în economia noastră energetică viitoare. Dar deja depindem de energia solară, deoarece soarele furnizează toată energia care intră în alimentele pe care le consumăm. Așa că ne-am gândit că ar putea fi interesant să ne întrebăm cât de mult din lumina soarelui care cade pe plante devine de fapt energie alimentară utilă.

După cum știți, fiecare legumă are propriul profil nutrițional. Unele, cum ar fi roșiile, nu conțin aproape calorii, în timp ce altele, cum ar fi porumbul, conțin un pumn caloric considerabil. Ne-am gândit că ar fi mai interesant să ne uităm la o legumă bogată în calorii, așa că am ales porumbul. Estimăm că o plantă de porumb ocupă un pătrat de pământ de aproximativ jumătate de metru lateral, dându-i o „amprentă” (amprentă rădăcină?) De 0,25 metri pătrați. Știm, de asemenea, că pământul este scăldat în 340 de wați pe metru pătrat (W/m ^ 2) de energie solară (în medie pe suprafața pământului) tot timpul - de aproape 8.000 de ori mai mult decât cererea totală de energie globală, chiar dacă am știut să o valorificăm. Știți cât de luminos este un bec de 100 de wați, așa că imaginați-vă 3.4 dintre acestea iluminând fiecare metru pătrat al planetei - asta este multă lumină!

Chiar și având în vedere toate acestea, planta noastră consumă multă energie - aproximativ 27.000 de calorii, de fapt. Dar știm că nu obținem 27.000 de calorii dintr-o spicul de porumb sau nu am putea descărca două sau trei la un grătar de după-amiază. De fapt, o spicul de porumb dulce are doar aproximativ 90 de calorii, așa că cumva se pierde un factor de 300 între energia solară care aterizează pe plantă și energia alimentară pe care o scoatem din ea. Unde merge totul?

Mai mult de jumătate din ea nu este niciodată absorbită de plantă, deoarece plantele absorb doar anumite tipuri de lumină. Soarele emite unde luminoase cu o gamă largă de lungimi de undă, de la infrarosu cu unde lungi la acele raze UV ​​cu unde scurte de care ne temem cu toții. Dar clorofila absoarbe mai ales lumina roșie și albastră, care reprezintă doar aproximativ o treime din radiația solară totală la nivelul mării. Acest lucru înseamnă că clorofila dintr-o plantă de porumb poate absorbi doar 9.000 de calorii ale soarelui în timpul vieții sale, dar totuși doar aproximativ 1% din acesta devine zahăr pe care îl putem mânca. Dar restul?

Un loc în care se îndreaptă multă energie este restul plantei de porumb. Porumbul poate avea o înălțime de aproximativ 5 până la 12 metri, iar marea majoritate a masei non-ape a plantei provine din dioxidul de carbon din aer care a fost transformat în zaharuri și amidonuri prin fotosinteză. Se pare că aproximativ jumătate din energia unei plante de porumb se află în tulpină și frunze, care sunt indigestibile pentru noi, deși oamenii de știință lucrează la dezvoltarea enzimelor care pot digera tulpinile de porumb, pentru a produce biocombustibili.

O altă considerație este că lumina nu este singura cerință pentru fotosinteză. Chiar și în cea mai strălucitoare zi, dacă temperatura este prea rece sau dacă concentrația locală de dioxid de carbon în apropierea unui câmp de porumb este prea scăzută, fotosinteza nu va proceda la fel de repede ca altfel, iar o anumită lumină va fi „irosită”. Fizicianul Freeman Dyson notează că „Un câmp de porumb care crește în plin soare la jumătatea zilei consumă tot dioxidul de carbon la un metru de sol în aproximativ cinci minute. Dacă aerul nu ar fi agitat în mod constant de curenții și vânturile de convecție, porumbul ar înceta să crească ”.

Un al treilea motiv pentru care majoritatea energiei solare nu ajunge ca hrană este că planta însăși consumă energie pentru a rămâne în viață. Chiar dacă plantele nu se mișcă așa cum fac animalele, ele transportă mineralele și fluidele în sus prin rădăcini, tulpini și frunze; construiesc molecule mari din blocuri mai mici; și au sisteme imune care luptă împotriva bolilor. Toate aceste lucruri iau energie și toată acea energie provine de la soare.

Alte sisteme de conversie a energiei pe care le-am putea privi sunt mașinile, care transformă aproximativ 20% din energia din benzină în mișcare; rețeaua electrică, care transformă aproximativ 13% din energia din cărbune sau uraniu în energie electrică la priză (din care o altă fracțiune este irosită de orice dispozitiv alimentați cu el); și vacile, care transformă aproximativ 4 până la 5% din energia pe care o consumă în alimente pe care le putem consuma, cel puțin conform unei surse care se uită la vitele din furaje. Cu vitele hrănite cu iarbă este posibil să nu ne pese atât de mult de acest număr, deoarece nu putem obține o singură calorie utilă direct din iarbă, iar vacile ne oferă un serviciu destul de mare transformându-l în ceva atât nutritiv, cât și delicios. Doar un alt motiv excelent pentru a mânca hrănit cu iarbă!

În cele din urmă, ne-am putea întreba cât de eficienți sunt propriile noastre corpuri. Probabil că nu ne pasă cât de multă energie alimentară este stocată în corpul uman, dar ne-ar putea interesa cât de multă energie alimentară pe care o consumăm este disponibilă pentru muncă utilă. Acest număr pare să se situeze la câteva puncte procentuale de 14%, calculat în medie pe parcursul unei zile, ceea ce înseamnă că, dacă avem o slujbă solicitantă fizic, folosim aproximativ una din șapte calorii pe care le consumăm pentru a face treabă, iar cealaltă șase pentru a menține temperatura corpului și alte activități metabolice - rămânând în viață, cu alte cuvinte.

O altă modalitate de a o privi este că, dacă ar fi să ne alimentăm în întregime din porumb, am folosi doar 1 din fiecare 2.100 de calorii de lumină solară care cad pe o plantă în creștere pentru a lucra. Este destul de rău, dar dacă mâncăm un hamburger de la o vacă din furaje, este și mai rău - folosim doar 1 din fiecare 42.000 de calorii de lumină solară care au căzut inițial pe plantele de porumb pe care le-a mâncat vaca! Vă puteți gândi la asta data viitoare când veți fi acolo încercând să aranjați lucrurile corect, astfel încât plantele respective să-și poată face minunatul lucru fotosintetic.