แบบฟอร์มเก็บพลังงานในร่างกาย วิธีการจัดเก็บและประหยัดพลังงานจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน การจัดเก็บพลังงานเคมี

จากอาหารที่เราบริโภคเข้าไป พลังงานจะถูกสร้างขึ้น ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานทั้งหมดของร่างกายของเรา ตั้งแต่การเดิน ความสามารถในการพูด ไปจนถึงการย่อยอาหารและการหายใจ แต่ทำไมเรามักบ่นว่าไม่มีเรี่ยวแรง หงุดหงิดง่าย หรือเซื่องซึม? คำตอบอยู่ที่อาหารที่เรากินทุกวัน

การผลิตไฟฟ้า

นอกจากน้ำและอากาศแล้ว ร่างกายของเราต้องการอาหารหมุนเวียนอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งให้พลังงานสำรองที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหว การหายใจ การควบคุมอุณหภูมิ การทำงานของหัวใจ การไหลเวียนโลหิต และการทำงานของสมอง น่าแปลกที่สมองของเรายังใช้พลังงานประมาณ 50% ที่สะสมจากอาหารที่เรากินเข้าไป โดยการใช้พลังงานจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงที่มีความเข้มข้นสูง กิจกรรมของสมองเช่น ระหว่างสอบ การแปรรูปอาหารเป็นพลังงานเกิดขึ้นได้อย่างไร?

ในกระบวนการย่อยอาหาร ตามที่อธิบายไว้ในรายละเอียดเพิ่มเติมในส่วนที่เกี่ยวข้อง (-79) อาหารจะถูกแยกย่อยออกเป็นโมเลกุลกลูโคสแต่ละโมเลกุล ซึ่งจะเข้าสู่กระแสเลือดผ่านทางผนังลำไส้ ด้วยกระแสเลือด กลูโคสจะถูกส่งไปยังตับ ซึ่งจะถูกกรองและเก็บไว้สำรอง ต่อมใต้สมอง (ต่อมในสมอง การหลั่งภายใน) ส่งสัญญาณไปยังตับอ่อนและต่อมไทรอยด์เพื่อปล่อยฮอร์โมนที่บังคับให้ตับปล่อยกลูโคสที่สะสมเข้าสู่กระแสเลือด หลังจากนั้นเลือดจะส่งไปยังอวัยวะและกล้ามเนื้อที่ต้องการ

เมื่อไปถึงอวัยวะที่ต้องการแล้ว โมเลกุลของกลูโคสจะแทรกซึมเข้าไปในเซลล์ โดยที่พวกมันจะถูกแปลงเป็นแหล่งพลังงาน ซึ่งเซลล์พร้อมใช้งาน ดังนั้นกระบวนการให้พลังงานแก่อวัยวะอย่างต่อเนื่องขึ้นอยู่กับระดับน้ำตาลในเลือด

เพื่อที่จะเพิ่มพลังงานสำรองของร่างกาย เราต้องกินอาหารบางประเภท โดยเฉพาะอาหารที่สามารถเพิ่มระดับการเผาผลาญและรักษาระดับพลังงานที่ต้องการได้ เพื่อให้เข้าใจว่าทั้งหมดนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร ให้พิจารณาคำถามต่อไปนี้:

อาหารแปลงเป็นพลังงานได้อย่างไร?

มีไมโตคอนเดรียในทุกเซลล์ในร่างกายของเรา ที่นี่ ส่วนประกอบที่ประกอบเป็นผลิตภัณฑ์อาหารได้รับการเปลี่ยนแปลงทางเคมีหลายครั้ง ส่งผลให้เกิดการก่อตัวของพลังงาน แต่ละเซลล์ในกรณีนี้คือโรงไฟฟ้าขนาดเล็ก น่าแปลกที่จำนวนไมโตคอนเดรียในแต่ละเซลล์ขึ้นอยู่กับความต้องการพลังงาน ด้วยการออกกำลังกายเป็นประจำจะเพิ่มพลังงานให้มากขึ้นตามต้องการ ในทางกลับกัน การใช้ชีวิตอยู่ประจำทำให้การผลิตพลังงานลดลง และทำให้จำนวนไมโตคอนเดรียลดลง การแปลงเป็นพลังงานต้องใช้สารอาหารที่แตกต่างกัน ซึ่งแต่ละธาตุจะกำหนดขั้นตอนต่างๆ ในกระบวนการรับพลังงาน (ดู อาหารให้พลังงาน) ดังนั้น อาหารที่บริโภคไม่ควรเพียงน่าพอใจ แต่ยังมีสารอาหารทุกประเภทที่จำเป็นสำหรับการผลิตพลังงาน เช่น คาร์โบไฮเดรต โปรตีน และไขมัน

เป็นสิ่งสำคัญมากที่จะจำกัดเนื้อหาในอาหารของผลิตภัณฑ์ที่ใช้พลังงานหรือขัดขวางการจัดรูปแบบ ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวทั้งหมดกระตุ้นการหลั่งฮอร์โมนอะดรีนาลีน

การรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้คงที่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับร่างกายในการทำงานอย่างถูกต้อง (ดู การรักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้เป็นปกติ - 46) เพื่อจุดประสงค์นี้ ขอแนะนำให้เลือกอาหารที่มีดัชนีน้ำตาลต่ำ การเพิ่มโปรตีนและไฟเบอร์ลงในอาหารหรือของว่างทุกมื้อ คุณสามารถช่วยสร้างพลังงานที่คุณต้องการได้

คาร์โบไฮเดรตและกลูโคส

พลังงานที่เราสกัดจากอาหารมาจากคาร์โบไฮเดรตมากกว่าโปรตีนหรือไขมัน คาร์โบไฮเดรตจะเปลี่ยนเป็นกลูโคสได้ง่ายกว่าและเป็นแหล่งพลังงานที่สะดวกที่สุดสำหรับร่างกาย

สามารถใช้กลูโคสจนหมดความต้องการพลังงานได้ทันที หรือเก็บไว้ในตับและกล้ามเนื้อ มันถูกเก็บไว้ในรูปแบบของไกลโคเจนซึ่งถ้าจำเป็นจะถูกแปลงเป็นอีกครั้งได้อย่างง่ายดาย ในกลุ่มอาการสู้หรือหนีไฟ (ดู) ไกลโคเจนจะถูกปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดเพื่อให้ร่างกายได้รับพลังงานเพิ่มเติม ไกลโคเจนถูกเก็บไว้ในรูปแบบที่ละลายน้ำได้

โปรตีนต้องสมดุลกับคาร์โบไฮเดรต

แม้ว่าคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับทุกคน แต่อัตราส่วนของคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับความต้องการและนิสัยของแต่ละบุคคล อัตราส่วนที่เหมาะสมที่สุดจะถูกเลือกเป็นรายบุคคลโดยการลองผิดลองถูก แต่คุณสามารถดูข้อมูลที่แสดงในตารางในหน้า 43 ได้

ระวังด้วยโปรตีน เพิ่มคาร์โบไฮเดรตเชิงซ้อนคุณภาพสูงเข้าไปเสมอ เช่น ผักหรือธัญพืชที่มีเนื้อแน่น ความเด่นของอาหารที่มีโปรตีนนำไปสู่การเป็นกรดของสภาพแวดล้อมภายในร่างกายในขณะที่ควรมีความเป็นด่างเล็กน้อย ระบบการควบคุมตนเองภายในช่วยให้ร่างกายกลับสู่สถานะอัลคาไลน์โดยการปล่อยแคลเซียมออกจากกระดูก ในที่สุดสิ่งนี้สามารถทำลายโครงสร้างของกระดูกซึ่งนำไปสู่โรคกระดูกพรุนซึ่งมักจะเกิดกระดูกหัก

เครื่องดื่มเพื่อสุขภาพและของขบเคี้ยวที่มีกลูโคสให้พลังงานอย่างรวดเร็ว แต่ผลที่ได้คืออายุสั้น นอกจากนี้ยังมาพร้อมกับการสูญเสียพลังงานสำรองที่สะสมโดยร่างกาย ในระหว่างการเล่นกีฬา คุณใช้พลังงานเป็นจำนวนมาก ดังนั้นคุณสามารถ "เติมเชื้อเพลิง" ด้วยเต้าหู้ที่มีผลเบอร์รี่สดอยู่ข้างหน้าได้

อาหารอร่อย อารมณ์ดี

ลองเพิ่มปริมาณโปรตีนของคุณเล็กน้อยในขณะที่ลดคาร์โบไฮเดรตของคุณ หรือในทางกลับกัน จนกว่าคุณจะระบุระดับพลังงานที่เหมาะสมที่สุดของคุณ

ความต้องการพลังงานตลอดชีวิต

ความต้องการพลังงานเพิ่มเติมเกิดขึ้นในตัวเราในช่วงต่างๆของชีวิต ยกตัวอย่างเช่น ในวัยเด็ก พลังงานเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเติบโตและการเรียนรู้ ในวัยรุ่น สำหรับการเปลี่ยนแปลงของฮอร์โมนและร่างกายในช่วงวัยแรกรุ่น ในระหว่างตั้งครรภ์ ความต้องการพลังงานเพิ่มขึ้นในทั้งแม่และลูกในครรภ์ และด้วยความเครียด พลังงานส่วนเกินจะถูกใช้ไปตลอดชีวิต นอกจากนี้คนที่กระตือรือร้นต้องการพลังงานมากกว่าคนธรรมดา

ขโมยพลังงาน

มันสำคัญมากที่จะต้องจำกัดเนื้อหาในอาหารของอาหารที่ใช้พลังงานหรือรบกวนการก่อตัวของอาหาร ซึ่งรวมถึงเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ชา กาแฟ และเครื่องดื่มที่มีฟอง ตลอดจนเค้ก บิสกิต และขนมหวาน อาหารทั้งหมดเหล่านี้กระตุ้นการหลั่งฮอร์โมนอะดรีนาลีนซึ่งผลิตในต่อมหมวกไต อะดรีนาลีนถูกสร้างขึ้นอย่างรวดเร็วที่สุดในกลุ่มอาการที่เรียกว่าไฟท์-ออร์-ไฟท์ เมื่อมีบางสิ่งคุกคามเรา การหลั่งอะดรีนาลีนทำให้ร่างกายเคลื่อนไหว หัวใจเริ่มเต้นเร็วขึ้น ปอดดูดซับอากาศมากขึ้น ตับปล่อยกลูโคสเข้าสู่กระแสเลือดมากขึ้น และเลือดจะไหลเวียนไปยังจุดที่ต้องการมากที่สุด เช่น ขา การผลิตอะดรีนาลีนที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการได้รับสารอาหารที่เพียงพอ อาจทำให้รู้สึกเหนื่อยล้าอย่างต่อเนื่อง

ความเครียดยังถือเป็นหนึ่งในตัวขโมยพลังงาน เนื่องจากความเครียดจะปล่อยกลูโคสที่สะสมไว้ออกจากตับและกล้ามเนื้อ ส่งผลให้พลังงานระเบิดในระยะสั้นและมีอาการเหนื่อยล้าเป็นเวลานาน

พลังงานและอารมณ์

ในกลุ่มอาการไฟท์หรือบิน ไกลโคเจน (คาร์โบไฮเดรตที่เก็บไว้) เดินทางจากตับเข้าสู่กระแสเลือด ส่งผลให้ระดับน้ำตาลในเลือดสูง ด้วยเหตุนี้ ความเครียดที่ยืดเยื้ออาจส่งผลร้ายแรงต่อระดับน้ำตาลในเลือด คาเฟอีนและนิโคตินมีผลเช่นเดียวกัน หลังส่งเสริมการหลั่งของฮอร์โมนสองคอร์ติโซนและอะดรีนาลีนซึ่งขัดขวางกระบวนการย่อยอาหารและทำให้ตับปล่อยไกลโคเจนที่เก็บไว้

อาหารที่อุดมด้วยพลังงาน

สารอาหารที่ให้พลังงานสูงที่สุดคืออาหารที่มีวิตามิน B เชิงซ้อน ได้แก่ B1, B2, B3, B5, B6, B12, B9 (กรดโฟลิก) และไบโอติน ทั้งหมดนี้พบได้มากในธัญพืชลูกเดือย บัควีท ข้าวไรย์ คีนัว (ธัญพืชจากอเมริกาใต้ที่ได้รับความนิยมอย่างมากในแถบตะวันตก) ข้าวโพด และข้าวบาร์เลย์ ในการงอกของเมล็ดธัญพืช ค่าพลังงานจะเพิ่มขึ้นหลายเท่าตัว - คุณค่าทางโภชนาการของต้นกล้าจะเพิ่มขึ้นโดยเอ็นไซม์ที่ส่งเสริมการเจริญเติบโต วิตามินบีหลายชนิดยังพบได้ในสมุนไพรสด

วิตามินซีซึ่งมีอยู่ในผลไม้ (เช่น ส้ม) และผัก (มันฝรั่ง พริก) ก็มีความสำคัญต่อพลังงานของร่างกายเช่นกัน แมกนีเซียมซึ่งมีมากในผักใบเขียว ถั่วและเมล็ดพืช สังกะสี (ไข่แดง, ปลา, เมล็ดทานตะวัน); ธาตุเหล็ก (เมล็ดพืช, เมล็ดฟักทอง, ถั่ว); ทองแดง (เปลือกถั่วบราซิล ข้าวโอ๊ต ปลาแซลมอน เห็ด) และโคเอ็นไซม์ Q10 ซึ่งพบในเนื้อวัว ปลาซาร์ดีน ผักโขม และถั่วลิสง

รักษาระดับน้ำตาลในเลือดให้เป็นปกติ

คุณต้องตื่นนอนตอนเช้าด้วยอารมณ์ไม่ดี รู้สึกเซื่องซึม เหนื่อยล้า และรู้สึกว่าจำเป็นต้องนอนต่ออีกสักชั่วโมงหรือสองชั่วโมงอย่างเร่งด่วนบ่อยแค่ไหน? และชีวิตดูเหมือนจะไม่มีความสุข หรือบางที ถูกทรมานก่อนเที่ยง คุณสงสัยว่าจะทำเป็นมื้อเที่ยงได้ไหม ยิ่งแย่ลงไปอีกเมื่อคุณเหนื่อยในตอนบ่าย จนถึงสิ้นวัน และคุณไม่รู้ว่าจะกลับถึงบ้านอย่างไร และท้ายที่สุดคุณยังต้องทำอาหารเย็น แล้ว - กิน และอย่าถามตัวเองว่า: "พระองค์เจ้าข้า และกำลังสุดท้ายหายไปไหน"

ความเหนื่อยล้าและการขาดพลังงานอย่างต่อเนื่องอาจเกิดจากหลายสาเหตุ แต่ส่วนใหญ่มักเป็นผลมาจากการรับประทานอาหารที่ไม่ดีและ/หรือภาวะโภชนาการที่ไม่สม่ำเสมอ ตลอดจนการใช้สารกระตุ้นในทางที่ผิดที่ช่วย "ยึดมั่น"

อาการซึมเศร้า ความหงุดหงิด และอารมณ์แปรปรวน ร่วมกับกลุ่มอาการก่อนมีประจำเดือน ความโกรธ ความวิตกกังวล และความกังวลใจ อาจเป็นผลมาจากความไม่สมดุลในการผลิตพลังงาน ภาวะทุพโภชนาการ และการรับประทานอาหารตามแฟชั่นบ่อยๆ

เมื่อได้รับแนวคิดเกี่ยวกับวิธีการสร้างพลังงานในร่างกายของเราและจากสิ่งที่สร้างพลังงานในร่างกายของเรา เราก็สามารถเพิ่มพลังงานของเราได้อย่างรวดเร็ว ซึ่งจะไม่เพียงรักษาประสิทธิภาพและอารมณ์ดีตลอดทั้งวัน แต่ยังช่วยให้นอนหลับสนิทในเวลากลางคืน

นิเวศวิทยาการบริโภค วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี หนึ่งในปัญหาหลักของพลังงานทดแทนคือการจัดหาพลังงานทดแทนที่ไม่สม่ำเสมอ มาพิจารณากันว่ามันเป็นไปได้ที่จะสะสมประเภทของพลังงานได้อย่างไร (แม้ว่าสำหรับการใช้งานจริง เราจะต้องแปลงพลังงานสะสมเป็นไฟฟ้าหรือเป็นความร้อน)

ปัญหาหลักประการหนึ่งของพลังงานทดแทนคือการจัดหาพลังงานทดแทนที่ไม่สม่ำเสมอ ดวงอาทิตย์ส่องแสงเฉพาะในตอนกลางวันและในสภาพอากาศที่ไม่มีเมฆ ลมจะพัดหรือดับ และความต้องการใช้ไฟฟ้าไม่คงที่ เช่น ใช้ไฟน้อยลงในตอนกลางวัน และมากขึ้นในตอนเย็น และคนชอบเมื่อเมืองและหมู่บ้านถูกน้ำท่วมด้วยแสงไฟในเวลากลางคืน หรืออย่างน้อยก็มีเพียงถนนเท่านั้นที่สว่างไสว ดังนั้นงานจึงเกิดขึ้น - เพื่อประหยัดพลังงานที่ได้รับในบางครั้งเพื่อใช้เมื่อมีความจำเป็นสูงสุดและใบเสร็จไม่เพียงพอ

พลังงานมี 6 ประเภทหลัก: ความโน้มถ่วง เชิงกล ความร้อน เคมี แม่เหล็กไฟฟ้า และนิวเคลียร์ ถึงตอนนี้ มนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะสร้างแบตเตอรี่เทียมสำหรับพลังงานห้าประเภทแรก ดังนั้นเราจะพิจารณาว่าเป็นไปได้ที่จะสะสมและจัดเก็บพลังงานแต่ละประเภทเหล่านี้ได้อย่างไร (แม้ว่าสำหรับการใช้งานจริง เราจะต้องแปลงพลังงานสะสมเป็นไฟฟ้าหรือเป็นความร้อน)

ตัวสะสมพลังงานโน้มถ่วง

ในตัวสะสมประเภทนี้ ในขั้นตอนของการสะสมพลังงาน โหลดจะเพิ่มขึ้น สะสมพลังงานศักย์ และลดลงในเวลาที่เหมาะสม ส่งคืนพลังงานนี้อย่างมีประโยชน์ การใช้ของแข็งหรือของเหลวเป็นภาระทำให้การออกแบบแต่ละประเภทมีลักษณะเฉพาะ ตำแหน่งกลางระหว่างพวกเขาถูกครอบครองโดยการใช้สารจำนวนมาก (ทราย, ตะกั่ว, ลูกเหล็กขนาดเล็ก ฯลฯ )

การจัดเก็บพลังงานโซลิดสเตตแรงโน้มถ่วง

สาระสำคัญของการจัดเก็บเชิงกลไกของแรงโน้มถ่วงคือภาระบางอย่างเพิ่มขึ้นถึงความสูงและถูกปล่อยออกมาในเวลาที่เหมาะสม บังคับให้แกนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหมุนไปตลอดทาง ตัวอย่างของการดำเนินการตามวิธีการกักเก็บพลังงานนี้คืออุปกรณ์ที่เสนอโดยบริษัท Advanced Rail Energy Storage (ARES) ในแคลิฟอร์เนีย แนวคิดง่ายๆ คือ ในช่วงเวลาที่แผงโซลาร์เซลล์และกังหันลมผลิตพลังงานจำนวนมาก รถม้าหนักพิเศษจะถูกขับเคลื่อนขึ้นไปบนภูเขาโดยใช้มอเตอร์ไฟฟ้า ในเวลากลางคืนและในตอนเย็น เมื่อมีแหล่งพลังงานไม่เพียงพอสำหรับผู้บริโภค รถจะดับ และมอเตอร์ซึ่งทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะส่งพลังงานที่เก็บไว้กลับคืนสู่โครงข่าย

ไดรฟ์เชิงกลเกือบทั้งหมดของคลาสนี้มีการออกแบบที่เรียบง่าย จึงมีความน่าเชื่อถือสูงและอายุการใช้งานยาวนาน ระยะเวลาในการจัดเก็บพลังงานที่เก็บไว้ครั้งเดียวนั้นแทบไม่จำกัดในทางปฏิบัติ เว้นแต่ว่าโหลดและองค์ประกอบโครงสร้างจะพังเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากอายุมากหรือการกัดกร่อน

พลังงานที่สะสมอยู่ในของแข็งยกสามารถปลดปล่อยออกมาได้ในเวลาอันสั้น ข้อ จำกัด ของพลังงานที่ได้รับจากอุปกรณ์ดังกล่าวถูกกำหนดโดยความเร่งของแรงโน้มถ่วงเท่านั้นซึ่งกำหนดอัตราสูงสุดของการเพิ่มความเร็วของน้ำหนักที่ตกลงมา

น่าเสียดายที่การใช้พลังงานจำเพาะของอุปกรณ์ดังกล่าวต่ำและถูกกำหนดโดยสูตรคลาสสิก E = m · g · h ดังนั้นเพื่อเก็บพลังงานเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำ 1 ลิตรจาก 20 ° C ถึง 100 ° C จำเป็นต้องยกสินค้าหนึ่งตันอย่างน้อย 35 เมตร (หรือ 10 ตันต่อ 3.5 เมตร) ดังนั้นเมื่อจำเป็นต้องเก็บพลังงานมากขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่ความจำเป็นในการสร้างเทอะทะทันที และเป็นผลที่ตามมาอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ โครงสร้างราคาแพง

ข้อเสียของระบบดังกล่าวคือเส้นทางที่ขนส่งสินค้าจะต้องเป็นอิสระและค่อนข้างตรงและจำเป็นต้องแยกความเป็นไปได้ที่สิ่งของคนและสัตว์จะตกลงไปในพื้นที่นี้โดยไม่ได้ตั้งใจ

การจัดเก็บของเหลวความโน้มถ่วง

เมื่อใช้ของเหลว ไม่จำเป็นต้องสร้างเพลาตรงที่มีส่วนขนาดใหญ่ตลอดความสูงยก ซึ่งแตกต่างจากตุ้มน้ำหนักที่เป็นของแข็ง - ของเหลวเคลื่อนที่ไปตามท่อโค้งได้อย่างสมบูรณ์แบบ ซึ่งส่วนที่ควรจะเพียงพอสำหรับการไหลของการออกแบบสูงสุดเท่านั้นที่จะผ่านไปได้ พวกเขา. ดังนั้นอ่างเก็บน้ำบนและล่างไม่จำเป็นต้องอยู่ใต้อีกอันหนึ่ง แต่สามารถแยกจากกันด้วยระยะทางที่มากพอ

โรงไฟฟ้าจัดเก็บแบบสูบน้ำ (PSPP) อยู่ในกลุ่มนี้

นอกจากนี้ยังมีตัวสะสมพลังงานโน้มถ่วงขนาดเล็กด้วยไฮดรอลิก ขั้นแรก เราสูบน้ำ 10 ตันจากอ่างเก็บน้ำใต้ดิน (บ่อน้ำ) ลงในภาชนะบนหอคอย จากนั้นน้ำจากถังภายใต้การกระทำของแรงโน้มถ่วงจะไหลกลับเข้าไปในถังโดยหมุนกังหันด้วยเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อายุการใช้งานของไดรฟ์ดังกล่าวอาจมีอายุ 20 ปีขึ้นไป ข้อดี: เมื่อใช้กังหันลม กังหันลมสามารถขับเคลื่อนปั๊มน้ำได้โดยตรง น้ำจากถังบนหอคอยสามารถใช้สำหรับความต้องการอื่นๆ

น่าเสียดายที่ระบบไฮดรอลิกบำรุงรักษาในสภาพทางเทคนิคที่เหมาะสมได้ยากกว่าระบบโซลิดสเตต - อย่างแรกเลย สิ่งนี้เกี่ยวข้องกับความรัดกุมของถังและท่อส่ง และความสามารถในการซ่อมบำรุงของอุปกรณ์ปิดและสูบน้ำ และอีกหนึ่งเงื่อนไขที่สำคัญ - ในช่วงเวลาของการสะสมและการใช้พลังงาน ของไหลทำงาน (อย่างน้อย ส่วนใหญ่ค่อนข้างมาก) จะต้องอยู่ในสถานะการรวมตัวของของเหลว และไม่อยู่ในรูปของน้ำแข็งหรือไอน้ำ แต่บางครั้งในอุปกรณ์จัดเก็บดังกล่าวสามารถรับพลังงานฟรีเพิ่มเติมได้เช่นเมื่อเติมอ่างเก็บน้ำด้านบนด้วยการละลายหรือน้ำฝน

การจัดเก็บพลังงานกล

พลังงานกลปรากฏขึ้นในระหว่างการโต้ตอบ การเคลื่อนไหวของร่างกายหรืออนุภาค ซึ่งรวมถึงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนไหวหรือการหมุนของร่างกาย พลังงานของการเปลี่ยนรูประหว่างการดัด การยืด การบิด การอัดตัวยืดหยุ่น (สปริง)

การจัดเก็บพลังงานไจโรสโคปิก

ในอุปกรณ์จัดเก็บแบบไจโรสโคปิก พลังงานจะถูกจัดเก็บในรูปของพลังงานจลน์ของมู่เล่ที่หมุนอย่างรวดเร็ว พลังงานจำเพาะที่เก็บไว้สำหรับแต่ละกิโลกรัมของน้ำหนักมู่เล่นั้นสูงกว่าที่สามารถเก็บไว้ในกิโลกรัมของโหลดแบบสถิตได้มาก แม้ว่าจะยกขึ้นที่สูงมากๆ และการพัฒนาเทคโนโลยีขั้นสูงล่าสุดจะให้ความหนาแน่นของพลังงานที่เก็บไว้เทียบเคียงได้ จนถึงปริมาณพลังงานเคมีต่อหน่วยมวลของเชื้อเพลิงเคมีที่มีประสิทธิภาพสูงสุด

ข้อดีอีกอย่างของมู่เล่คือความสามารถในการคืนหรือรับกำลังที่สูงมากอย่างรวดเร็ว โดยจำกัดเฉพาะความต้านทานแรงดึงของวัสดุในกรณีของการส่งกำลังทางกลหรือ "ปริมาณงาน" ของการส่งสัญญาณไฟฟ้า นิวแมติกหรือไฮดรอลิก

น่าเสียดายที่มู่เล่มีความอ่อนไหวต่อการกระแทกและบิดในระนาบอื่นนอกเหนือจากระนาบของการหมุน เนื่องจากสิ่งนี้จะสร้างโหลดไจโรสโคปิกขนาดใหญ่ที่มีแนวโน้มจะทำให้แกนงอ นอกจากนี้ ระยะเวลาในการจัดเก็บพลังงานที่เก็บไว้ในมู่เล่ยังค่อนข้างสั้น และสำหรับการออกแบบทั่วไปโดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ไม่กี่วินาทีจนถึงหลายชั่วโมง นอกจากนี้ การสูญเสียพลังงานอันเนื่องมาจากการเสียดสีจะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเกินไป ... อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีสมัยใหม่ทำให้สามารถเพิ่มเวลาในการจัดเก็บได้อย่างมาก - สูงสุดหลายเดือน

สุดท้าย อีกช่วงเวลาที่ไม่น่าพอใจ - พลังงานที่เก็บไว้โดยมู่เล่นั้นขึ้นอยู่กับความเร็วในการหมุนของมันโดยตรง ดังนั้น เมื่อพลังงานสะสมหรือปล่อยออกมา ความเร็วในการหมุนจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ในเวลาเดียวกัน การโหลดมักต้องการความเร็วในการหมุนที่เสถียร ไม่เกินหลายพันรอบต่อนาที ด้วยเหตุนี้ ระบบกลไกล้วนๆ สำหรับส่งกำลังเข้าและออกจากมู่เล่จึงซับซ้อนเกินกว่าจะผลิตได้ บางครั้งระบบส่งกำลังแบบเครื่องกลไฟฟ้าสามารถทำให้สถานการณ์ง่ายขึ้นโดยใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่อยู่บนเพลาเดียวกันกับมู่เล่หรือกระปุกเกียร์แบบแข็งที่เกี่ยวข้อง แต่การสูญเสียพลังงานจากลวดความร้อนและขดลวดเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งอาจมากกว่าการสูญเสียแรงเสียดทานและการเลื่อนหลุดของตัวแปรที่ดี

สิ่งที่น่ายินดีอย่างยิ่งคือสิ่งที่เรียกว่าซุปเปอร์มู่เล่ ซึ่งประกอบด้วยเทปเหล็ก ลวด หรือเส้นใยสังเคราะห์ที่มีความแข็งแรงสูง ขดลวดอาจมีความหนาแน่นสูง หรืออาจมีพื้นที่ว่างเหลือไว้เป็นพิเศษก็ได้ ในกรณีหลัง เมื่อมู่เล่คลายตัว เทปจะเปลี่ยนจากจุดศูนย์กลางไปยังขอบของการหมุน เปลี่ยนโมเมนต์ความเฉื่อยของมู่เล่ และหากเทปเป็นสปริง ก็จะเก็บพลังงานส่วนหนึ่งไว้ในการเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่น พลังงานของสปริง ด้วยเหตุนี้ ในมู่เล่ดังกล่าว ความเร็วในการหมุนจึงไม่สัมพันธ์โดยตรงกับพลังงานที่เก็บไว้มากนัก และมีความเสถียรมากกว่าโครงสร้างแข็งแบบธรรมดาที่สุด และการใช้พลังงานของพวกมันก็สูงขึ้นอย่างเห็นได้ชัด

นอกจากความเข้มของพลังงานที่มากขึ้นแล้ว ยังปลอดภัยกว่าในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุต่างๆ เนื่องจากไม่เหมือนกับชิ้นส่วนของมู่เล่เสาหินขนาดใหญ่ ในพลังงานและพลังทำลายล้างที่เทียบได้กับลูกกระสุนปืนใหญ่ ชิ้นส่วนของสปริงมี "อัตราตาย" ที่ต่ำกว่ามาก และ มักจะทำให้มู่เล่ระเบิดช้าลงอย่างมีประสิทธิภาพเนื่องจากแรงเสียดทานกับผนังของร่างกาย ด้วยเหตุผลเดียวกัน มู่เล่ที่เป็นของแข็งสมัยใหม่ ซึ่งได้รับการออกแบบมาให้ทำงานในโหมดที่ใกล้เคียงกับการกระจายความแข็งแรงของวัสดุ มักทำขึ้นไม่ใช่แบบเสาหิน แต่ทอจากเชือกหรือเส้นใยที่ชุบด้วยสารยึดเกาะ

การออกแบบที่ทันสมัยพร้อมช่องหมุนสุญญากาศและระบบกันสะเทือนแบบแม่เหล็กของมู่เล่ซุปเปอร์ที่ทำจากเส้นใยเคฟลาร์ให้ความหนาแน่นของพลังงานที่เก็บไว้มากกว่า 5 MJ / kg และสามารถเก็บพลังงานจลน์เป็นเวลาหลายสัปดาห์หรือหลายเดือน ตามการประมาณการในแง่ดี การใช้เส้นใย "ซูเปอร์คาร์บอน" ที่แข็งแรงมากสำหรับการพันรอบจะเพิ่มความเร็วในการหมุนและความหนาแน่นจำเพาะของพลังงานที่เก็บไว้หลายเท่า - มากถึง 2-3 GJ / kg (พวกเขาสัญญาว่าจะหมุนเพียงครั้งเดียว มู่เล่ที่มีน้ำหนัก 100-150 กก. ก็เพียงพอสำหรับการวิ่งในหนึ่งล้านกิโลเมตรขึ้นไป นั่นคือ เกือบตลอดอายุการใช้งานของรถ!) อย่างไรก็ตาม ราคาของเส้นใยนี้ยังคงสูงกว่าราคาทองคำหลายเท่า ดังนั้นแม้แต่อาหรับ Sheikh ก็ไม่สามารถซื้อเครื่องจักรดังกล่าวได้ ... คุณสามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการขับเคลื่อนล้อช่วยแรงในหนังสือของ Nurbey Gulia

การจัดเก็บพลังงานไจโรโซแนนท์

ตัวสะสมเหล่านี้เป็นมู่เล่เดียวกัน แต่ทำจากวัสดุยืดหยุ่น (เช่น ยาง) เป็นผลให้มีคุณสมบัติใหม่โดยพื้นฐาน เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นบนมู่เล่ดังกล่าว "ผลพลอยได้" - "กลีบดอก" เริ่มก่อตัว - อันดับแรกมันกลายเป็นวงรีจากนั้นกลายเป็น "ดอกไม้" ที่มี "กลีบ" สามสี่หรือมากกว่า ... ในทางปฏิบัติไม่เปลี่ยนแปลง และพลังงานจะถูกเก็บไว้ในคลื่นเรโซแนนซ์ของการเสียรูปยางยืดของวัสดุมู่เล่ ซึ่งสร้าง "กลีบดอก" เหล่านี้

ในช่วงปลายทศวรรษ 1970 และต้นทศวรรษ 1980 N.Z. Garmash มีส่วนร่วมในการออกแบบดังกล่าวในโดเนตสค์ ผลลัพธ์ที่เขาได้รับนั้นน่าประทับใจ - ตามการประมาณการของเขา ที่ความเร็วการทำงานของล้อช่วยแรงเพียง 7-8,000 รอบต่อนาที พลังงานที่เก็บไว้ก็เพียงพอแล้วสำหรับรถยนต์ที่จะเดินทาง 1,500 กม. เทียบกับ 30 กม. ด้วยมู่เล่ทั่วไปที่มีขนาดเท่ากัน ขออภัย ข้อมูลล่าสุดเกี่ยวกับไดรฟ์ประเภทนี้ไม่เป็นที่รู้จัก

ตัวสะสมเชิงกลที่ใช้แรงยืดหยุ่น

อุปกรณ์ประเภทนี้มีความจุพลังงานจำเพาะสูงมาก หากจำเป็นต้องสังเกตขนาดเล็ก (หลายเซนติเมตร) การใช้พลังงานจะสูงที่สุดในบรรดาอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูลทางกล หากข้อกำหนดสำหรับคุณลักษณะด้านน้ำหนักและขนาดไม่เข้มงวดนัก มู่เล่ความเร็วสูงพิเศษขนาดใหญ่จะมีคุณสมบัติเหนือกว่าในด้านความเข้มของพลังงาน แต่มีความอ่อนไหวต่อปัจจัยภายนอกมากกว่าและมีเวลาเก็บพลังงานที่สั้นกว่ามาก

ที่เก็บกลไกสปริง

การบีบอัดและการขยายตัวของสปริงสามารถให้อัตราการไหลและการจ่ายพลังงานที่สูงมากต่อหน่วยเวลา - อาจเป็นพลังงานกลที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในบรรดาอุปกรณ์เก็บพลังงานทุกประเภท เช่นเดียวกับล้อช่วยแรง มันถูกจำกัดโดยความแข็งแรงของวัสดุเท่านั้น แต่สปริงมักจะใช้การเคลื่อนที่แบบแปลนที่ทำงานโดยตรง และในล้อช่วยแรงนั้นไม่สามารถทำได้หากไม่มีระบบส่งกำลังที่ค่อนข้างซับซ้อน (ไม่ใช่เรื่องบังเอิญที่ทั้งเมนสปริงเชิงกลหรือถังแก๊ส ใช้ในอาวุธนิวแมติกซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นสปริงก๊าซที่ชาร์จไว้ล่วงหน้า ก่อน อาวุธปืนสำหรับการสู้รบในระยะไกล มันก็เป็นอาวุธสปริงที่ใช้ได้อย่างแม่นยำเช่นกัน - คันธนูและหน้าไม้ซึ่งนานก่อนยุคใหม่ แทนที่สลิงด้วยการสะสมพลังงานจลน์ในกองทหารมืออาชีพ)

พลังงานที่สะสมในสปริงอัดสามารถเก็บไว้ได้นานหลายปี อย่างไรก็ตาม ควรระลึกไว้เสมอว่าภายใต้อิทธิพลของการเสียรูปคงที่ วัสดุใดๆ จะสะสมความล้าเมื่อเวลาผ่านไป และโครงผลึกของโลหะสปริงจะค่อยๆ เปลี่ยนแปลงไป และความเค้นภายในยิ่งมากขึ้น อุณหภูมิแวดล้อมก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น สิ่งนี้จะเกิดขึ้นในระดับที่มากขึ้น ดังนั้นหลังจากผ่านไปหลายทศวรรษ สปริงที่ถูกบีบอัดโดยไม่เปลี่ยนจากภายนอกอาจถูก "คายประจุ" ทั้งหมดหรือบางส่วน อย่างไรก็ตาม สปริงเหล็กคุณภาพสูง หากไม่มีความร้อนสูงเกินหรืออุณหภูมิต่ำกว่าปกติ สามารถทำงานได้นานหลายศตวรรษโดยไม่สูญเสียความสามารถที่มองเห็นได้ ตัวอย่างเช่น นาฬิกาแขวนกลไกแบบโบราณจากโรงงานหนึ่งแห่งที่ยังคงดำเนินกิจการอยู่เป็นเวลาสองสัปดาห์ เช่นเดียวกับเมื่อครึ่งศตวรรษก่อนเมื่อนาฬิกาถูกสร้างขึ้น

หากจำเป็นต้อง "ชาร์จ" และ "ปล่อย" สปริงอย่างค่อยเป็นค่อยไปและสม่ำเสมอ กลไกที่ให้สิ่งนี้อาจซับซ้อนและไม่แน่นอน (ดูในนาฬิกากลไกเดียวกัน - อันที่จริงเกียร์และชิ้นส่วนอื่น ๆ จำนวนมากใช้เพื่อจุดประสงค์นี้) ระบบส่งกำลังแบบเครื่องกลไฟฟ้าสามารถทำให้สถานการณ์ง่ายขึ้น แต่โดยปกติแล้วจะกำหนดข้อจำกัดที่สำคัญเกี่ยวกับพลังงานในทันทีของอุปกรณ์ดังกล่าว และเมื่อทำงานกับพลังงานต่ำ (หลายร้อยวัตต์หรือน้อยกว่า) ประสิทธิภาพของอุปกรณ์นั้นต่ำเกินไป งานที่แยกออกมาคือการสะสมพลังงานสูงสุดในปริมาณที่น้อยที่สุด เนื่องจากจะทำให้เกิดความเค้นเชิงกลใกล้เคียงกับความแข็งแรงสูงสุดของวัสดุที่ใช้ ซึ่งต้องใช้การคำนวณอย่างระมัดระวังเป็นพิเศษและฝีมือการผลิตที่ไร้ที่ติ

เมื่อพูดถึงสปริง สิ่งที่ต้องคำนึงถึงไม่ใช่เฉพาะโลหะเท่านั้น แต่รวมถึงองค์ประกอบที่เป็นของแข็งยืดหยุ่นอื่นๆ ด้วย ที่พบมากที่สุดในหมู่พวกเขาคือหนังยาง อย่างไรก็ตาม ในแง่ของพลังงานที่เก็บไว้ต่อหน่วยมวล ยางมีมากกว่าเหล็กหลายสิบเท่า แต่ใช้เวลาน้อยกว่าเท่ากัน และแตกต่างจากเหล็ก ยางจะสูญเสียคุณสมบัติหลังจากผ่านไปสองสามปีแม้จะไม่มีการใช้งานและ ด้วยสภาวะภายนอกที่เหมาะสม - เนื่องจากอายุทางเคมีค่อนข้างเร็วและการเสื่อมสภาพของวัสดุ

การจัดเก็บก๊าซเครื่องกล

ในอุปกรณ์ประเภทนี้ พลังงานสะสมเนื่องจากความยืดหยุ่นของก๊าซอัด เมื่อมีพลังงานมากเกินไป คอมเพรสเซอร์จะปั๊มแก๊สเข้าไปในกระบอกสูบ เมื่อจำเป็นต้องใช้พลังงานที่เก็บไว้ ก๊าซอัดจะถูกป้อนเข้าสู่กังหัน ซึ่งทำงานเกี่ยวกับกลไกที่จำเป็นโดยตรงหรือหมุนเครื่องกำเนิดไฟฟ้า แทนที่จะใช้กังหัน คุณสามารถใช้เครื่องยนต์ลูกสูบซึ่งมีประสิทธิภาพมากกว่าในการใช้พลังงานต่ำ (แต่ยังมีคอมเพรสเซอร์เครื่องยนต์ลูกสูบแบบย้อนกลับได้ด้วย)

คอมเพรสเซอร์อุตสาหกรรมสมัยใหม่เกือบทุกเครื่องมีตัวสะสมที่คล้ายกัน - ตัวรับ จริงอยู่ที่ความดันมีไม่เกิน 10 atm ดังนั้นพลังงานสำรองในเครื่องรับดังกล่าวจึงไม่ใหญ่มาก แต่มักจะช่วยให้เพิ่มทรัพยากรการติดตั้งและประหยัดพลังงานได้หลายครั้ง

ก๊าซที่ถูกบีบอัดให้มีความดันบรรยากาศหลายสิบและหลายร้อยบรรยากาศสามารถให้พลังงานสะสมที่มีความหนาแน่นจำเพาะสูงเพียงพอสำหรับเวลาเกือบไม่จำกัด (เดือน ปี และที่ คุณภาพสูงตัวรับและวาล์วปิด - สิบปี - อาวุธนิวเมติกที่ใช้คาร์ทริดจ์อัดแก๊สกลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นโดยไม่มีเหตุผล) อย่างไรก็ตาม คอมเพรสเซอร์ที่มีเทอร์ไบน์หรือเครื่องยนต์แบบลูกสูบรวมอยู่ในการติดตั้งนั้นค่อนข้างซับซ้อน อุปกรณ์ตามอำเภอใจ และมีทรัพยากรที่จำกัด

เทคโนโลยีที่มีแนวโน้มจะสร้างพลังงานสำรองคือการอัดอากาศโดยใช้พลังงานที่มีอยู่ในเวลาที่ไม่ต้องการอย่างหลังในทันที อากาศอัดจะถูกทำให้เย็นลงและเก็บไว้ที่ความดัน 60-70 บรรยากาศ หากจำเป็นต้องใช้พลังงานที่เก็บไว้ อากาศจะถูกดึงออกจากอุปกรณ์จัดเก็บ ให้ความร้อน จากนั้นเข้าสู่กังหันก๊าซพิเศษ ซึ่งพลังงานของอากาศอัดและความร้อนจะหมุนรอบระยะกังหันซึ่งเชื่อมต่อกับเพลา เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่จ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับระบบไฟฟ้า

สำหรับการจัดเก็บอากาศอัด ขอแนะนำให้ใช้ทุ่นระเบิดที่เหมาะสมหรือถังใต้ดินที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษในรูปแบบเกลือ แนวคิดนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่ การจัดเก็บอากาศอัดในถ้ำใต้ดินได้รับการจดสิทธิบัตรเมื่อปี พ.ศ. 2491 และโรงงานเก็บพลังงานอัดอากาศแห่งแรก (CAES) ที่มีกำลังการผลิต 290 เมกะวัตต์ได้เปิดดำเนินการที่โรงไฟฟ้าฮันทอร์ฟในเยอรมนีตั้งแต่ปี พ.ศ. 2521 ในระหว่างขั้นตอนการอัดอากาศ พลังงานจำนวนมากจะสูญเสียไปในรูปของความร้อน พลังงานที่สูญเสียไปนี้จะต้องได้รับการชดเชยด้วยอากาศอัดก่อนถึงขั้นตอนการขยายตัวในกังหันก๊าซ ด้วยเหตุนี้ เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนจึงถูกใช้ โดยอุณหภูมิของอากาศจะเพิ่มขึ้น ซึ่งหมายความว่าการติดตั้งมีประสิทธิภาพไม่ถึงร้อยเปอร์เซ็นต์

มีแนวทางที่ดีในการปรับปรุงประสิทธิภาพของ CAES ประกอบด้วยการรักษาและจัดเก็บความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของคอมเพรสเซอร์ระหว่างการบีบอัดและการระบายความร้อนของอากาศ โดยจะนำกลับมาใช้ใหม่ในภายหลังเมื่ออากาศเย็นถูกทำให้ร้อนอีกครั้ง (เรียกว่าการพักฟื้น) อย่างไรก็ตาม ตัวเลือก CAES นี้มีปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการสร้างระบบเก็บความร้อนในระยะยาว หากปัญหาเหล่านี้ได้รับการแก้ไข AA-CAES (Advanced Adiabatic-CAES) อาจปูทางสำหรับระบบกักเก็บพลังงานขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นปัญหาที่นักวิจัยทั่วโลกหยิบยกขึ้นมาหยิบยกขึ้นมา

สมาชิกของ Hydrostor บริษัทสตาร์ทอัพสัญชาติแคนาดาได้เสนอวิธีแก้ปัญหาที่ไม่ธรรมดาอีกอย่างหนึ่ง นั่นคือ สูบพลังงานเข้าไปในฟองอากาศใต้น้ำ

การจัดเก็บพลังงานความร้อน

ในของเรา สภาพภูมิอากาศส่วนที่สำคัญมาก (มักเป็นพลังงานหลัก) ที่ใช้ไปกับความร้อน ดังนั้นจะสะดวกมากที่จะสะสมความร้อนโดยตรงในอุปกรณ์จัดเก็บแล้วรับกลับคืน น่าเสียดาย ในกรณีส่วนใหญ่ ความหนาแน่นของพลังงานที่เก็บไว้นั้นต่ำมาก และข้อกำหนดในการอนุรักษ์ก็มีจำกัดมาก

มีตัวสะสมความร้อนที่มีวัสดุเก็บความร้อนที่เป็นของแข็งหรือหลอมละลาย ของเหลว; ไอน้ำ; เทอร์โมเคมี ด้วยองค์ประกอบความร้อนไฟฟ้า ตัวสะสมความร้อนสามารถเชื่อมต่อกับระบบที่มีหม้อต้มเชื้อเพลิงแข็ง ระบบสุริยะ หรือระบบรวม

การจัดเก็บพลังงานเนื่องจากความจุความร้อน

ในอุปกรณ์จัดเก็บประเภทนี้ ความร้อนสะสมเนื่องจากความจุความร้อนของสารที่ทำหน้าที่เป็นของเหลวทำงาน ตัวอย่างคลาสสิกของตัวสะสมความร้อนคือเตารัสเซีย ให้ความร้อนวันละครั้ง และจากนั้นก็ให้ความร้อนแก่บ้านเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ทุกวันนี้ ตัวสะสมความร้อนมักถูกเข้าใจว่าเป็นถังเก็บกัก น้ำร้อน, หุ้มด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนสูง

นอกจากนี้ยังมีตัวสะสมความร้อนที่ยึดตามตัวพาความร้อนที่เป็นของแข็ง เช่น ในอิฐเซรามิก

สารต่างๆ มีความจุความร้อนต่างกัน ส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 0.1 ถึง 2 kJ / (kg · K) น้ำมีความจุความร้อนสูงผิดปกติ - ความจุความร้อนในเฟสของเหลวอยู่ที่ประมาณ 4.2 kJ / (kg K) ลิเธียมที่แปลกใหม่มากเท่านั้นที่มีความจุความร้อนสูงกว่า - 4.4 kJ / (kg · K)

อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากความจุความร้อนจำเพาะ (โดยมวล) แล้ว จำเป็นต้องคำนึงถึงความจุความร้อนเชิงปริมาตรด้วย ซึ่งทำให้สามารถกำหนดได้ว่าต้องใช้ความร้อนเท่าใดในการเปลี่ยนอุณหภูมิของสารต่างๆ ในปริมาตรเดียวกันโดย ปริมาณเท่ากัน. คำนวณจากความจุความร้อนจำเพาะ (มวล) ปกติโดยการคูณด้วยความหนาแน่นจำเพาะของสารที่เกี่ยวข้อง ควรกำหนดความจุความร้อนเชิงปริมาตรเมื่อปริมาตรของตัวสะสมความร้อนมีความสำคัญมากกว่าน้ำหนัก

ตัวอย่างเช่น ความจุความร้อนจำเพาะของเหล็กเพียง 0.46 kJ / (กก. K) แต่ความหนาแน่นคือ 7800 กก. / ลูกบาศก์เมตร และสำหรับโพรพิลีน - 1.9 kJ / (กก. เพียง 900 กก. / ลบ.ม. ดังนั้นด้วยปริมาตรที่เท่ากัน เหล็กจะสามารถเก็บความร้อนได้มากกว่าโพลิโพรพิลีน 2.1 เท่า แม้ว่าจะหนักกว่าเกือบ 9 เท่าก็ตาม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความจุความร้อนสูงผิดปกติของน้ำ จึงไม่มีวัสดุใดสามารถเกินความจุความร้อนเชิงปริมาตรได้ อย่างไรก็ตาม ความจุความร้อนเชิงปริมาตรของเหล็กและโลหะผสม (เหล็ก เหล็กหล่อ) นั้นแตกต่างจากน้ำน้อยกว่า 20% - ในหนึ่งลูกบาศก์เมตรสามารถเก็บความร้อนได้มากกว่า 3.5 MJ สำหรับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิแต่ละระดับ ความจุความร้อนเชิงปริมาตร ทองแดงน้อยกว่าเล็กน้อย - 3.48 MJ /(cube.m K) ความจุความร้อนของอากาศภายใต้สภาวะปกติอยู่ที่ประมาณ 1 kJ / kg หรือ 1.3 kJ / ลูกบาศก์เมตร ดังนั้นเพื่อให้ความร้อนต่อลูกบาศก์เมตรของอากาศ 1 ° ก็เพียงพอที่จะทำให้น้ำเย็นน้อยกว่า 1/3 ลิตรเล็กน้อย องศาเดียวกัน (โดยธรรมชาติ ร้อนกว่าอากาศ )

เนื่องจากความเรียบง่ายของอุปกรณ์ (ซึ่งอาจง่ายกว่าชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งที่อยู่กับที่หรืออ่างเก็บน้ำแบบปิดที่มีตัวพาความร้อนเหลว) อุปกรณ์จัดเก็บพลังงานดังกล่าวมีจำนวนรอบการปล่อยพลังงานสะสมเกือบไม่ จำกัด และยาวนานมาก อายุการใช้งาน - สำหรับของเหลวถ่ายเทความร้อนจนกว่าของเหลวจะแห้งหรือจนกว่าอ่างเก็บน้ำจะเสียหายจากการกัดกร่อนหรือสาเหตุอื่นๆ สำหรับสถานะของแข็ง ไม่มีข้อจำกัดเหล่านี้ แต่ระยะเวลาในการจัดเก็บมีจำกัด และตามกฎแล้วมีตั้งแต่หลายชั่วโมงถึงหลายวัน ฉนวนกันความร้อนทั่วไปไม่สามารถเก็บความร้อนได้เป็นระยะเวลานานอีกต่อไป และความหนาแน่นจำเพาะของพลังงานที่เก็บไว้ไม่สูง

สุดท้ายนี้ ควรเน้นย้ำอีกกรณีหนึ่ง - เพื่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพ ไม่เพียงแต่ความจุความร้อนเท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญต่อการนำความร้อนของสารสะสมความร้อนด้วย ด้วยค่าการนำความร้อนสูง แม้จะมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วในสภาวะภายนอก ตัวสะสมความร้อนจะทำปฏิกิริยากับมวลทั้งหมดของมัน และด้วยเหตุนี้พลังงานที่เก็บไว้ทั้งหมด - นั่นคืออย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุด

ในกรณีที่การนำความร้อนต่ำ เฉพาะส่วนพื้นผิวของตัวสะสมความร้อนจะมีเวลาตอบสนอง และการเปลี่ยนแปลงในสภาวะภายนอกในระยะสั้นก็จะไม่มีเวลาไปถึงชั้นลึกและส่วนสำคัญของสารดังกล่าว ตัวสะสมความร้อนจะถูกแยกออกจากงานจริง

โพลีโพรพีลีนที่กล่าวถึงในตัวอย่างที่พิจารณาข้างต้นนั้นมีค่าการนำความร้อนน้อยกว่าเหล็กกล้าเกือบ 200 เท่า ดังนั้น แม้ว่าจะมีความร้อนจำเพาะมากเพียงพอ แต่ก็ไม่สามารถเป็นตัวสะสมความร้อนที่มีประสิทธิภาพได้ อย่างไรก็ตาม ในทางเทคนิค ปัญหาสามารถแก้ไขได้ง่ายโดยการจัดช่องทางพิเศษเพื่อหมุนเวียนสารหล่อเย็นภายในตัวสะสมความร้อน แต่เห็นได้ชัดว่าการแก้ปัญหาดังกล่าวทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้นอย่างมาก ลดความน่าเชื่อถือและการใช้พลังงาน และจะต้องมีการบำรุงรักษาเป็นระยะอย่างแน่นอน ไม่น่าจะมีความจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนที่เป็นเสาหิน

ดูเหมือนแปลกบางครั้งจำเป็นต้องสะสมและเก็บไม่ร้อน แต่เย็น เป็นเวลากว่าทศวรรษแล้วที่บริษัทต่างๆ ได้ดำเนินการในสหรัฐอเมริกาโดยเสนอ "แบตเตอรี่" ที่ทำจากน้ำแข็งสำหรับติดตั้งในเครื่องปรับอากาศ ในเวลากลางคืนเมื่อมีไฟฟ้าเกินและขายในอัตราที่ลดลงเครื่องปรับอากาศจะหยุดน้ำนั่นคือจะเปลี่ยนเป็นโหมดตู้เย็น ในเวลากลางวันจะใช้พลังงานน้อยลงหลายเท่า โดยทำงานเป็นพัดลม คอมเพรสเซอร์ที่ใช้พลังงานมากปิดอยู่ในขณะนี้ ...

การสะสมพลังงานระหว่างการเปลี่ยนแปลงสถานะเฟสของสสาร

หากคุณพิจารณาพารามิเตอร์ทางความร้อนของสารต่างๆ อย่างใกล้ชิด คุณจะเห็นได้ว่าเมื่อสถานะของการรวมตัวเปลี่ยนแปลง (การหลอม-แข็งตัว การระเหย-ควบแน่น) จะมีการดูดซับหรือปล่อยพลังงานอย่างมีนัยสำคัญ สำหรับสารส่วนใหญ่ พลังงานความร้อนของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนอุณหภูมิของสารเดียวกันในปริมาณเดียวกันได้หลายสิบหรือหลายร้อยองศาในช่วงอุณหภูมิเหล่านั้นโดยที่สถานะของการรวมตัวไม่เปลี่ยนแปลง แต่อย่างที่คุณทราบ จนกว่าสถานะของการรวมตัวของปริมาตรทั้งหมดของสารจะเท่ากัน อุณหภูมิของสารจะคงที่ในทางปฏิบัติ! ดังนั้นจึงเป็นการดึงดูดมากที่จะสะสมพลังงานเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในสถานะของการรวมตัว - พลังงานจำนวนมากสะสมและอุณหภูมิเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องแก้ปัญหาที่เกี่ยวข้องกับความร้อน ถึง อุณหภูมิสูงและในเวลาเดียวกัน คุณจะได้รับความจุที่ดีของตัวสะสมความร้อน

การหลอมเหลวและการตกผลึก

น่าเสียดายที่ปัจจุบันไม่มีสารราคาถูก ปลอดภัย และทนต่อการสลายตัวที่มีพลังงานการเปลี่ยนเฟสสูง ซึ่งจุดหลอมเหลวจะอยู่ในช่วงที่เกี่ยวข้องมากที่สุด - ประมาณจาก +20 ° C ถึง + 50 ° C (สูงสุด + 70 ° C - นี่เป็นอุณหภูมิที่ค่อนข้างปลอดภัยและเข้าถึงได้ง่าย) ตามกฎแล้ว สารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนจะละลายในช่วงอุณหภูมินี้ ซึ่งไม่มีประโยชน์ต่อสุขภาพเลย และมักจะถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วในอากาศ

บางทีสารที่เหมาะสมที่สุดคือพาราฟินซึ่งจุดหลอมเหลวส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับประเภทอยู่ในช่วง 40 ... 65 ° C (แม้ว่าจะมีพาราฟิน "ของเหลว" ที่มีจุดหลอมเหลว 27 ° C หรือ น้อยกว่าเช่นเดียวกับ ozokerite ธรรมชาติซึ่งเกี่ยวข้องกับพาราฟินซึ่งจุดหลอมเหลวซึ่งอยู่ในช่วง 58..100 ° C) ทั้งพาราฟินและโอโซเคอไรท์ค่อนข้างปลอดภัยและยังใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางการแพทย์เพื่อให้ความร้อนตรงจุดเจ็บบนร่างกาย

อย่างไรก็ตาม ด้วยความจุความร้อนที่ดี การนำความร้อนของพวกมันจึงต่ำมาก - พาราฟินหรือโอโซเคอไรท์มีขนาดเล็กมากจนนำไปใช้กับร่างกาย ถูกทำให้ร้อนถึง 50-60 ° C รู้สึกร้อนเป็นสุข แต่ไม่ลวก เพราะจะใช้น้ำร้อนถึง อุณหภูมิเท่ากัน - มันดีสำหรับยา แต่สำหรับตัวสะสมความร้อนมันเป็นข้อเสียอย่างยิ่ง นอกจากนี้สารเหล่านี้ไม่ถูกเช่นราคาขายส่งสำหรับ ozokerite ในเดือนกันยายน 2552 อยู่ที่ประมาณ 200 รูเบิลต่อกิโลกรัมและพาราฟินหนึ่งกิโลกรัมมีราคาตั้งแต่ 25 รูเบิล (ทางเทคนิค) ถึง 50 ขึ้นไป (อาหารบริสุทธิ์สูงเช่น เหมาะสม เพื่อใช้ในบรรจุภัณฑ์ของผลิตภัณฑ์) ราคาเหล่านี้เป็นราคาขายส่งสำหรับสินค้าฝากขายหลายตัน ราคาขายปลีกจะแพงขึ้นเรื่อยๆ อย่างน้อยหนึ่งครั้งครึ่ง

เป็นผลให้ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของตัวสะสมความร้อนพาราฟินกลายเป็นคำถามใหญ่ - ท้ายที่สุดพาราฟินหรือโอโซเคอไรท์หนึ่งกิโลกรัมหรือสองกิโลกรัมเหมาะสำหรับการอุ่นเครื่องทางการแพทย์ของหลังส่วนล่างที่หักสองสามสิบ นาทีและเพื่อให้แน่ใจว่าอุณหภูมิคงที่ของที่อยู่อาศัยที่กว้างขวางไม่มากก็น้อยเป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งวันควรวัดมวลของตัวสะสมความร้อนพาราฟินเป็นตันเพื่อให้ต้นทุนใกล้เคียงกับต้นทุนของรถโดยสารทันที (แม้ว่าจะอยู่ใน ส่วนราคาที่ต่ำกว่า)!

และอุณหภูมิการเปลี่ยนเฟสตามหลักการแล้วควรสอดคล้องกับช่วงที่สะดวกสบาย (20..25 ° C) อย่างแน่นอน - ไม่เช่นนั้นคุณจะต้องจัดระเบียบระบบควบคุมการแลกเปลี่ยนความร้อนบางประเภท อย่างไรก็ตาม จุดหลอมเหลวในพื้นที่ 50 ... 54 ° C ซึ่งเป็นแบบฉบับของพาราฟินที่มีความบริสุทธิ์สูง ร่วมกับความร้อนสูงของการเปลี่ยนเฟส (มากกว่า 200 kJ / kg เล็กน้อย) เหมาะอย่างยิ่งสำหรับตัวสะสมความร้อนที่ออกแบบมา จัดหาน้ำร้อนและเครื่องทำน้ำร้อน ปัญหาเดียวคือ ค่าการนำความร้อนต่ำและราคาพาราฟินสูง

แต่ในกรณีเหตุสุดวิสัย พาราฟินเองสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนที่ดีได้ (ถึงแม้จะทำไม่ง่ายนัก - ไม่เหมือนกับน้ำมันเบนซินหรือน้ำมันก๊าด พาราฟินที่เป็นของเหลวและยิ่งแข็งกว่านั้นจะไม่เผาไหม้ในอากาศ แน่นอนต้องใช้ไส้ตะเกียงหรืออุปกรณ์อื่น ๆ เพื่อป้อนเข้าไปในเขตการเผาไหม้ไม่ใช่พาราฟินเอง แต่มีเพียงไอระเหยเท่านั้น)!

ตัวอย่างของระบบกักเก็บพลังงานความร้อนที่หลอมละลายและตกผลึกคือระบบกักเก็บพลังงานความร้อน TESS แบบซิลิคอนที่พัฒนาโดยบริษัท Latent Heat Storage ในออสเตรเลีย

การระเหยและการควบแน่น

ความร้อนของการกลายเป็นไอ-การควบแน่นตามกฎ สูงกว่าความร้อนของการตกผลึกหลอมรวมหลายเท่า และดูเหมือนว่ามีสารไม่กี่ชนิดที่ระเหยในช่วงอุณหภูมิที่ต้องการ นอกจากคาร์บอนไดซัลไฟด์ที่เป็นพิษอย่างตรงไปตรงมา อะซิโตน เอทิลอีเทอร์ ฯลฯ แล้ว ยังมีเอทิลแอลกอฮอล์อีกด้วย (ความปลอดภัยที่สัมพันธ์กันได้รับการพิสูจน์ทุกวันโดยตัวอย่างส่วนตัวของผู้ติดสุราหลายล้านคนทั่วโลก!) ภายใต้สภาวะปกติแอลกอฮอล์จะเดือดที่ 78 ° C และความร้อนของการกลายเป็นไอนั้นสูงกว่าความร้อนของการหลอมรวมของน้ำ (น้ำแข็ง) 2.5 เท่า และเทียบเท่ากับการให้ความร้อนแก่น้ำของเหลวในปริมาณเท่ากัน 200 °

อย่างไรก็ตาม ต่างจากการหลอมเหลว เมื่อการเปลี่ยนแปลงในปริมาตรของสารแทบไม่เกินสองสามเปอร์เซ็นต์ ในระหว่างการระเหย ไอจะครอบครองปริมาตรทั้งหมดที่มีให้ และถ้าปริมาณนี้ไม่จำกัด ไอน้ำก็จะระเหยออกไป โดยนำพลังงานที่สะสมมาทั้งหมดไปด้วยโดยไม่สามารถเพิกถอนได้ ในปริมาณที่ปิด ความดันจะเริ่มเพิ่มขึ้นทันที ป้องกันการระเหยของส่วนใหม่ของของไหลทำงาน เช่นเดียวกับกรณีในหม้อความดันธรรมดาที่สุด ดังนั้น สารทำงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่มีการเปลี่ยนแปลงใน สถานะของการรวมตัวในขณะที่ส่วนที่เหลือยังคงร้อนขึ้นในขณะที่อยู่ในสถานะของเหลว ที่นี่มีกิจกรรมขนาดใหญ่เปิดให้นักประดิษฐ์ - การสร้างเครื่องสะสมความร้อนที่มีประสิทธิภาพโดยอิงจากการระเหยและการควบแน่นด้วยตัวแปรการกระจัดกระจายแบบผนึกอย่างผนึกแน่น

การเปลี่ยนเฟสของประเภทที่สอง

นอกเหนือจากการเปลี่ยนเฟสที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของการรวมกลุ่ม สารบางชนิดและภายในสถานะการรวมตัวเดียวสามารถมีสถานะเฟสที่แตกต่างกันได้หลายสถานะ ตามกฎแล้วการเปลี่ยนแปลงในเฟสดังกล่าวจะมาพร้อมกับการปลดปล่อยหรือการดูดซับพลังงานที่เห็นได้ชัดเจน แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะมีนัยสำคัญน้อยกว่าการเปลี่ยนแปลงในสถานะของการรวมตัวของสสารก็ตาม นอกจากนี้ ในหลายกรณี ด้วยการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว ตรงกันข้ามกับการเปลี่ยนแปลงในสถานะของการรวมตัว ฮิสเทรีซิสของอุณหภูมิเกิดขึ้น - อุณหภูมิของการเปลี่ยนเฟสไปข้างหน้าและเฟสย้อนกลับอาจแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ บางครั้งอาจมีหลายสิบหรือหลายร้อยองศา

การจัดเก็บพลังงานไฟฟ้า

ไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปแบบที่สะดวกและหลากหลายที่สุดในโลกในปัจจุบัน ไม่น่าแปลกใจเลยที่มันเป็นการจัดเก็บพลังงานไฟฟ้าที่มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วที่สุด น่าเสียดาย ในกรณีส่วนใหญ่ ความจุจำเพาะของอุปกรณ์ราคาไม่แพงจะมีขนาดเล็ก และอุปกรณ์ที่มีความจุจำเพาะสูงก็ยังมีราคาแพงเกินไปสำหรับการจัดเก็บพลังงานสำรองจำนวนมากในการใช้งานจำนวนมากและมีอายุการใช้งานสั้นมาก

ตัวเก็บประจุ

อุปกรณ์เก็บพลังงาน "ไฟฟ้า" ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือตัวเก็บประจุทางเทคนิควิทยุทั่วไป พวกมันมีอัตราการสะสมและการปล่อยพลังงานอย่างมหาศาล - ตามกฎแล้ว จากหลายพันรอบจนถึงหลายพันล้านรอบต่อวินาที และสามารถทำงานในลักษณะนี้ในช่วงอุณหภูมิกว้างเป็นเวลาหลายปีหรือหลายสิบปี ด้วยการรวมตัวเก็บประจุหลายตัวแบบขนานกัน คุณสามารถเพิ่มความจุรวมของตัวเก็บประจุให้เป็นค่าที่ต้องการได้อย่างง่ายดาย

ตัวเก็บประจุสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ - ไม่มีขั้ว (โดยปกติ "แห้ง" คือไม่มีอิเล็กโทรไลต์เหลว) และขั้ว (โดยปกติอิเล็กโทรไลต์) การใช้อิเล็กโทรไลต์เหลวให้ความจุจำเพาะที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แต่เกือบทุกครั้งจะต้องสังเกตขั้วเมื่อเชื่อมต่อ นอกจากนี้ ตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์มักจะไวต่อสภาวะภายนอกมากกว่า โดยเฉพาะกับอุณหภูมิ และมีอายุการใช้งานที่สั้นลง (เมื่อเวลาผ่านไป อิเล็กโทรไลต์จะระเหยและแห้ง)

อย่างไรก็ตามตัวเก็บประจุมีข้อเสียหลักสองประการ อย่างแรกคือมีความหนาแน่นจำเพาะต่ำมากของพลังงานที่เก็บไว้ ดังนั้นจึงมีความจุเล็กน้อย (เมื่อเทียบกับการจัดเก็บประเภทอื่น) ประการที่สอง นี่เป็นระยะเวลาในการจัดเก็บที่สั้น ซึ่งปกติแล้วจะคำนวณเป็นนาทีและวินาที และแทบจะไม่เกินหลายชั่วโมง และในบางกรณีก็เป็นเพียงเศษเสี้ยววินาทีเท่านั้น เป็นผลให้ขอบเขตของการใช้ตัวเก็บประจุถูก จำกัด ด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆและการสะสมระยะสั้นเพียงพอสำหรับการแก้ไขแก้ไขและกรองกระแสในวิศวกรรมไฟฟ้ากำลัง - ยังมีไม่เพียงพอสำหรับข้อมูลเพิ่มเติม

ตัวเก็บประจุยิ่งยวด

ไอออนิสเตอร์ ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "ตัวเก็บประจุยิ่งยวด" สามารถมองได้ว่าเป็นตัวเชื่อมระหว่างตัวเก็บประจุแบบอิเล็กโทรไลต์และแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี จากแบบแรก พวกเขาสืบทอดจำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุโดยไม่จำกัดจำนวน และจากช่วงหลังจะมีกระแสการชาร์จและการคายประจุที่ค่อนข้างต่ำ (รอบการชาร์จและการคายประจุเต็มสามารถอยู่ได้เป็นวินาที ความจุของมันยังอยู่ในช่วงระหว่างตัวเก็บประจุที่มีความจุมากที่สุดและแบตเตอรี่ที่เล็กที่สุด - โดยปกติพลังงานสำรองจะอยู่ระหว่างสองสามถึงหลายร้อยจูล

นอกจากนี้ เราควรสังเกตความไวที่ค่อนข้างสูงของตัวเก็บประจุยิ่งยวดต่ออุณหภูมิและเวลาในการจัดเก็บที่จำกัดของการชาร์จ - จากหลายชั่วโมงไปจนถึงสูงสุดหลายสัปดาห์

แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี

แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีถูกประดิษฐ์ขึ้นในช่วงแรกๆ ของวิศวกรรมไฟฟ้า และปัจจุบันสามารถพบได้ทุกที่ ตั้งแต่โทรศัพท์มือถือ เครื่องบิน และเรือ โดยทั่วไปแล้ว พวกมันทำงานบนพื้นฐานของปฏิกิริยาเคมีบางอย่าง ดังนั้นจึงสามารถนำมาประกอบกับส่วนถัดไปของบทความของเรา - "การจัดเก็บพลังงานเคมี" แต่เนื่องจากประเด็นนี้มักจะไม่เน้น แต่ให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าแบตเตอรี่เก็บไฟฟ้าไว้ เราจะพิจารณาสิ่งเหล่านี้ที่นี่

ตามกฎแล้ว เมื่อจำเป็นต้องเก็บพลังงานขนาดใหญ่เพียงพอ ตั้งแต่หลายร้อยกิโลจูลขึ้นไป ให้ใช้แบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด (เช่น รถยนต์ทุกคัน) อย่างไรก็ตาม พวกมันมีขนาดที่ใหญ่และที่สำคัญที่สุดคือน้ำหนัก หากต้องการน้ำหนักเบาและความคล่องตัวของอุปกรณ์ ให้ใช้แบตเตอรี่ประเภทที่ทันสมัยกว่านี้ เช่น นิกเกิลแคดเมียม เมทัลไฮไดรด์ ลิเธียมไอออน โพลิเมอร์ไอออน ฯลฯ พวกมันมีความจุเฉพาะที่สูงกว่ามาก แต่ก็มี ต้นทุนการจัดเก็บพลังงานเฉพาะ สูงกว่ามาก ดังนั้น การใช้งานมักจะจำกัดไว้เพียงอุปกรณ์ที่ค่อนข้างเล็กและประหยัด เช่น โทรศัพท์มือถือ กล้องและกล้องวิดีโอ แล็ปท็อป ฯลฯ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนกำลังสูงได้เริ่มใช้ในรถยนต์ไฮบริดและรถยนต์ไฟฟ้า นอกจากน้ำหนักที่เบาลงและความจุจำเพาะที่สูงกว่า ซึ่งแตกต่างจากตะกั่ว-กรด ที่ยอมให้ใช้ความจุปกติเกือบเต็มที่ ถือว่าเชื่อถือได้มากกว่าและมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า และประสิทธิภาพการใช้พลังงานในวงจรเต็มเกินกว่า 90% ในขณะที่ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานของแบตเตอรี่ตะกั่ว-กรด เมื่อชาร์จ 20% สุดท้ายของความจุ ความจุจะลดลงเหลือ 50%

ตามโหมดการใช้งาน แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมี (ส่วนใหญ่ทรงพลัง) แบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ - แรงฉุดที่เรียกว่าและสตาร์ท โดยปกติแบตเตอรี่สตาร์ทสามารถทำงานได้ค่อนข้างประสบความสำเร็จในฐานะแบตเตอรี่แบบลาก (สิ่งสำคัญคือการควบคุมระดับการคายประจุและไม่นำไปสู่ความลึกที่อนุญาตสำหรับแบตเตอรี่แบบฉุดลาก) แต่เมื่อใช้ย้อนกลับจะมีภาระมากเกินไป กระแสไฟสามารถปิดการใช้งานแบตเตอรี่ฉุดได้อย่างรวดเร็ว

ข้อเสียของแบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีนั้นรวมถึงจำนวนรอบการชาร์จและการคายประจุที่จำกัดมาก (ในกรณีส่วนใหญ่ตั้งแต่ 250 ถึง 2000 และแม้ในกรณีที่ไม่มีการทำงานแอ็คทีฟ แบตเตอรี่ส่วนใหญ่จะลดลงหลังจากผ่านไปสองสามปี ทำให้สูญเสียคุณสมบัติของผู้บริโภค . ..

ในเวลาเดียวกัน อายุการใช้งานของแบตเตอรี่หลายประเภทไม่ได้ไปจากจุดเริ่มต้นการทำงาน แต่จากช่วงเวลาของการผลิต นอกจากนี้ แบตเตอรี่ไฟฟ้าเคมีมีลักษณะไวต่ออุณหภูมิ เวลาชาร์จนาน บางครั้งนานกว่าเวลาคายประจุหลายสิบเท่า และจำเป็นต้องปฏิบัติตามวิธีการใช้งาน (ป้องกันการคายประจุแบตเตอรี่ตะกั่วกรดออกลึก และในทางกลับกัน สอดคล้องกับวงจรการคายประจุจนเต็มสำหรับเมทัลไฮไดรด์และแบตเตอรี่ประเภทอื่นๆ อีกมากมาย) เวลาในการจัดเก็บค่าใช้จ่ายยังค่อนข้างจำกัด โดยปกติจะใช้เวลาตั้งแต่หนึ่งสัปดาห์ถึงหนึ่งปี สำหรับแบตเตอรี่เก่า ไม่เพียงแต่ความจุจะลดลง แต่ยังรวมถึงเวลาในการจัดเก็บด้วย และทั้งสองสามารถลดได้หลายครั้ง

การพัฒนาที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างแบตเตอรี่ไฟฟ้าชนิดใหม่และปรับปรุงอุปกรณ์ที่มีอยู่จะไม่หยุดนิ่ง

การจัดเก็บพลังงานเคมี

พลังงานเคมีคือพลังงาน "สะสม" ในอะตอมของสาร ซึ่งถูกปล่อยหรือดูดซับระหว่างปฏิกิริยาเคมีระหว่างสาร พลังงานเคมีถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนระหว่างปฏิกิริยาคายความร้อน (เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง) หรือแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าในเซลล์และแบตเตอรี่กัลวานิก แหล่งพลังงานเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะที่มีประสิทธิภาพสูง (สูงถึง 98%) แต่มีความจุต่ำ

อุปกรณ์เก็บพลังงานเคมีช่วยให้คุณได้รับพลังงานในรูปแบบที่เก็บไว้และอื่น ๆ มีทั้ง "เชื้อเพลิง" และ "ไม่ใช่เชื้อเพลิง" ซึ่งแตกต่างจากการจัดเก็บความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ (เกี่ยวกับพวกเขาในภายหลังเล็กน้อย) ซึ่งสามารถเก็บพลังงานเพียงแค่วางไว้ในที่ที่อบอุ่นเพียงพอ คุณไม่สามารถทำได้หากไม่มีเทคโนโลยีพิเศษและอุปกรณ์ไฮเทค ซึ่งบางครั้งก็มีขนาดใหญ่มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ถ้าในกรณีของปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีที่อุณหภูมิต่ำ ส่วนผสมของรีเอเจนต์มักจะไม่แยกจากกันและอยู่ในภาชนะเดียวกันเสมอ รีเอเจนต์สำหรับปฏิกิริยาอุณหภูมิสูงจะถูกเก็บแยกจากกันและจะรวมกันเมื่อพลังงานเท่านั้น มันจำเป็น.

การจัดเก็บพลังงานด้วยการผลิตเชื้อเพลิง

ในระหว่างขั้นตอนการจัดเก็บพลังงาน ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เชื้อเพลิงลดลง ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนถูกปล่อยออกจากน้ำ - โดยอิเล็กโทรลิซิสโดยตรง ในเซลล์ไฟฟ้าเคมีโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือโดยการสลายตัวทางความร้อน พูดโดย อาร์คไฟฟ้าหรือแสงแดดที่มีความเข้มข้นสูง ตัวออกซิไดเซอร์ที่ "ปล่อยออกมา" สามารถแยกเก็บได้ (สำหรับออกซิเจนเป็นสิ่งจำเป็นในวัตถุที่แยกได้ - ใต้น้ำหรือในอวกาศ) หรือ "โยนทิ้ง" โดยไม่จำเป็นเนื่องจากในขณะที่เชื้อเพลิงใช้ตัวออกซิไดเซอร์นี้จะเพียงพอใน สิ่งแวดล้อมและไม่จำเป็นต้องเปลืองพื้นที่และเงินทุนสำหรับการจัดเก็บที่เป็นระเบียบ

ในขั้นตอนของการสกัดพลังงาน เชื้อเพลิงที่ใช้แล้วจะถูกออกซิไดซ์ด้วยการปล่อยพลังงานโดยตรงในรูปแบบที่ต้องการ โดยไม่คำนึงว่าจะได้รับเชื้อเพลิงนี้ด้วยวิธีใด ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจนสามารถผลิตความร้อนได้ทันที (เมื่อเผาไหม้ในเตาเผา) พลังงานกล (เมื่อป้อนเป็นเชื้อเพลิงให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือกังหัน) หรือไฟฟ้า (เมื่อถูกออกซิไดซ์ในเซลล์เชื้อเพลิง) ตามกฎแล้วปฏิกิริยาออกซิเดชันดังกล่าวจำเป็นต้องมีการเริ่มต้นเพิ่มเติม (การจุดไฟ) ซึ่งสะดวกมากสำหรับการควบคุมกระบวนการกู้คืนพลังงาน

วิธีนี้น่าสนใจมากเนื่องจากความเป็นอิสระของขั้นตอนการจัดเก็บพลังงาน ("การชาร์จ") และการใช้งาน ("การคายประจุ") ความจุพลังงานจำเพาะสูงที่เก็บไว้ในเชื้อเพลิง (หลายสิบเมกะจูลต่อกิโลกรัมเชื้อเพลิง) และ ความเป็นไปได้ของการจัดเก็บในระยะยาว (โดยมีเงื่อนไขว่าภาชนะปิดสนิท - เป็นเวลาหลายปี ) อย่างไรก็ตาม การกระจายอย่างกว้างขวางถูกขัดขวางโดยการพัฒนาที่ไม่สมบูรณ์และต้นทุนเทคโนโลยีสูง ไฟไหม้และอันตรายจากการระเบิดสูงในทุกขั้นตอนของการทำงานกับเชื้อเพลิงดังกล่าว และด้วยเหตุนี้ ความต้องการบุคลากรคุณภาพสูงในการบำรุงรักษาและการทำงานของระบบเหล่านี้ . แม้จะมีข้อบกพร่องเหล่านี้ แต่ก็มีการพัฒนาสถานที่ต่างๆ ในโลกที่ใช้ไฮโดรเจนเป็นแหล่งพลังงานสำรอง

การเก็บพลังงานด้วยปฏิกิริยาเทอร์โมเคมี

ปฏิกิริยาเคมีกลุ่มใหญ่เป็นที่ทราบกันมานานแล้วว่าในภาชนะปิดเมื่อถูกความร้อนจะไปในทิศทางเดียวด้วยการดูดซับพลังงานและเมื่อเย็นลงในทิศทางตรงกันข้ามกับการปล่อยพลังงาน ปฏิกิริยาดังกล่าวมักเรียกว่าเทอร์โมเคมี โดยทั่วไปแล้วประสิทธิภาพการใช้พลังงานของปฏิกิริยาดังกล่าวจะน้อยกว่าการเปลี่ยนแปลงสถานะของการรวมตัวของสาร แต่ก็สังเกตเห็นได้ชัดเจนเช่นกัน

ปฏิกิริยาทางความร้อนเคมีดังกล่าวถือได้ว่าเป็นการเปลี่ยนแปลงชนิดหนึ่งในสถานะเฟสของส่วนผสมของรีเอเจนต์และปัญหาก็เกิดขึ้นในลักษณะเดียวกัน - เป็นการยากที่จะหาส่วนผสมราคาถูก ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพซึ่งทำหน้าที่ในลักษณะนี้ ในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ +20 ° C ถึง +70 ° C อย่างไรก็ตามองค์ประกอบดังกล่าวเป็นที่รู้จักกันมาเป็นเวลานาน - มันคือเกลือของ Glauber

Mirabilite (หรือที่รู้จักว่าเกลือของ Glauber หรือที่รู้จักว่าโซเดียมซัลเฟต decahydrate Na2SO4 · 10H2O) ได้มาจากปฏิกิริยาเคมีเบื้องต้น (เช่น เมื่อเกลือแกงถูกเติมลงในกรดซัลฟิวริก) หรือถูกขุดเป็นแร่ "สำเร็จรูป"

จากมุมมองของการสะสมความร้อน คุณลักษณะที่น่าสนใจที่สุดของมิราบิไลต์คือเมื่ออุณหภูมิสูงกว่า 32 ° C น้ำที่กักไว้เริ่มถูกปล่อยออกมา และภายนอกดูเหมือน "การละลาย" ของผลึกที่ละลายในน้ำที่ปล่อยออกมา จากพวกเขา. เมื่ออุณหภูมิลดลงถึง 32 ° C น้ำอิสระจะถูกจับเข้ากับโครงสร้างของผลึกไฮเดรตอีกครั้ง - "การตกผลึก" เกิดขึ้น แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดคือความร้อนของปฏิกิริยาไฮเดรชั่นและการคายน้ำนี้สูงมากและมีปริมาณ 251 kJ / kg ซึ่งสูงกว่าความร้อนของการตกผลึกของพาราฟินที่ "ซื่อสัตย์" อย่างเห็นได้ชัดแม้ว่าจะน้อยกว่าหนึ่งในสาม ความร้อนจากการละลายของน้ำแข็ง (น้ำ)

ดังนั้นเครื่องสะสมความร้อนที่ใช้สารละลายมิราบิไลต์อิ่มตัว (อิ่มตัวอย่างแม่นยำที่อุณหภูมิสูงกว่า 32 ° C) สามารถรักษาอุณหภูมิที่ 32 ° C ได้อย่างมีประสิทธิภาพด้วยแหล่งเก็บหรือปล่อยพลังงานขนาดใหญ่ แน่นอนว่าอุณหภูมินี้ต่ำเกินไปสำหรับการจ่ายน้ำร้อนที่เต็มเปี่ยม (ฝักบัวที่มีอุณหภูมิเช่นนี้ถือว่า "เย็นมาก") แต่อุณหภูมินี้อาจเพียงพอสำหรับให้ความร้อนกับอากาศ

การจัดเก็บพลังงานเคมีที่ปราศจากเชื้อเพลิง

ในกรณีนี้ ในขั้นตอนของ "การชาร์จ" จากสารเคมีบางชนิด สารเคมีบางชนิดจะเกิดขึ้น และในระหว่างกระบวนการนี้ พลังงานจะถูกเก็บไว้ในพันธะเคมีใหม่ที่เกิดขึ้น (เช่น ปูนขาวจะถูกแปลงเป็นสภาวะที่ไม่ตกตะกอนด้วยความช่วยเหลือ ความร้อน)

เมื่อ "การคายประจุ" ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยพลังงานที่เก็บไว้ก่อนหน้านี้ (มักจะอยู่ในรูปของความร้อนบางครั้งอยู่ในรูปแบบของก๊าซที่สามารถจ่ายให้กับกังหัน) - โดยเฉพาะอย่างยิ่งนี่คือสิ่งที่เกิดขึ้น เมื่อ “ร่อน” ปูนขาวกับน้ำ ในการเริ่มปฏิกิริยา โดยปกติแล้วจะเพียงแค่รวมรีเอเจนต์เข้าด้วยกัน ซึ่งแตกต่างจากวิธีเชื้อเพลิงอื่นๆ เท่านั้น ไม่จำเป็นต้องมีการเริ่มต้นกระบวนการเพิ่มเติม (การจุดไฟ)

อันที่จริง นี่เป็นปฏิกิริยาเทอร์โมเคมีชนิดหนึ่ง อย่างไรก็ตาม ไม่เหมือนกับปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำที่อธิบายไว้เมื่อพิจารณาอุปกรณ์กักเก็บพลังงานความร้อนและไม่ต้องการสภาวะพิเศษใดๆ ในที่นี้ เรากำลังพูดถึงอุณหภูมิหลายร้อยหรือหลายพันองศา เป็นผลให้ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในแต่ละกิโลกรัมของสารทำงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก แต่อุปกรณ์นั้นซับซ้อนกว่า มากมายมหาศาล และมีราคาแพงกว่าขวดพลาสติกเปล่าหรือถังรีเอเจนต์ทั่วไปหลายเท่า

ความจำเป็นในการบริโภคสารเพิ่มเติม - กล่าวคือ น้ำสำหรับปูนขาว - ไม่ใช่ข้อเสียที่สำคัญ (หากจำเป็น คุณสามารถรวบรวมน้ำที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนสถานะมะนาวเป็นสถานะปูนขาว) แต่ เงื่อนไขพิเศษการจัดเก็บปูนขาวมากนี้การละเมิดซึ่งไม่เพียง แต่เต็มไปด้วยการเผาไหม้ของสารเคมีเท่านั้น แต่ยังมีการระเบิดด้วยการถ่ายโอนวิธีการนี้และวิธีการที่คล้ายกันไปยังประเภทของผู้ที่ไม่น่าจะออกมาสู่ชีวิตที่แพร่หลาย

การเก็บพลังงานประเภทอื่นๆ

นอกจากที่อธิบายข้างต้นแล้ว ยังมีอุปกรณ์เก็บพลังงานประเภทอื่นๆ ด้วย อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันมีข้อจำกัดอย่างมากในแง่ของความหนาแน่นของพลังงานที่เก็บไว้และเวลาในการจัดเก็บที่ต้นทุนต่อหน่วยที่สูง ดังนั้นแม้ว่าพวกเขาจะใช้เพื่อความบันเทิงมากกว่าและการแสวงหาผลประโยชน์เพื่อจุดประสงค์ที่จริงจังจะไม่ได้รับการพิจารณา ตัวอย่างคือสีเรืองแสงซึ่งเก็บพลังงานจากแหล่งกำเนิดแสงที่สว่างแล้วจึงเรืองแสงเป็นเวลาสองสามวินาทีหรือนานเป็นนาที การดัดแปลงที่ทันสมัยของพวกเขาไม่มีฟอสฟอรัสที่เป็นพิษเป็นเวลานานและค่อนข้างปลอดภัยแม้กระทั่งสำหรับใช้ในของเล่นเด็ก

อุปกรณ์เก็บพลังงานแม่เหล็กที่มีตัวนำยิ่งยวดจะเก็บไว้ในสนามแม่เหล็กของขดลวดแม่เหล็ก DC ขนาดใหญ่ สามารถแปลงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับได้ตามต้องการ ตัวสะสมที่อุณหภูมิต่ำถูกระบายความร้อนด้วยฮีเลียมเหลวและพร้อมใช้งานสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม หน่วยเก็บอุณหภูมิสูงที่ระบายความร้อนด้วยไฮโดรเจนเหลวยังอยู่ระหว่างการพัฒนาและอาจวางจำหน่ายในอนาคต

อุปกรณ์เก็บพลังงานแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดมีขนาดใหญ่และโดยทั่วไปมักใช้ในช่วงเวลาสั้นๆ เช่น ในระหว่างการสลับ เผยเเพร่โดย

การเจริญเติบโตของต้นไม้อ้วน
ซึ่งหยั่งรากบนทรายที่แห้งแล้ง
อนุมัติระบุชัดเจนว่า
ไขมันทิ้งไขมันจากอากาศ
ดูดซับ ...
M.V. Lomonosov

พลังงานถูกเก็บไว้ในเซลล์อย่างไร? เมแทบอลิซึมคืออะไร? สาระสำคัญของกระบวนการไกลโคไลซิส การหมัก และการหายใจระดับเซลล์คืออะไร? กระบวนการใดเกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนการสังเคราะห์ด้วยแสงที่สว่างและมืด กระบวนการของพลังงานและเมแทบอลิซึมของพลาสติกเกี่ยวข้องกันอย่างไร? การสังเคราะห์ทางเคมีคืออะไร?

บทเรียน-บรรยาย

ความสามารถในการแปลงพลังงานบางประเภทเป็นพลังงานอื่น (พลังงานรังสีเป็นพลังงานพันธะเคมี พลังงานเคมีเป็นพลังงานกล ฯลฯ) เป็นหนึ่งในคุณสมบัติพื้นฐานของสิ่งมีชีวิต ที่นี่เราจะพิจารณาในรายละเอียดว่ากระบวนการเหล่านี้เกิดขึ้นได้อย่างไรในสิ่งมีชีวิต

ATF - ผู้ให้บริการหลักของพลังงานในเซลล์... สำหรับการดำเนินการตามการแสดงออกของกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์จำเป็นต้องใช้พลังงาน สิ่งมีชีวิต autotrophic ได้รับพลังงานเริ่มต้นจากดวงอาทิตย์ในระหว่างปฏิกิริยาการสังเคราะห์ด้วยแสง ในขณะที่สิ่งมีชีวิต heterotrophic ใช้สารประกอบอินทรีย์จากอาหารเป็นแหล่งพลังงาน พลังงานถูกเก็บไว้โดยเซลล์ในพันธะเคมีของโมเลกุล เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต)ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบด้วยกลุ่มฟอสเฟตสามกลุ่ม กากน้ำตาล (ไรโบส) และเรซิดิวเบสไนโตรเจน (อะดีนีน) (รูปที่ 52)

ข้าว. 52. โมเลกุลเอทีพี

พันธะระหว่างฟอสเฟตตกค้างเรียกว่าพลังงานสูง เพราะเมื่อแตกออกจะปล่อยพลังงานออกมาเป็นจำนวนมาก โดยปกติเซลล์จะดึงพลังงานจาก ATP โดยแยกเฉพาะกลุ่มขั้วฟอสเฟตเท่านั้น ในกรณีนี้ ADP (adenosine diphosphate) กรดฟอสฟอริกจะเกิดขึ้นและปล่อย 40 kJ / mol:

โมเลกุล ATP มีบทบาทเป็นชิปต่อรองพลังงานสากลของเซลล์ พวกมันถูกส่งไปยังที่ที่มีกระบวนการที่ใช้พลังงานมาก ไม่ว่าจะเป็นการสังเคราะห์ด้วยเอนไซม์ของสารประกอบอินทรีย์ การทำงานของโปรตีน - มอเตอร์ระดับโมเลกุลหรือโปรตีนการขนส่งเมมเบรน ฯลฯ การสังเคราะห์โมเลกุล ATP แบบย้อนกลับนั้นกระทำโดยการติด กลุ่มฟอสเฟตต่อ ADP พร้อมการดูดกลืนพลังงาน การจัดเก็บพลังงานโดยเซลล์ในรูปของ ATP จะดำเนินการในปฏิกิริยา การแลกเปลี่ยนพลังงาน... มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ การแลกเปลี่ยนพลาสติกในระหว่างที่เซลล์ผลิตสารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์

การแลกเปลี่ยนสารและพลังงานในเซลล์ (เมตาบอลิซึม)... เมแทบอลิซึมคือชุดของปฏิกิริยาทั้งหมดของเมแทบอลิซึมของพลาสติกและพลังงานซึ่งเชื่อมต่อถึงกัน ในเซลล์ การสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน กรดนิวคลีอิกเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง การสังเคราะห์สารประกอบมักเกิดขึ้นกับการใช้พลังงานนั่นคือด้วยการมีส่วนร่วมที่ขาดไม่ได้ของ ATP แหล่งพลังงานสำหรับการก่อตัวของ ATP คือปฏิกิริยาของเอนไซม์ในการออกซิเดชันของโปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรตที่เข้าสู่เซลล์ ในระหว่างกระบวนการนี้ พลังงานจะถูกปล่อยและเก็บไว้ใน ATP การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสมีบทบาทพิเศษในการเผาผลาญพลังงานของเซลล์ ในกรณีนี้ โมเลกุลกลูโคสจะผ่านการเปลี่ยนแปลงต่อเนื่องกันเป็นชุด

ขั้นแรกเรียกว่า ไกลโคไลซิสผ่านในไซโตพลาสซึมของเซลล์และไม่ต้องการออกซิเจน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาต่อเนื่องที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ กลูโคสแบ่งออกเป็นสองโมเลกุลของกรดไพรูวิก ในกรณีนี้ จะใช้ ATP สองโมเลกุล และพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเกิดออกซิเดชันนั้นเพียงพอสำหรับการก่อตัวของโมเลกุล ATP สี่ตัว เป็นผลให้ผลผลิตพลังงานของไกลโคไลซิสมีขนาดเล็กและมีจำนวนถึงสองโมเลกุล ATP:

C 6 H1 2 0 6 → 2C 3 H 4 0 3 + 4H + + 2ATP

ภายใต้สภาวะที่ไม่ใช้ออกซิเจน (ในกรณีที่ไม่มีออกซิเจน) การเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมสามารถเชื่อมโยงกับ .ประเภทต่างๆ การหมัก.

ทุกคนรู้ การหมักกรดแลคติก(นมเปรี้ยว) ซึ่งเกิดขึ้นจากฤทธิ์ของกรดแลคติกเชื้อราและแบคทีเรีย กลไกนี้คล้ายกับไกลโคไลซิส มีเพียงผลิตภัณฑ์สุดท้ายคือกรดแลคติก การเกิดออกซิเดชันของกลูโคสประเภทนี้เกิดขึ้นในเซลล์เมื่อขาดออกซิเจน เช่น ในกล้ามเนื้อที่ทำงานอย่างหนัก ใกล้เคียงกับเคมีในการหมักกรดแลคติกและการหมักแอลกอฮอล์ ความแตกต่างอยู่ในความจริงที่ว่าผลิตภัณฑ์ของการหมักแอลกอฮอล์คือเอทิลแอลกอฮอล์และคาร์บอนไดออกไซด์

ขั้นต่อไป ในระหว่างที่กรดไพรูวิกถูกออกซิไดซ์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ เรียกว่า การหายใจระดับเซลล์ ... ปฏิกิริยาระบบทางเดินหายใจเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรียของเซลล์พืชและสัตว์ และเมื่อมีออกซิเจนเท่านั้น นี่คือชุดของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย - คาร์บอนไดออกไซด์ ในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการนี้ ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของการเกิดออกซิเดชันของสารตั้งต้นจะเกิดขึ้นจากการกำจัดอะตอมไฮโดรเจน ในเวลาเดียวกัน พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งถูก "รักษาไว้" ในพันธะเคมีของ ATP และเกิดโมเลกุลของน้ำขึ้น เป็นที่ชัดเจนว่าจะต้องผูกมัดอะตอมไฮโดรเจนที่แยกออกอย่างแม่นยำซึ่งจำเป็นต้องใช้ออกซิเจน การเปลี่ยนแปลงทางเคมีชุดนี้ค่อนข้างซับซ้อนและเกิดขึ้นจากการมีส่วนร่วมของเยื่อหุ้มชั้นในของไมโตคอนเดรีย เอนไซม์ และโปรตีนพาหะ

การหายใจระดับเซลล์มีประสิทธิภาพมาก มีการสังเคราะห์โมเลกุลเอทีพี 30 โมเลกุล อีก 2 โมเลกุลเกิดขึ้นระหว่างไกลโคไลซิส และโมเลกุลเอทีพี 6 โมเลกุล ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์ไกลโคไลซิสบนเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรีย โดยรวมแล้วเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลทำให้เกิดโมเลกุล ATP 38 ตัว:

C 6 H 12 O 6 + 6H 2 0 → 6CO 2 + 6H 2 O + 38ATP

ในไมโตคอนเดรีย ขั้นตอนสุดท้ายของการเกิดออกซิเดชันไม่เพียงแค่น้ำตาลเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโปรตีนและไขมันด้วย สารเหล่านี้ถูกใช้โดยเซลล์ส่วนใหญ่เมื่อแหล่งคาร์โบไฮเดรตหมด ประการแรกไขมันถูกใช้ไปในระหว่างการออกซิเดชั่นซึ่งมีการปล่อยพลังงานออกมามากกว่าคาร์โบไฮเดรตและโปรตีนในปริมาณที่เท่ากัน ดังนั้นไขมันสัตว์จึงเป็น "แหล่งสำรองเชิงกลยุทธ์" หลักของแหล่งพลังงาน ในพืช แป้งมีบทบาทในการสำรองพลังงาน ระหว่างการจัดเก็บ จะใช้พื้นที่มากกว่าปริมาณไขมันที่เทียบเท่ากับพลังงานอย่างมาก สำหรับพืช สิ่งนี้ไม่เป็นอุปสรรค เนื่องจากพวกมันเคลื่อนที่ไม่ได้และไม่ได้บรรทุกสิ่งของติดตัวเหมือนสัตว์ คุณสามารถดึงพลังงานจากคาร์โบไฮเดรตได้เร็วกว่าจากไขมัน โปรตีนทำหน้าที่สำคัญหลายอย่างในร่างกาย ดังนั้นจึงเกี่ยวข้องกับการเผาผลาญพลังงานก็ต่อเมื่อทรัพยากรของน้ำตาลและไขมันหมดลงเท่านั้น เช่น ในระหว่างที่อดอาหารเป็นเวลานาน

การสังเคราะห์ด้วยแสง. การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นกระบวนการระหว่างที่พลังงานของรังสีดวงอาทิตย์ถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีของสารประกอบอินทรีย์ ในเซลล์พืช กระบวนการที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นในคลอโรพลาสต์ ภายในออร์แกเนลล์นี้มีระบบเมมเบรนซึ่งเม็ดสีถูกฝังไว้ซึ่งจับพลังงานการแผ่รังสีของดวงอาทิตย์ เม็ดสีหลักของการสังเคราะห์ด้วยแสงคือคลอโรฟิลล์ซึ่งดูดซับสีน้ำเงินและไวโอเล็ตเป็นส่วนใหญ่รวมถึงรังสีสีแดงของสเปกตรัม แสงสีเขียวจะสะท้อน ดังนั้นตัวคลอโรฟิลล์เองและส่วนของพืชที่มีคลอโรฟิลล์จึงปรากฏเป็นสีเขียว

การสังเคราะห์แสงมีสองขั้นตอน - แสงสว่างและ มืด(รูปที่ 53) การจับและการเปลี่ยนรูปของพลังงานการแผ่รังสีที่เกิดขึ้นจริงเกิดขึ้นระหว่างเฟสของแสง เมื่อดูดซับควอนตาแสง คลอโรฟิลล์จะเข้าสู่สภาวะตื่นเต้นและกลายเป็นผู้ให้อิเล็กตรอน อิเล็กตรอนของมันถูกถ่ายโอนจากโปรตีนคอมเพล็กซ์หนึ่งไปยังอีกคอมเพล็กซ์หนึ่งตามห่วงโซ่การขนส่งอิเล็กตรอน โปรตีนของสายโซ่นี้ เหมือนกับเม็ดสี กระจุกตัวอยู่ที่เยื่อหุ้มชั้นในของคลอโรพลาสต์ เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนตัวไปตามสายโซ่พาหะ มันจะสูญเสียพลังงานซึ่งใช้สำหรับการสังเคราะห์เอทีพี อิเล็กตรอนบางตัวที่ถูกกระตุ้นด้วยแสงถูกใช้เพื่อลด NDP (nicotinamide adenine dinucleotiphosphate) หรือ NADPH

ข้าว. 53. ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาของระยะแสงและความมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

ภายใต้อิทธิพลของแสงแดด คลอโรพลาสต์ยังทำลายโมเลกุลของน้ำ - โฟโตไลซิส; ในกรณีนี้อิเล็กตรอนจะปรากฏขึ้นซึ่งชดเชยการสูญเสียของคลอโรฟิลล์ ออกซิเจนเกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้:

ดังนั้น ความหมายเชิงหน้าที่ของเฟสแสงคือการสังเคราะห์ ATP และ NADPH โดยการแปลงพลังงานแสงเป็นพลังงานเคมี

ไม่จำเป็นต้องใช้แสงในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง สาระสำคัญของกระบวนการที่เกิดขึ้นที่นี่คือโมเลกุล ATP และ NADP · H ที่ได้รับในระยะแสงถูกใช้ในปฏิกิริยาเคมีหลายชุดที่ "แก้ไข" CO2 ในรูปของคาร์โบไฮเดรต ปฏิกิริยาทั้งหมดของเฟสมืดเกิดขึ้นภายในคลอโรพลาสต์ และคาร์บอนไดออกไซด์ ADP และ NADP ที่ปล่อยออกมาในระหว่างการ "ตรึง" จะถูกใช้อีกครั้งในปฏิกิริยาของเฟสแสงสำหรับการสังเคราะห์ ATP และ NADP · H.

สมการโดยรวมของการสังเคราะห์ด้วยแสงมีดังนี้:

ความสัมพันธ์และความสามัคคีของกระบวนการแลกเปลี่ยนพลาสติกและพลังงาน... กระบวนการสังเคราะห์ ATP เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึม (ไกลโคไลซิส) ในไมโตคอนเดรีย (การหายใจระดับเซลล์) และในคลอโรพลาสต์ (การสังเคราะห์ด้วยแสง) ปฏิกิริยาทั้งหมดที่เกิดขึ้นในกระบวนการเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาของการเผาผลาญพลังงาน พลังงานที่เก็บไว้ในรูปของ ATP จะถูกใช้ในปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมของพลาสติกเพื่อการผลิตโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต และกรดนิวคลีอิกที่จำเป็นสำหรับกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์ โปรดทราบว่าเฟสมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นห่วงโซ่ของปฏิกิริยา การแลกเปลี่ยนพลาสติก และเฟสของแสงนั้นมีพลัง

ความสัมพันธ์และความสามัคคีของกระบวนการของพลังงานและการแลกเปลี่ยนพลาสติกนั้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนโดยสมการต่อไปนี้:

การอ่านสมการนี้จากซ้ายไปขวาส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของกลูโคสเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำในระหว่างการไกลโคไลซิสและการหายใจระดับเซลล์ ซึ่งสัมพันธ์กับการสังเคราะห์ ATP (เมแทบอลิซึมของพลังงาน) หากคุณอ่านจากขวาไปซ้าย คุณจะได้รับคำอธิบายเกี่ยวกับปฏิกิริยาของเฟสมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง เมื่อกลูโคสถูกสังเคราะห์จากน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์โดยมีส่วนร่วมของ ATP (เมแทบอลิซึมของพลาสติก)

เคมีบำบัด... นอกจากโฟโตออโตโทรฟแล้ว แบคทีเรียบางชนิด (ไฮโดรเจน ไนตริไฟดิ้ง แบคทีเรียกำมะถัน ฯลฯ) ยังสามารถสังเคราะห์สารอินทรีย์จากสารอนินทรีย์ได้อีกด้วย พวกเขาดำเนินการสังเคราะห์นี้เนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันของสารอนินทรีย์ พวกเขาเรียกว่า chemoautotrophs แบคทีเรียสังเคราะห์เคมีเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในชีวมณฑล ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียไนตริไฟดิ้งจะเปลี่ยนเกลือแอมโมเนียมที่ไม่สามารถเข้าถึงได้จากพืชให้กลายเป็นเกลือของกรดไนตริก ซึ่งพวกมันดูดซึมได้ดี

เมแทบอลิซึมของเซลล์ประกอบด้วยปฏิกิริยาของพลังงานและเมแทบอลิซึมของพลาสติก ในกระบวนการเมแทบอลิซึมของพลังงาน สารประกอบอินทรีย์จะก่อตัวขึ้นด้วยพันธะเคมีที่มีพลังงานสูง - ATP พลังงานที่จำเป็นสำหรับสิ่งนี้มาจากการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์ระหว่างปฏิกิริยาแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ไกลโคไลซิส การหมัก) และปฏิกิริยาแอโรบิก (การหายใจระดับเซลล์) จากรังสีของดวงอาทิตย์ซึ่งพลังงานที่ถูกดูดซับในระยะแสง (การสังเคราะห์ด้วยแสง); จากการเกิดออกซิเดชันของสารประกอบอนินทรีย์ (การสังเคราะห์ทางเคมี) พลังงานของ ATP ถูกใช้ไปในการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่จำเป็นสำหรับเซลล์ในปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมของพลาสติก ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาของเฟสมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง

• เมแทบอลิซึมของพลาสติกและพลังงานแตกต่างกันอย่างไร
• พลังงานของรังสีของดวงอาทิตย์ถูกแปลงเป็นเฟสแสงของการสังเคราะห์ด้วยแสงอย่างไร กระบวนการใดเกิดขึ้นในช่วงมืดของการสังเคราะห์ด้วยแสง
• เหตุใดการสังเคราะห์ด้วยแสงจึงเรียกว่ากระบวนการสะท้อนปฏิสัมพันธ์ระหว่างดาวเคราะห์และจักรวาล

"นอกจากนี้เรายังสามารถพูดคุยเกี่ยวกับความตายทางเคมีของบุคคลเมื่อพลังงานจิตหมดลง

เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการฟื้นคืนชีพเมื่อพลังงานจิตเริ่มเติมเต็ม".

พลังจิตคืออะไร?- นี่คือพลังงานที่ให้ชีวิตซึ่งการดำรงอยู่ของบุคคลขึ้นอยู่กับ. ไม่มีพลังงานกายสิทธิ์ (ต่อไปนี้คือ PE) - ไม่มีชีวิต การสลายตัวทางร่างกาย ความเจ็บป่วยและความตายเกิดขึ้น มี PE - มีชีวิตที่เต็มไปด้วยความคิดสร้างสรรค์ สุขภาพ และความสุข

คำพ้องความหมายสำหรับ PE: พระคุณ, ปรานา, พลังงาน Qi ของจีน, ไฟของ Hermes, Kundalini, ลิ้นไฟของวัน Holy Trinity, Vril Bulwer-Lytton, พลังงานฟรีของ Killy, Mesmer ของเหลว, Od Reichenbach, ไฟที่มีชีวิตของ Zoroaster, Sophia of the Hellenes , สรัสวดีของชาวฮินดูและอื่น ๆ อีกมากมาย

สัญญาณของการลดลงของ PE: ความเหนื่อยล้าทางร่างกายและจิตใจ ง่วงซึม มีสติสัมปชัญญะ และในกรณีที่รุนแรง - อาการคลื่นไส้

สัญญาณของ PE flush: ความสุขและการมองโลกในแง่ดี กิจกรรมสร้างสรรค์ ความปรารถนาความสำเร็จ และกิจกรรมที่มีผล

เจ็ดวิธีในการอนุรักษ์ PE

1. ออร่า ออกจากบ้านในตอนเช้า ให้ร่างเปลือกที่มีพลังในรูปของไข่ไก่รอบตัวคุณในระยะข้อศอกเพื่อให้ร่างกายของคุณอยู่ตรงกลางของไข่ออริคนี้ ดังนั้น คุณจะเสริมความแข็งแกร่งให้กับเครือข่ายป้องกันออร่าของคุณ ซึ่งปกป้อง PE ของคุณจากการบุกรุกที่ไม่ต้องการ

2. แวมไพร์ พยายามหลีกเลี่ยงการสื่อสารกับผู้คนที่มีแววตามืดมนและมัวหมอง สิ่งเหล่านี้คือแวมไพร์พลังงาน หลังจากที่สื่อสารกับผู้ที่มีอาการเหนื่อยล้าอย่างรุนแรง สายตาของบุคคลไม่สามารถเสแสร้งได้ ดวงตาเป็นตัวบ่งชี้ที่น่าเชื่อถือที่สุดของการปรากฏตัวของ PE ในคน ผู้ที่ไม่มีพละกำลังของตัวเองมักจะกลายเป็นแวมไพร์พลังงานและพยายาม (มักจะโดยไม่รู้ตัว) ที่จะขโมยมันโดยเพียงแค่เข้าใกล้ออร่าของผู้บริจาค

3. ฝูงชน วี การขนส่งสาธารณะหรือสถานที่รวบรวมผู้คนที่คล้ายคลึงกัน ทำการประเมินแบบสายฟ้าแลบของคนที่ยืนอยู่ข้างคุณอย่างสุขุม หากหนึ่งในนั้นทำให้คุณปฏิเสธเล็กน้อย ให้ย้ายจากเขาไปที่อื่น เมื่อรัศมีของมนุษย์สัมผัสกัน PE ของคุณจะไหลตามหลักการแม่เหล็กไปสู่ออร่าอีกอันหนึ่ง และ PE ของออร่าอีกอันจะไหลเข้าสู่ตัวคุณ และไม่มีทางขัดขวางการแลกเปลี่ยนพลังงานนี้ - นี่เป็นกฎที่หนักแน่น

4. มือ ในที่สาธารณะ พยายามหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงกับวัตถุและสิ่งของทั่วไป เช่น ที่จับประตู ราวจับ ที่จับรถเข็น ฯลฯ หากเป็นไปได้ ในฤดูหนาว อย่าถอดถุงมือหรือซื้อถุงมือแบบบาง เช่น ถุงมือเด็ก หากไม่สามารถหลีกเลี่ยงการสัมผัสโดยตรงด้วยมือเปล่าได้ ให้หาที่ที่มีคนใช้น้อยที่สุด มือมนุษย์ปล่อย PE ออกมาอย่างแรง ในแต่ละครั้งบุคคลจะอิ่มตัวด้วย PE ของเขาวัตถุเหล่านั้นที่มือสัมผัส ให้นึกถึงของเก่าที่ไม่คุ้นเคย พวกมันสามารถเก็บประจุ PE เชิงลบ จากการสัมผัสซึ่งคุณจะจ่าย PE จำนวนมากเพื่อทำให้เป็นกลาง

5. การระคายเคือง ไม่ว่าอย่างไรก็ตาม หลีกเลี่ยงการระคายเคืองซึ่งอาจสร้างความรำคาญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในระบบขนส่งสาธารณะ ในร้านค้า ระหว่างการจราจรหนาแน่นบนท้องถนน ขับรถ ที่บ้าน ฯลฯ การระคายเคืองทางจิตสร้าง PE เชิงลบ ซึ่งจะทำลาย PE ที่เป็นบวกของคุณ

6. อินทิม ตะกั่วปานกลาง ชีวิตส่วนตัวเนื่องจากการสืบพันธุ์ของน้ำอสุจิต้องใช้ PE เป็นจำนวนมาก

7. สัตว์ อย่าเก็บสัตว์ไว้ที่บ้านเพื่อไม่ให้ PE ของคุณรั่วไหล สัตว์ก็เหมือนกับสิ่งมีชีวิตทั้งหมด มีกลิ่นอายของ PE ของตัวเอง ซึ่งมีคุณภาพต่ำกว่า PE ของมนุษย์มาก เมื่อรัศมีของบุคคลและสัตว์สัมผัสกัน การแลกเปลี่ยน PE แบบเดียวกันก็เกิดขึ้นระหว่างคน อย่าทำให้ออร่าอิ่มตัวด้วย PE ของสัตว์ที่ต่ำกว่า

เจ็ดวิธีในการปรับปรุง PE

1. อากาศ หายใจอย่างเป็นธรรมชาติให้บ่อยขึ้น อากาศบริสุทธิ์... พรานา PE แสงอาทิตย์ละลายอยู่ในนั้น ในเมืองใหญ่ที่มีประชากรมากกว่าหนึ่งล้านคน อากาศไม่สะอาด ดังนั้นให้พยายามออกไปสู่ธรรมชาติให้บ่อยขึ้น หรือแม้แต่ย้ายออกจากเมืองหรือในเมืองเล็กๆ

2. อวกาศ พื้นที่สากลที่ไร้ขอบเขตเต็มไปด้วยพลังงานที่สร้างชีวิตในจักรวาลซึ่งคล้ายกับ PE ของมนุษย์ คุณเพียงแค่ต้องเรียกจิตใจ ดึงเธอออกจากที่นั่น มองดูดาวบนท้องฟ้าและจินตนาการว่านี่คือมหาสมุทรแห่งพลังงาน โดยการสัมผัสที่คุณสามารถเพิ่มพลังงานชีวิตของคุณได้อย่างง่ายดาย

3. มิตรภาพ เป็นมิตรกับทุกคนรอบตัวคุณ อย่าหวังให้ใครเดือดร้อน แม้แต่ศัตรู ความเมตตาและทัศนคติที่เป็นมิตรไม่เพียงแต่สร้างรังสี PE ในเชิงบวกในออร่าของคุณ แต่ยังทำให้ผู้คนเกิดการสั่นสะเทือนที่เหมือนกันของออร่าของพวกเขา คนที่เป็นมิตรแลกเปลี่ยน PE เชิงบวกกับคนอื่นเพียงเพราะพวกเขากระตุ้น PE เชิงบวกแบบเดียวกันในคนอื่น

4. หัวใจ ผู้ปกครองหลักของ PE ของบุคคลคือหัวใจของเขา ฟังหัวใจของคุณไม่ใช่สมองของคุณ สมองที่มีเหตุผลมักถูกหลอกในการประเมินสถานการณ์ชีวิตที่ถูกต้อง และบางครั้งก็นำไปสู่ทางตัน หัวใจไม่เคยถูกหลอกและรู้มากเกินกว่าที่จิตใจจะจินตนาการได้ ได้ยินเสียงหัวใจของคุณในความเงียบและเงียบ มันจะบอกคุณถึงวิธีการเดินตามเส้นทางของชีวิตเพื่อที่ในตอนท้ายคุณสามารถพูดได้ว่าคุณใช้ชีวิตอย่างมีความสุข

6. ผักและผลไม้ กินผักและผลไม้ดิบ - เต็มไปด้วยเงินฝากพลังงานแสงอาทิตย์ พยายามอย่ากินอาหารทอดเช่น เนยที่สุกเกินไปจะปล่อยพิษที่ฆ่า PE ของคุณ อย่ากินเนื้อสัตว์มันเต็มไปด้วยพลังงานที่มองไม่เห็นจากของเหลวที่ก่อให้เกิดโรคที่เน่าเปื่อยซึ่งเริ่มขึ้นทันทีหลังจากสัตว์ตาย แม้แต่เนื้อที่สดที่สุดก็เต็มไปด้วย PE ของสัตว์ต่ำไม่เพียงเท่านั้น แต่ยังมีจุลินทรีย์ที่มีพลังเมื่อกินเข้าไป ร่างกายของคุณจะใช้ PE จำนวนมากเพื่อทำให้พวกมันเป็นกลาง พืชตระกูลถั่วสามารถทดแทนผลิตภัณฑ์จากเนื้อสัตว์ได้อย่างง่ายดาย

7. ความฝัน ก่อนนอนอย่ากังวลและยิ่งกว่านั้นอย่าทะเลาะกับครอบครัวของคุณ พยายามอย่าดูรายการทีวีเชิงลบและทางอาญาที่ก่อให้เกิดอารมณ์ไม่ดี ไปดูหนังดีๆ อ่านหนังสือ หรือฟังเพลงสบายๆ ดีกว่า ก่อนเข้านอน อาบน้ำเพื่อชำระไม่เพียงแต่ร่างกายที่มีเหงื่อออก แต่ที่สำคัญกว่านั้นคือเพื่อล้างพลังงานที่สะสมในวันนั้นออกจากออร่า น้ำบริสุทธิ์มีคุณสมบัติในการทำให้ PE บริสุทธิ์ เมื่อเกษียณจากการนอนหลับในร่างกายที่สะอาดและจิตใจที่สงบและเงียบสงบ PE ของคุณจะรีบเข้าไปในชั้นของพื้นที่ที่สะอาดซึ่งจะได้รับความเข้มแข็งและการบำรุงเลี้ยง ในตอนเช้าคุณจะรู้สึกกระปรี้กระเปร่าและแข็งแรงเพื่อใช้ชีวิตในวันข้างหน้าอย่างมีศักดิ์ศรี

พลังงานถูกเก็บไว้ใน .อย่างไร ATF(อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) และให้ทำงานที่เป็นประโยชน์อย่างไร? ดูเหมือนยากอย่างน่าเหลือเชื่อที่จู่ๆ พลังงานนามธรรมบางอย่างก็ได้รับสารพาหะในรูปของโมเลกุลภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต และไม่สามารถปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อนได้ (ซึ่งเข้าใจได้ไม่มากก็น้อย) แต่อยู่ในรูปแบบของการสร้าง โมเลกุลอื่น โดยปกติผู้เขียนตำราจะจำกัดตัวเองไว้ที่วลี "พลังงานถูกเก็บไว้ในรูปแบบของพันธะพลังงานสูงระหว่างส่วนต่างๆ ของโมเลกุล และถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อพันธะนี้แตกสลาย ทำงานที่มีประโยชน์" แต่สิ่งนี้ไม่ได้อธิบายอะไรเลย .

โดยทั่วไปแล้ว การจัดการกับโมเลกุลและพลังงานเหล่านี้จะเกิดขึ้นดังนี้: อย่างแรก หรือพวกมันถูกสร้างขึ้นในคลอโรพลาสต์ในปฏิกิริยาลูกโซ่ที่คล้ายกัน สิ่งนี้ใช้ไปกับพลังงานที่ได้รับในระหว่างการควบคุมการเผาไหม้ของสารอาหารโดยตรงภายในไมโตคอนเดรียหรือพลังงานของโฟตอนของแสงแดดที่ตกกระทบโมเลกุลคลอโรฟิลล์ จากนั้น ATP จะถูกส่งไปยังตำแหน่งต่างๆ ของเซลล์ที่จำเป็นในการทำงาน และเมื่อฟอสเฟตหนึ่งหรือสองกลุ่มถูกแยกออกจากกัน พลังงานก็จะถูกปลดปล่อยออกมา ซึ่งใช้ได้ผลดี ในกรณีนี้ ATP จะแตกตัวเป็นสองโมเลกุล: หากแยกกลุ่มฟอสเฟตเพียงกลุ่มเดียว ATP จะกลายเป็น ADP(adenosine DIphosphate ซึ่งแตกต่างจาก adenosine TRIPhosphate เท่านั้นโดยไม่มีกลุ่มฟอสเฟตที่แยกจากกัน) หาก ATP ละทิ้งกลุ่มฟอสเฟตสองกลุ่มในคราวเดียว พลังงานก็จะถูกปลดปล่อยออกมามากขึ้น และอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟตจะยังคงมาจาก ATP ( AMF).

เห็นได้ชัดว่า เซลล์ยังต้องดำเนินกระบวนการตรงกันข้าม โดยแปลงโมเลกุล ADP หรือ AMP เป็น ATP เพื่อให้วงจรสามารถทำซ้ำได้เอง แต่โมเลกุลที่ "ว่างเปล่า" เหล่านี้สามารถลอยได้อย่างปลอดภัยข้างๆ ฟอสเฟตที่ขาดหายไปเพื่อให้เปลี่ยนเป็น ATP และไม่สามารถรวมเข้ากับพวกมันได้ เนื่องจากปฏิกิริยาแบบผสมดังกล่าวทำให้เกิดผลเสียอย่างกระฉับกระเฉง

อะไรคือ "การเพิ่มพลังงาน" ของปฏิกิริยาเคมีที่เข้าใจได้ง่ายถ้าคุณรู้ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์: ในจักรวาลหรือในระบบใด ๆ ที่แยกจากส่วนที่เหลือ ความวุ่นวายเกิดขึ้นได้เท่านั้น กล่าวคือ โมเลกุลที่ซับซ้อนซึ่งนั่งอยู่ในเซลล์อย่างมีระเบียบตามกฎนี้ สามารถถูกทำลายได้เท่านั้น ก่อตัวเป็นโมเลกุลที่เล็กลง หรือแม้กระทั่งสลายตัวเป็นอะตอมแต่ละอะตอม เพราะเมื่อนั้นลำดับจะน้อยลงอย่างเห็นได้ชัด เพื่อทำความเข้าใจแนวคิดนี้ คุณสามารถเปรียบเทียบโมเลกุลที่ซับซ้อนกับเครื่องบินที่ประกอบขึ้นจากเลโก้ จากนั้นโมเลกุลขนาดเล็กซึ่งคอมเพล็กซ์สลายตัวจะเชื่อมโยงกับแต่ละส่วนในระนาบนี้และอะตอมด้วยก้อนเลโก้แต่ละก้อน เมื่อพิจารณาจากระนาบที่ประกอบอย่างประณีตและเปรียบเทียบกับชิ้นส่วนที่ยุ่งเหยิง จะเห็นได้ชัดว่าเหตุใดโมเลกุลที่ซับซ้อนจึงมีลำดับมากกว่าอนุภาคขนาดเล็ก

ปฏิกิริยาการแตกตัวดังกล่าว (ของโมเลกุล ไม่ใช่ของเครื่องบิน) จะเป็นที่ชื่นชอบในเชิงพลังงาน ซึ่งหมายความว่าสามารถดำเนินการได้เองตามธรรมชาติ และพลังงานจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการแตกตัว แม้ว่าในความเป็นจริงการแยกระนาบจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่ง: แม้ว่าชิ้นส่วนจะไม่แยกออกจากกันและแรงภายนอกจะต้องพองตัวเพื่อคลายออกในรูปแบบของเด็กที่ต้องการใช้ชิ้นส่วนเหล่านี้ สำหรับอย่างอื่น เขาจะใช้ในการเปลี่ยนเครื่องบินให้กลายเป็นกองที่วุ่นวายซึ่งพลังงานที่ได้รับจากการรับประทานอาหารที่มีคำสั่งสูง และยิ่งชิ้นส่วนเกาะติดกันแน่นมากเท่าใด พลังงานก็จะยิ่งถูกใช้มากขึ้นเท่านั้น รวมทั้งถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อนด้วย บรรทัดล่าง: ขนมปังชิ้นหนึ่ง (แหล่งพลังงาน) และเครื่องบินกลายเป็นมวลที่ไม่เป็นระเบียบ โมเลกุลของอากาศรอบตัวเด็กอุ่นขึ้น (ซึ่งหมายความว่าพวกมันเคลื่อนที่แบบสุ่มมากขึ้น) - มีความโกลาหลมากขึ้นนั่นคือการแยกส่วน เครื่องบินมีประโยชน์อย่างกระฉับกระเฉง

โดยสรุป เราสามารถกำหนดกฎต่อไปนี้จากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์:

1. ด้วยปริมาณการสั่งซื้อที่ลดลงพลังงานจะถูกปล่อยออกมาและปฏิกิริยาที่เอื้ออำนวยเกิดขึ้น

2. เมื่อปริมาณการสั่งซื้อเพิ่มขึ้น พลังงานจะถูกดูดซับ ปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงานเกิดขึ้น

เมื่อมองแวบแรก การเคลื่อนไหวที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากลำดับไปสู่ความโกลาหลทำให้ไม่สามารถย้อนกลับกระบวนการได้ เช่น การสร้างไข่ที่ปฏิสนธิแล้วตัวเดียวและโมเลกุลของสารอาหารที่แม่วัวดูดกลืน ลูกวัวที่เป็นระเบียบมากเมื่อเทียบกับหญ้าเคี้ยวอย่างไม่ต้องสงสัย

แต่ถึงกระนั้น สิ่งนี้ก็เกิดขึ้น และสาเหตุของสิ่งนี้ก็คือสิ่งมีชีวิตมีชิปตัวเดียวที่ช่วยให้ทั้งสองสนับสนุนความทะเยอทะยานของจักรวาลในการเอนโทรปี และสร้างตัวเองและลูกหลานของพวกมัน: รวมปฏิกิริยาสองอย่างเป็นกระบวนการเดียว ปฏิกิริยาหนึ่งเป็นผลดีต่อพลังงาน และอีกปฏิกิริยาหนึ่งใช้พลังงานมาก... ด้วยการรวมกันของปฏิกิริยาทั้งสองนี้ เป็นไปได้เพื่อให้แน่ใจว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาแรกจะทับซ้อนกับการใช้พลังงานของปฏิกิริยาที่สองในปริมาณที่มากเกินไป ในตัวอย่างของเครื่องบิน การแยกชิ้นส่วนออกจากกันนั้นใช้พลังงานมาก และหากไม่มีแหล่งพลังงานของบุคคลที่สามในรูปของขนมปังที่ถูกทำลายโดยการเผาผลาญของเด็ก เครื่องบินก็จะคงอยู่ตลอดไป

มันเหมือนกับการขี่รถเลื่อนไถลลงเขา อย่างแรก บุคคลในขณะที่ดูดซับอาหาร เก็บพลังงานที่ได้รับจากกระบวนการที่เอื้ออำนวยอย่างกระฉับกระเฉงในการแยกไก่ที่ได้รับคำสั่งสูงออกเป็นโมเลกุลและอะตอมในร่างกายของเขา แล้วเขาก็ใช้พลังงานนี้ ลากเลื่อนขึ้นภูเขา การเลื่อนแคร่เลื่อนจากเท้าขึ้นไปด้านบนนั้นไม่มีประโยชน์เลย ดังนั้นพวกมันจะไม่กลิ้งไปเองตามธรรมชาติ ซึ่งต้องใช้พลังงานจากภายนอกบางประเภท และถ้าพลังงานที่ได้รับจากการกินไก่ไม่เพียงพอที่จะเอาชนะการขึ้นได้ กระบวนการ "เลื่อนจากยอดเขา" จะไม่เกิดขึ้น

เป็นปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงาน ( ปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงาน ) เพิ่มปริมาณการสั่งซื้อโดยการดูดซับพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาคอนจูเกต และความสมดุลระหว่างการปลดปล่อยและการใช้พลังงานในปฏิกิริยาคู่นี้ต้องเป็นไปในทางบวกเสมอ กล่าวคือ การรวมกันของพวกมันจะเพิ่มปริมาณของความโกลาหล ตัวอย่างของการเพิ่มขึ้น เอนโทรปี(ความผิดปกติ) ( เอนโทรปี['Entrə pɪ]) เป็นการปลดปล่อยความร้อนระหว่างปฏิกิริยาการจ่ายพลังงาน ( ปฏิกิริยาการจ่ายพลังงาน): อนุภาคของสารที่อยู่ติดกับโมเลกุลที่เข้าสู่ปฏิกิริยาได้รับการกระแทกอย่างมีพลังจากปฏิกิริยาเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้นและวุ่นวายมากขึ้นผลักโมเลกุลและอะตอมอื่น ๆ ของสารนี้และสารที่อยู่ใกล้เคียง

กลับไปหาพลังจากอาหารกันดีกว่า บานอฟฟี่พายชิ้นหนึ่งมีระเบียบมากกว่าผลจากการเคี้ยวที่เข้าไปในกระเพาะ ซึ่งในทางกลับกันประกอบด้วยโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่และมีระเบียบมากกว่าโมเลกุลที่ลำไส้ทำลายลง และในทางกลับกันพวกมันจะถูกส่งไปยังเซลล์ของร่างกายซึ่งอะตอมและอิเล็กตรอนที่แยกจากกันจะถูกฉีกออกจากพวกมัน ... และในแต่ละขั้นตอนของความโกลาหลที่เพิ่มขึ้นในเค้กชิ้นเดียวพลังงานจะเป็น ปล่อยออกมาซึ่งจับโดยอวัยวะและออร์แกเนลล์ของผู้กินที่มีความสุขโดยเก็บไว้ในรูปของ ATP (เน้นพลังงาน) ทำให้สามารถสร้างโมเลกุลที่จำเป็นใหม่ (เน้นพลังงาน) หรือให้ความร้อนแก่ร่างกาย (เช่นพลังงาน- เข้มข้น) เป็นผลให้ในระบบ "มนุษย์ - บานอฟฟี่พาย - จักรวาล" มีระเบียบน้อยลง (เนื่องจากการทำลายเค้กและการปล่อยพลังงานความร้อนโดยออร์แกเนลล์ที่ประมวลผล) แต่ในร่างกายมนุษย์ที่แยกจากกันมีมากกว่า ลำดับอย่างมีความสุข (เนื่องจากการเกิดขึ้นของโมเลกุลใหม่ ส่วนต่าง ๆ ของออร์แกเนลล์ และอวัยวะทั้งเซลล์)

หากเรากลับไปที่โมเลกุล ATP หลังจากการล่าถอยทางอุณหพลศาสตร์ เป็นที่ชัดเจนว่าการสร้างโมเลกุลจากส่วนประกอบ (โมเลกุลที่เล็กกว่า) นั้นต้องการพลังงานที่ได้รับจากปฏิกิริยาที่น่าพอใจอย่างมาก วิธีหนึ่งในการสร้างมันถูกอธิบายอย่างละเอียด อีกวิธีหนึ่ง (คล้ายกันมาก) ถูกใช้ในคลอโรพลาสต์ ซึ่งพลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ถูกใช้แทนพลังงานของการไล่ระดับโปรตอน

สามารถแยกแยะปฏิกิริยาสามกลุ่มซึ่งเป็นผลมาจากการสร้าง ATP (ดูแผนภาพด้านขวา):

• การแยกกลูโคสและกรดไขมันเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ในไซโตพลาสซึมช่วยให้คุณได้รับ ATP จำนวนหนึ่ง (จำนวนเล็กน้อยสำหรับโมเลกุลกลูโคสหนึ่งโมเลกุลที่แยกในขั้นตอนนี้จะมีโมเลกุล ATP ที่ได้รับเพียง 2 โมเลกุลเท่านั้น) แต่เป้าหมายหลักของขั้นตอนนี้คือการสร้างโมเลกุลที่ใช้ในระบบทางเดินหายใจของไมโตคอนเดรีย
• ความแตกแยกเพิ่มเติมของโมเลกุลที่ได้รับในระยะก่อนหน้าในวัฏจักรเครบส์ซึ่งดำเนินการในเมทริกซ์ยลให้โมเลกุล ATP เพียงตัวเดียวจุดประสงค์หลักของมันคือเช่นเดียวกับในย่อหน้าสุดท้าย
• ในที่สุด โมเลกุลที่สะสมในขั้นตอนก่อนหน้านี้ถูกใช้ในห่วงโซ่การหายใจของไมโตคอนเดรียเพื่อการผลิตเอทีพี และในที่นี้ก็มีการปล่อยสารจำนวนมากออกมา (เพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้ด้านล่าง)

หากเราอธิบายรายละเอียดทั้งหมดนี้โดยพิจารณาจากปฏิกิริยาเดียวกันในแง่ของการรับและใช้พลังงาน เราจะได้สิ่งนี้:

0. โมเลกุลของอาหารจะถูกเผาไหม้อย่างนุ่มนวล (ออกซิไดซ์) ในรอยแยกหลักที่เกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมของเซลล์ เช่นเดียวกับในปฏิกิริยาลูกโซ่ของปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่า "วงจรเครบส์" ที่เกิดขึ้นแล้วในเมทริกซ์ของไมโตคอนเดรีย - แหล่งจ่ายไฟส่วนหนึ่ง ขั้นเตรียมการ.

อันเป็นผลมาจากการผันคำกริยากับปฏิกิริยาที่เป็นประโยชน์อย่างกระฉับกระเฉงของปฏิกิริยาอื่น ๆ ปฏิกิริยาที่ไม่เอื้ออำนวยอย่างแรงของการสร้างโมเลกุลใหม่ทำให้เกิดโมเลกุล ATP 2 ตัวและโมเลกุลของสารอื่น ๆ หลายตัว - กินไฟมากส่วนหนึ่งของขั้นตอนการเตรียมการ โมเลกุลที่เกิดขึ้นโดยบังเอิญเหล่านี้เป็นพาหะของอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูง ซึ่งจะใช้ในห่วงโซ่การหายใจของไมโตคอนเดรียในขั้นต่อไป

1. บนเยื่อหุ้มของไมโทคอนเดรีย แบคทีเรียและอาร์เคียบางชนิด พลังของการกำจัดโปรตอนและอิเล็กตรอนจากโมเลกุลที่ได้รับในระยะก่อนหน้า (แต่ไม่ใช่จาก ATP) เกิดขึ้น ทางเดินของอิเล็กตรอนผ่านคอมเพล็กซ์ของห่วงโซ่ทางเดินหายใจ (I, III และ IV ในแผนภาพด้านซ้าย) แสดงโดยลูกศรคดเคี้ยวสีเหลืองแสดงเส้นทางผ่านคอมเพล็กซ์เหล่านี้ (และผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียชั้นใน) ของโปรตอน โดยลูกศรสีแดง

เหตุใดจึงไม่สามารถแยกอิเล็กตรอนออกจากโมเลกุลพาหะโดยใช้ตัวออกซิไดซ์อันทรงพลัง ออกซิเจน และใช้พลังงานที่ปล่อยออกมาได้ ทำไมต้องถ่ายโอนจากคอมเพล็กซ์หนึ่งไปยังอีกคอมเพล็กซ์เพราะในที่สุดพวกมันก็มาถึงออกซิเจนเดียวกัน? ปรากฎว่ายิ่งความแตกต่างในความสามารถในการดึงดูดอิเล็กตรอนในการจัดหาอิเล็กตรอน ( รีดักเตอร์) และการสะสมอิเล็กตรอน ( ออกซิไดเซอร์) ของโมเลกุลที่เข้าร่วมในปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ยิ่งมีการปล่อยพลังงานมากขึ้นในระหว่างปฏิกิริยานี้

ความแตกต่างในความสามารถนี้ในตัวพาโมเลกุลของอิเล็กตรอนและออกซิเจนที่เกิดขึ้นในวงจร Krebs นั้นทำให้พลังงานที่ปล่อยออกมาในกรณีนี้เพียงพอสำหรับการสังเคราะห์โมเลกุล ATP หลายตัว แต่ด้วยเหตุนี้ หยดคมในพลังงานของระบบ ปฏิกิริยานี้จะดำเนินต่อไปด้วยพลังที่เกือบจะระเบิดได้ และพลังงานเกือบทั้งหมดจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของความร้อนที่ไม่กักเก็บ กล่าวคือ มันจะสูญเสียไปจริง ๆ

เซลล์ที่มีชีวิตแบ่งปฏิกิริยานี้ออกเป็นขั้นตอนเล็กๆ หลายระยะ ขั้นแรกจะถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากโมเลกุลพาหะที่ดึงดูดอย่างอ่อนๆ ไปสู่คอมเพล็กซ์แรกที่ดึงดูดแรงกว่าเล็กน้อยในห่วงโซ่การหายใจ จากนั้นไปเป็นเซลล์ที่ดึงดูดแรงกว่าเล็กน้อย ยูบิควิโนน(หรือ โคเอ็นไซม์ Q-10) ซึ่งมีหน้าที่ลากอิเล็กตรอนไปยังส่วนถัดไป ซึ่งแรงกว่าเล็กน้อยเพื่อดึงดูดคอมเพล็กซ์ระบบทางเดินหายใจ ซึ่งได้รับพลังงานส่วนหนึ่งจากการระเบิดที่ล้มเหลวนี้ ปล่อยให้มันไปปั๊มโปรตอนผ่านเมมเบรน .. และอื่นๆ จนกระทั่งอิเล็กตรอนมาบรรจบกัน ด้วยออกซิเจน ถูกดึงดูด จับโปรตอนสองสามตัว และไม่ก่อตัวเป็นโมเลกุลของน้ำ การแบ่งปฏิกิริยาอันทรงพลังออกเป็นขั้นตอนเล็ก ๆ ช่วยให้พลังงานที่มีประโยชน์เกือบครึ่งหนึ่งถูกส่งไปยังการทำงานที่มีประโยชน์: ในกรณีนี้เพื่อสร้าง โปรตอนไล่ระดับไฟฟ้าเคมีซึ่งจะกล่าวถึงในวรรคสอง

วิธีการที่พลังงานของอิเล็กตรอนที่ส่งผ่านช่วยให้ปฏิกิริยาคอนจูเกตที่สิ้นเปลืองพลังงานของการสูบโปรตอนผ่านเมมเบรนนั้นเพิ่งจะเริ่มชัดเจน เป็นไปได้มากว่าการปรากฏตัวของอนุภาคที่มีประจุไฟฟ้า (อิเล็กตรอน) ส่งผลต่อการกำหนดค่าของตำแหน่งในโปรตีนที่ฝังอยู่ในเมมเบรนที่ตั้งอยู่: เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงนี้กระตุ้นให้โปรตอนถูกดึงเข้าสู่โปรตีนและเคลื่อนที่ผ่านช่องโปรตีน ในเมมเบรน สิ่งที่สำคัญคือ อันที่จริง พลังงานที่ได้รับจากการแยกอิเล็กตรอนพลังงานสูงออกจากโมเลกุลของตัวพาและการถ่ายโอนไปยังออกซิเจนในขั้นสุดท้ายจะถูกเก็บไว้ในรูปแบบของการไล่ระดับโปรตอน

2. พลังงานของโปรตอนสะสมอันเป็นผลมาจากเหตุการณ์จากจุดที่ 1 ที่ด้านนอกของเมมเบรนและพยายามเข้าไปด้านในประกอบด้วยแรงสองทิศทาง:

• ไฟฟ้า(ประจุบวกของโปรตอนมีแนวโน้มที่จะเคลื่อนที่ไปยังที่สะสมประจุลบที่อีกด้านหนึ่งของเมมเบรน) และ
• เคมี(เช่นเดียวกับในกรณีของสารอื่น ๆ โปรตอนพยายามกระจายอย่างสม่ำเสมอในอวกาศโดยกระจายจากที่ที่มีความเข้มข้นสูงไปยังสถานที่ที่มีน้อย)

แรงดึงดูดทางไฟฟ้าของโปรตอนไปยังด้านที่มีประจุลบของเยื่อหุ้มชั้นในนั้นเป็นแรงที่มีพลังมากกว่าแนวโน้มที่เกิดจากความแตกต่างของความเข้มข้นของโปรตอนที่จะเคลื่อนที่ไปยังที่ที่มีความเข้มข้นต่ำกว่า (ซึ่งแสดงโดยความกว้างของ ลูกศรในแผนภาพด้านบน) พลังงานรวมของแรงดึงดูดเหล่านี้มีมากจนเพียงพอสำหรับการเคลื่อนที่ของโปรตอนภายในเมมเบรน และสำหรับการป้อนปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงานควบคู่ไปด้วย: การสร้าง ATP จาก ADP และฟอสเฟต

ให้เราพิจารณาในรายละเอียดเพิ่มเติมว่าทำไมพลังงานจึงจำเป็นสำหรับสิ่งนี้ และวิธีที่พลังงานของความทะเยอทะยานของโปรตอนถูกแปลงเป็นพลังงานของพันธะเคมีระหว่างสองส่วนของโมเลกุล ATP

โมเลกุล ADP (ในแผนภาพด้านขวา) ไม่ต้องการกลุ่มฟอสเฟตกลุ่มอื่น: อะตอมของออกซิเจนที่กลุ่มนี้สามารถยึดติดได้นั้นมีประจุเป็นลบเช่นเดียวกับฟอสเฟต ซึ่งหมายความว่าพวกมันจะถูกขับไล่ซึ่งกันและกัน และโดยทั่วไป ADP จะไม่ทำปฏิกิริยา แต่เป็นปฏิกิริยาทางเคมี ในทางกลับกัน ฟอสเฟตก็มีอะตอมออกซิเจนของตัวเองติดอยู่กับอะตอมของฟอสฟอรัส ซึ่งอาจกลายเป็นจุดเชื่อมระหว่างฟอสเฟตกับ ADP เมื่อสร้างโมเลกุล ATP ดังนั้นจึงไม่สามารถแสดงความคิดริเริ่มได้เช่นกัน

ดังนั้น โมเลกุลเหล่านี้จะต้องถูกผูกมัดด้วยเอ็นไซม์หนึ่งตัว นำไปใช้เพื่อให้พันธะระหว่างพวกมันกับอะตอม "ส่วนเกิน" อ่อนลงและแตกออก จากนั้นจึงนำปลายทั้งสองที่ออกฤทธิ์ทางเคมีของโมเลกุลเหล่านี้ ซึ่งอะตอมมีไม่เพียงพอและมีอิเล็กตรอนมากเกินไป กันและกัน.

ไอออนของฟอสฟอรัส (P +) และออกซิเจน (O -) ที่จับได้ในเขตการเข้าถึงซึ่งกันและกันนั้นถูกผูกมัดด้วยพันธะโควาเลนต์ที่แรงเนื่องจากความจริงที่ว่าพวกมันร่วมกันครอบครองอิเล็กตรอนหนึ่งตัวซึ่งเดิมเป็นของออกซิเจน เอนไซม์ประมวลผลโมเลกุลนี้คือ เอทีพีสังเคราะห์และได้รับพลังงานเพื่อเปลี่ยนทั้งการกำหนดค่าและการจัดเรียงร่วมกันของ ADP และฟอสเฟตจากโปรตอนที่ไหลผ่าน เป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับโปรตอนที่จะไปถึงด้านที่มีประจุตรงข้ามของเมมเบรนซึ่งยังมีอยู่ไม่กี่ตัวและวิธีเดียวคือผ่านเอนไซม์ "โรเตอร์" ซึ่งโปรตอนหมุนไปตลอดทาง

โครงสร้างของ ATP synthase แสดงในแผนภาพด้านขวา องค์ประกอบของการหมุนของมันเนื่องจากการผ่านของโปรตอนถูกเน้นด้วยสีม่วง และภาพเคลื่อนไหวด้านล่างแสดงไดอะแกรมการหมุนและการสร้างโมเลกุล ATP เอ็นไซม์ทำงานเกือบจะเหมือนกับมอเตอร์โมเลกุล แปลงร่าง ไฟฟ้าเคมีพลังงานของโปรตอนในปัจจุบันใน พลังงานกลแรงเสียดทานของโปรตีนสองชุดต่อกัน: "ขา" ที่หมุนได้ถูกับโปรตีนที่เคลื่อนที่ไม่ได้ของ "หมวกเห็ด" ในขณะที่หน่วยย่อยของ "หมวก" เปลี่ยนรูปร่าง การเสียรูปทางกลนี้กลายเป็น พลังงานพันธะเคมีในการสังเคราะห์ ATP เมื่อโมเลกุล ADP และฟอสเฟตได้รับการประมวลผลและคลี่ออกในลักษณะที่จำเป็นสำหรับการก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ระหว่างกัน

การสังเคราะห์ ATP แต่ละตัวสามารถสังเคราะห์โมเลกุล ATP ได้มากถึง 100 โมเลกุลต่อวินาที และโปรตอนประมาณสามตัวต้องผ่านการสังเคราะห์สำหรับโมเลกุล ATP ที่สังเคราะห์แต่ละตัว ส่วนใหญ่ของ ATP ที่สังเคราะห์ในเซลล์จะเกิดขึ้นในลักษณะนี้ และมีเพียงส่วนน้อยเท่านั้นที่เป็นผลมาจากการประมวลผลหลักของโมเลกุลอาหารที่เกิดขึ้นนอกไมโตคอนเดรีย

ในช่วงเวลาใดก็ตาม มีโมเลกุล ATP ประมาณหนึ่งพันล้านโมเลกุลในเซลล์ที่มีชีวิตโดยทั่วไป ในหลายเซลล์ ATP ทั้งหมดนี้จะถูกแทนที่ (เช่น ใช้และสร้างใหม่อีกครั้ง) ทุกๆ 1-2 นาที คนทั่วไปที่พักผ่อนจะใช้มวล ATP เท่ากันทุกๆ 24 ชั่วโมงขณะพัก

โดยทั่วไป เกือบครึ่งหนึ่งของพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันของกลูโคสหรือกรดไขมันไปเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ จะถูกดักจับและใช้สำหรับปฏิกิริยาที่ไม่เอื้ออำนวยต่อการเกิด ATP จาก ADP และฟอสเฟต ประสิทธิภาพ 50% ดีมาก เช่น เครื่องยนต์ของรถยนต์สตาร์ทด้วยพลังงานเพียง 20% ของพลังงานที่มีอยู่ในเชื้อเพลิงเพื่อการทำงานที่มีประโยชน์ ในเวลาเดียวกัน พลังงานที่เหลือในทั้งสองกรณีจะกระจายไปในรูปของความร้อน และเช่นเดียวกับรถยนต์บางคัน สัตว์ก็ใช้ส่วนเกินนี้อย่างต่อเนื่อง (แม้ว่าจะไม่ทั้งหมด แน่นอน) เพื่อให้ร่างกายอบอุ่น ระหว่างปฏิกิริยาที่กล่าวถึงในที่นี้ โมเลกุลของกลูโคสหนึ่งโมเลกุล ค่อยๆ แยกออกเป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ทำให้เซลล์มีโมเลกุลเอทีพี 30 โมเลกุล

ดังนั้น ด้วยที่มาของพลังงานและการจัดเก็บใน ATP อย่างแม่นยำ ทุกอย่างชัดเจนมากหรือน้อย ยังคงต้องเข้าใจ พลังงานที่สะสมไว้ถูกปลดปล่อยออกมาอย่างไร และเกิดอะไรขึ้นในระหว่างนี้ในระดับโมเลกุล-อะตอม

พันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นระหว่าง ADP และฟอสเฟตเรียกว่า พลังงานสูงด้วยเหตุผลสองประการ:

• เมื่อมันถูกทำลายพลังงานจำนวนมากจะถูกปล่อยออกมา
• อิเล็กตรอนที่มีส่วนร่วมในการสร้างพันธะนี้ (นั่นคือหมุนรอบอะตอมของออกซิเจนและฟอสฟอรัสซึ่งระหว่างที่เกิดพันธะนี้) มีพลังงานสูงนั่นคือพวกมันอยู่ในวงโคจร "สูง" รอบนิวเคลียสของอะตอม และมันจะเป็นประโยชน์อย่างมากสำหรับพวกเขาที่จะกระโดดไปยังระดับที่ต่ำกว่า โดยปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมา แต่ตราบใดที่พวกเขาอยู่ในที่นี้ โดยยึดอะตอมของออกซิเจนและฟอสฟอรัสไว้ด้วยกัน พวกเขาจะไม่สามารถ "กระโดด" ได้

แนวโน้มที่อิเล็กตรอนจะตกสู่วงโคจรพลังงานต่ำที่สะดวกกว่านี้ช่วยให้แน่ใจว่าทั้งความง่ายในการทำลายพันธะพลังงานสูงและพลังงานที่ปล่อยออกมาในรูปของโฟตอน (ซึ่งเป็นพาหะของปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้า) ขึ้นอยู่กับว่าโมเลกุลใดจะถูกแทนที่ด้วยเอ็นไซม์ไปเป็นโมเลกุลเอทีพีที่สลายตัว ซึ่งโมเลกุลจะดูดซับโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอน แบบต่างๆเหตุการณ์ แต่ทุกครั้ง พลังงานที่สะสมในรูปของการเชื่อมต่อพลังงานสูงจะใช้สำหรับความต้องการของเซลล์บางส่วน:

สถานการณ์ที่ 1:ฟอสเฟตสามารถถ่ายโอนไปยังโมเลกุลของสารอื่นได้ ในกรณีนี้ อิเล็กตรอนพลังงานสูงจะสร้างพันธะใหม่ ซึ่งอยู่ระหว่างฟอสเฟตกับอะตอมสุดขั้วของโมเลกุลผู้รับนี้ เงื่อนไขสำหรับปฏิกิริยาดังกล่าวคือผลประโยชน์ด้านพลังงาน: ในพันธะใหม่นี้ อิเล็กตรอนควรมีพลังงานน้อยกว่าตอนที่มันเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุล ATP เล็กน้อย โดยปล่อยส่วนหนึ่งของพลังงานออกมาในรูปของโฟตอนภายนอก

จุดประสงค์ของปฏิกิริยาดังกล่าวคือเพื่อกระตุ้นโมเลกุลของตัวรับ (ในแผนภาพทางด้านซ้ายจะมีการระบุ วี-OH): ก่อนเติมฟอสเฟตจะเกิดปฏิกิริยาเฉยๆ และไม่สามารถทำปฏิกิริยากับโมเลกุลแบบพาสซีฟอื่นได้ อาแต่ตอนนี้เธอเป็นเจ้าของพลังงานสำรองในรูปของอิเล็กตรอนพลังงานสูง ซึ่งหมายความว่าเธอสามารถใช้มันที่ไหนสักแห่งได้ เช่น การติดโมเลกุลเข้ากับตัวมันเอง อาซึ่งเป็นไปไม่ได้ที่จะแนบโดยไม่มีเคล็ดลับกับหู (นั่นคือพลังงานสูงของอิเล็กตรอนที่มีผลผูกพัน) ในเวลาเดียวกันฟอสเฟตก็ถูกแยกออกจากกันเมื่อทำหน้าที่ของมันแล้ว

ปรากฎว่าเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่:

1. ATF+ โมเลกุลแฝง วี ➡️ ADP+ โมเลกุลทำงานเนื่องจากฟอสเฟตที่แนบมา บีพี

2. โมเลกุลที่เปิดใช้งาน บีพี+ โมเลกุลแฝง อา➡️โมเลกุลที่เชื่อมต่อกัน เอ-บี+ แยกฟอสเฟตออก ( R)

ปฏิกิริยาทั้งสองนี้มีประโยชน์อย่างมาก: ปฏิกิริยาแต่ละอันเกี่ยวข้องกับอิเล็กตรอนพันธะพลังงานสูง ซึ่งเมื่อพันธะหนึ่งถูกทำลายและอีกพันธะหนึ่งถูกสร้างขึ้น จะสูญเสียพลังงานส่วนหนึ่งในรูปของการปล่อยโฟตอน อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาเหล่านี้ โมเลกุลแฝงสองตัวมารวมกัน หากเราพิจารณาปฏิกิริยาของการเชื่อมต่อของโมเลกุลเหล่านี้โดยตรง (โมเลกุลแฝง วี+ โมเลกุลแฝง อา➡️โมเลกุลที่เชื่อมต่อกัน เอ-บี) กลับกลายเป็นว่ามีค่าใช้จ่ายสูงและไม่สามารถทำได้ เซลล์ “ทำสิ่งที่เป็นไปไม่ได้” โดยจับคู่ปฏิกิริยานี้กับปฏิกิริยาที่น่าพอใจอย่างกระฉับกระเฉงของการแยก ATP เป็น ADP และฟอสเฟตระหว่างปฏิกิริยาทั้งสองที่อธิบายไว้ข้างต้น ความแตกแยกเกิดขึ้นในสองขั้นตอนซึ่งแต่ละส่วนของพลังงานของอิเล็กตรอนพันธะถูกใช้ไปในการทำงานที่มีประโยชน์คือการสร้างพันธะที่จำเป็นระหว่างสองโมเลกุลซึ่งที่สาม ( เอ-บี) ที่จำเป็นสำหรับการทำงานของเซลล์

สถานการณ์ที่ 2:ฟอสเฟตสามารถแยกออกจากโมเลกุล ATP ได้ในคราวเดียว และพลังงานที่ปล่อยออกมาจะถูกจับโดยเอนไซม์หรือโปรตีนที่ทำงานและนำไปใช้ในการทำงานที่มีประโยชน์

คุณจะจับบางสิ่งที่มองไม่เห็นได้อย่างไรในฐานะการรบกวนเล็กน้อยของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าในขณะที่อิเล็กตรอนตกสู่วงโคจรที่ต่ำกว่า? มันง่ายมาก: ด้วยความช่วยเหลือของอิเล็กตรอนอื่น ๆ และด้วยความช่วยเหลือของอะตอมที่สามารถดูดซับโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนได้

อะตอมที่ประกอบเป็นโมเลกุลจะถูกยึดเข้าด้วยกันในสายโซ่และวงแหวนที่แข็งแรง (สายโซ่ดังกล่าวคือโปรตีนที่คลี่ออกในภาพด้านขวา) และแต่ละส่วนของโมเลกุลเหล่านี้จะถูกดึงดูดเข้าหากันโดยปฏิกิริยาทางแม่เหล็กไฟฟ้าที่อ่อนแอกว่า (เช่น พันธะไฮโดรเจนหรือแรงแวนเดอร์วาลส์) ซึ่งทำให้พวกมันพับเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนได้ การกำหนดค่าอะตอมเหล่านี้บางส่วนมีความเสถียรมากและไม่มีการรบกวนของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะทำให้พวกมันสั่นสะเทือน .. จะไม่เขย่าพวกมัน .. โดยทั่วไปพวกมันจะเสถียร และบางอันค่อนข้างเคลื่อนที่ได้ และการเตะด้วยแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเบาก็เพียงพอแล้วสำหรับพวกเขาที่จะเปลี่ยนการกำหนดค่า (โดยปกติสิ่งเหล่านี้ไม่ใช่พันธะโควาเลนต์) และมีเพียงการเตะดังกล่าวโดยโฟตอนพาหะตัวเดียวกันของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนที่ผ่านเข้าสู่วงโคจรที่ต่ำกว่าเมื่อฟอสเฟตถูกแยกออก

การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างโปรตีนที่เกิดจากการสลายตัวของโมเลกุล ATP ทำให้เกิดเหตุการณ์ที่น่าอัศจรรย์ที่สุดในเซลล์ แน่นอนว่าผู้ที่มีความสนใจในกระบวนการของเซลล์อย่างน้อยในระดับ "ดูแอนิเมชั่นของพวกเขาบน youtube" สะดุดกับวิดีโอที่แสดงโมเลกุลโปรตีน kinesinในความหมายตามตัวอักษรของคำนั้น การเดิน จัดเรียงขาของเธอใหม่ ตามเกลียวของโครงกระดูกเซลล์ ลากน้ำหนักที่ติดอยู่กับมัน

เป็นความแตกแยกของฟอสเฟตจาก ATP ที่ทำให้ก้าวนี้และนี่คือวิธี:

ไคเนซิน ( kinesin) หมายถึงโปรตีนชนิดพิเศษซึ่งมีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของมัน โครงสร้าง(ตำแหน่งสัมพัทธ์ของอะตอมในโมเลกุล). ปล่อยไว้ตามลำพัง มันจะสุ่มเปลี่ยนจากรูปแบบ 1 ซึ่งติดอยู่กับ "ขา" ข้างหนึ่งไปเป็นเส้นใยแอกติน ( แอคตินฟิลาเมนต์) - การขึ้นด้ายที่บางที่สุด โครงร่างเซลล์เซลล์ ( โครงร่างเซลล์) ในรูปแบบที่ 2 จึงก้าวไปข้างหน้าและยืนบน "ขา" สองข้าง มันจะผ่านจากโครงสร้าง 2 ที่มีความน่าจะเป็นเท่ากันทั้งไปยังโครงสร้าง 3 (แนบขาหลังไปทางด้านหน้า) และกลับไปที่โครงสร้าง 1 ดังนั้นการเคลื่อนที่ของไคเนซินจึงไม่เกิดขึ้นในทุกทิศทาง มันแค่โบกไปมาอย่างไร้จุดหมาย

แต่ทุกอย่างเปลี่ยนไปทันทีที่เชื่อมต่อกับโมเลกุล ATP ดังแสดงในแผนภาพด้านซ้าย การเพิ่ม ATP เข้ากับ kinesin ในรูปแบบ 1 ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งเชิงพื้นที่และเปลี่ยนไปเป็นโครงสร้างที่ 2 เหตุผลนี้เป็นอิทธิพลทางแม่เหล็กไฟฟ้าร่วมกันของ ATP และโมเลกุลของ kinesin ซึ่งกันและกัน . ปฏิกิริยานี้สามารถย้อนกลับได้ เนื่องจากไม่มีการใช้พลังงาน และหาก ATP ถูกแยกออกจากไคเนซิน ก็จะยก "ขา" ขึ้นโดยคงอยู่กับที่และรอโมเลกุล ATP ถัดไป

แต่ถ้ามันยังคงอยู่ เนื่องจากการดึงดูดซึ่งกันและกันของโมเลกุลเหล่านี้ พันธะที่ยึดฟอสเฟตภายใน ATP จะถูกทำลาย พลังงานที่ปล่อยออกมาพร้อมกัน รวมถึงการแตกตัวของ ATP ออกเป็นสองโมเลกุล (ซึ่งมีผลแตกต่างกันในอะตอมของไคเนซินกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของพวกมัน) นำไปสู่ความจริงที่ว่าโครงสร้างของไคเนซินเปลี่ยนไป: มัน "ลากขาหลัง" . มันยังคงต้องก้าวไปข้างหน้า ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นระหว่างการปลด ADP และฟอสเฟต ซึ่งส่งกลับไคเนซินเป็นโครงสร้างเดิม 1

เนื่องจากการไฮโดรไลซิสของ ATP ไคเนซินเลื่อนไปทางขวา และทันทีที่โมเลกุลถัดไปรวมเข้ากับมัน มันจะใช้อีกสองสามขั้นตอนโดยใช้พลังงานที่เก็บไว้ในนั้น

เป็นสิ่งสำคัญที่ kinesin ซึ่งอยู่ในรูปแบบ 3 ที่มี ADP และฟอสเฟตติดอยู่ ไม่สามารถกลับไปเป็นโครงสร้าง 2 ได้โดยการ "ถอยกลับ" สิ่งนี้อธิบายได้ด้วยหลักการเดียวกันของการปฏิบัติตามกฎข้อที่สองของการควบคุมอุณหภูมิ: การเปลี่ยนแปลงของระบบ "kinesin + ATP" จากโครงสร้าง 2 เป็นโครงสร้าง 3 มาพร้อมกับการปล่อยพลังงาน ซึ่งหมายความว่าการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับจะเป็นพลังงาน- บริโภค คุณต้องใช้พลังงานจากที่ใดที่หนึ่งเพื่อรวม ADP กับฟอสเฟตเข้าด้วยกัน แต่ในสถานการณ์นี้ไม่มีที่ไหนที่จะนำไปใช้ ดังนั้น kinesin ที่เชื่อมต่อกับ ATP จึงเปิดได้ในทิศทางเดียวเท่านั้น ซึ่งช่วยให้เราสามารถลากบางสิ่งจากปลายด้านหนึ่งของเซลล์ไปยังอีกด้านหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น ไคเนซินเกี่ยวข้องกับการดึงโครโมโซมของเซลล์ที่แบ่งออกจากกันระหว่าง ไมโทซิส(กระบวนการแบ่งเซลล์ยูคาริโอต) โปรตีนจากกล้ามเนื้อ ไมโอซินวิ่งไปตามเส้นใยแอคติน ทำให้กล้ามเนื้อหดตัว

การเคลื่อนไหวนี้เร็วมาก: บางส่วน เครื่องยนต์(รับผิดชอบรูปแบบต่างๆ ของการเคลื่อนที่ของเซลล์) โปรตีนที่เกี่ยวข้องกับการจำลองแบบของยีนวิ่งไปตามสายโซ่ดีเอ็นเอด้วยความเร็วหลายพันนิวคลีโอไทด์ต่อวินาที

พวกเขาทั้งหมดเคลื่อนไหวด้วยค่าใช้จ่ายของ ไฮโดรไลซิส ATP (การทำลายของโมเลกุลด้วยการยึดติดกับผลการสลายตัวของโมเลกุลขนาดเล็กของอะตอมที่นำมาจากโมเลกุลของน้ำ การไฮโดรไลซิสจะแสดงที่ด้านขวาของแผนภาพของการแปลงระหว่าง ATP และ ADP) หรือโดยการไฮโดรไลซิส GTFซึ่งแตกต่างจาก ATP เพียงตรงที่มีนิวคลีโอไทด์อื่น (guanine)

สถานการณ์ 3: ความแตกแยกของหมู่ฟอสเฟตสองกลุ่มจาก ATP หรือโมเลกุลอื่นที่คล้ายคลึงกันซึ่งมีนิวคลีโอไทด์ในคราวเดียวนำไปสู่การปลดปล่อยพลังงานที่มากกว่าเมื่อแยกฟอสเฟตเพียงตัวเดียว การปล่อยที่มีประสิทธิภาพดังกล่าวช่วยให้คุณสร้างกระดูกสันหลังที่มีน้ำตาลฟอสเฟตที่แข็งแกร่งของโมเลกุล DNA และ RNA:

1. เพื่อให้นิวคลีโอไทด์สามารถยึดติดกับ DNA หรือ RNA strand ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างได้ พวกมันจะต้องถูกกระตุ้นโดยการติดโมเลกุลฟอสเฟตสองตัว นี่เป็นปฏิกิริยาที่ใช้พลังงานมากโดยเอนไซม์ในเซลล์

2. เอ็นไซม์ DNA หรือ RNA polymerase (ไม่ได้แสดงในแผนภาพด้านล่าง) จะติดนิวคลีโอไทด์ที่ถูกกระตุ้น (GTP แสดงในแผนภาพ) กับพอลินิวคลีโอไทด์ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้าง และกระตุ้นความแตกแยกของสองกลุ่มฟอสเฟต พลังงานที่ปล่อยออกมาใช้เพื่อสร้างพันธะระหว่างหมู่ฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์หนึ่งกับไรโบสของอีกกลุ่มหนึ่ง พันธะที่สร้างขึ้นเป็นผลให้ไม่มีพลังงานสูง ซึ่งหมายความว่ามันไม่ง่ายที่จะทำลายพวกมัน ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบสำหรับการสร้างโมเลกุลที่มีข้อมูลทางพันธุกรรมของเซลล์หรือส่งผ่าน

ในธรรมชาติ ปฏิกิริยาที่เอื้ออำนวยเท่านั้นที่สามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ ซึ่งเกิดจากกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์

อย่างไรก็ตาม เซลล์ที่มีชีวิตสามารถรวมปฏิกิริยาสองอย่างเข้าด้วยกัน ซึ่งหนึ่งในนั้นให้พลังงานมากกว่าอีกปฏิกิริยาหนึ่งที่ดูดซับเล็กน้อย และทำให้เกิดปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงาน ปฏิกิริยาที่สิ้นเปลืองพลังงานมุ่งเป้าไปที่การสร้างโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น ออร์แกเนลล์ในเซลล์ และทั้งเซลล์ เนื้อเยื่อ อวัยวะ และสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์จากโมเลกุลและอะตอมแต่ละตัว ตลอดจนการเก็บพลังงานสำหรับเมแทบอลิซึมของพวกมัน

การจัดเก็บพลังงานดำเนินการเนื่องจากการทำลายโมเลกุลอินทรีย์ที่มีการควบคุมและค่อยเป็นค่อยไป (กระบวนการจัดหาพลังงาน) ควบคู่ไปกับการสร้างโมเลกุลที่นำพาพลังงาน (กระบวนการที่สิ้นเปลืองพลังงาน) ดังนั้นสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงจึงเก็บพลังงานของโฟตอนสุริยะที่จับโดยคลอโรฟิลล์

โมเลกุลของตัวพาพลังงานแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม: เก็บพลังงานในรูปของพันธะพลังงานสูงหรือในรูปของอิเล็กตรอนพลังงานสูงที่แนบมา อย่างไรก็ตาม ในกลุ่มแรก พลังงานสูงมาจากอิเล็กตรอนพลังงานสูงตัวเดียวกัน ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่าพลังงานถูกเก็บสะสมไว้ในพลังงานที่ขับเคลื่อนเข้าสู่ ระดับสูงอิเล็กตรอนที่มีอยู่ในโมเลกุลต่างๆ

พลังงานที่เก็บไว้ในลักษณะนี้จะถูกปลดปล่อยออกไปในสองวิธีเช่นกัน: โดยการทำลายพันธะพลังงานสูงหรือโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่มีพลังงานสูงเพื่อค่อยๆ ลดพลังงานลง ในทั้งสองกรณี พลังงานจะถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของการปล่อยอิเล็กตรอนโดยถ่ายโอนไปยังระดับพลังงานที่ต่ำกว่าของพาหะนำอนุภาคของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (โฟตอน) และความร้อน โฟตอนนี้ถูกจับในลักษณะการทำงานที่มีประโยชน์ (การก่อตัวของโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการเผาผลาญในกรณีแรกและการสูบโปรตอนผ่านเยื่อหุ้มไมโตคอนเดรียในครั้งที่สอง)

พลังงานที่เก็บไว้ในการไล่ระดับโปรตอนนั้นใช้สำหรับการสังเคราะห์ ATP เช่นเดียวกับกระบวนการของเซลล์อื่นๆ ที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของบทนี้ (ฉันคิดว่าไม่มีใครไม่พอใจเมื่อพิจารณาจากขนาดของมัน) และมีการใช้ ATP ที่สังเคราะห์ตามที่อธิบายไว้ในย่อหน้าก่อนหน้า