Bas Haring over de inefficiëntie van fotosynthese (2)

https://www.treehugger.com/

In mijn vorige blog betoogde ik dat Bas Haring appels met peren aan het vergelijken was toen hij de efficiëntie van fotosynthese met die van zonnecellen vergeleek. De enige overeenkomst tussen beide is dat ze iets doen met licht. Het belangrijkste verschil is dat planten koolstofverbindingen en zuurstof produceren, terwijl zonnecellen electriciteit produceren. Het grootste probleem met de vergelijking is dat Bas Haring fotosynthese met een technologisch-economische maatstaf meet.

theoretisch maximum

Een belangrijk begrip ontbrak in mijn vorige post: de theoretisch maximum effciëntie van fotosynthese. Dit theoretisch maximum wordt bepaald door fysiche natuurwetten. Daardoor is de maximaal haalbare efficiëntie altijd lager dan 100%. Het maximum haalbare is op verschillende manieren te berekenen. Ik geef de gegevens uit bron (1) in een tabel:

	C3 planten	C4 planten
limiet	4,6% (= 100%)	6 %  (=100%)
veld	3,5% (= 76%)	4,3% (=71%)
seizoen	2,4% (= 52%)	3,4% (=56%)

Als we het theoretisch maximum op 100% stellen, halen planten op korte termijn een fotosynthetische efficiëntie van 76% en 71% van het theoretisch maximum en over het hele seizoen 52% en 56% van het theoretisch maximum. Dat is dus helemaal niet slecht. Het is immers niet zinnig om 100% energie efficiëntie als maatstaf te nemen als dat fysisch helemaal niet kan. Evolutie (mutatie en selectie) kan nooit hoger komen dan wat de fysische wetten aan beperking opleggen. Een olifant kan niet vliegen. Dat ligt niet aan evolutie, maar aan de wetten van de fysica.

definitie

Er zijn andere definities van theoretisch maximum efficiëntie. Bron (2) vergelijkt de energie inhoud van de gebruikte fotonen met de energie inhoud van de geproduceerde koolstofverbinding en komt tot een theoretisch maximum van 27%. De aannames zijn: (1) alle fotonen worden geabsorbeerd door het blad, (2) ieder foton dat geabsorbeerd is wordt gebruikt voor fotosynthetische reactie, (3) de plant gebruikt alle energie voor het opbouwen van biomassa en geen energie om zichzelf in stand te houden. Dit is natuurlijk in de praktijk onrealistisch. Als je met realistische omstandigheden rekening houdt kom je op een efficiëntie van 10% volgens deze bron.

eerlijk

Natuurlijk, als je zonnecellen en fotosynthese op een eerlijke manier wilt vergelijken moet je óók de efficiëntie van zonnecellen als percentage van het maximaal haalbare uitdrukken. Dat is duidelijk. Mijn punt hier is dat een vergelijking met de theoretische limiet veel zinniger is dan de 1% efficiëntie van Bas Haring die hij met niets zinnigs vergelijkt. Er is een groot verschil met zonnecellen. Bij zonnecellen wordt bijvoorbeeld géén energie verbruikt om de zonnecel in stand te houden. De zin en onzin van vergelijkingen hangt af van de definitie van theoretisch maximum en hoe de efficiëntie in de praktijk gedefinieerd wordt.

evolutie

In de evolutietheorie telt reproductief succes: het aantal nakomelingen dat een individu produceert. Fotosynthese, en zelfs groeisnelheid, is maar één factor in het geheel. Fotosynthese is wel een belangrijke factor in de plantenwereld. Maar er zijn duizenden andere factoren die reproductief succes mede bepalen. Evolutionair gezien heb je niets aan fotosynthese als je je niet voortplant. Je mag dus niet verwachten dat fotosynthese gemaximaliseerd is.

Bronnen

1. IDENTIFYING AND MANIPULATING DETERMINANTS OF PHOTOSYNTHATE PRODUCTION AND PARTITIONING, United States Department of Agriculture (USDA), April 1, 2011 
2. Krassen Dimitrov (2007) GreenFuel Technologies: A Case Study for Industrial Photosynthetic Energy Capture.