식물은 빛으로부터 에너지를 얻는 광합성을 실시하며 빛이 닿지 않는 곳에선 성장에 영향이 나오는 것으로 알려져 있다. 새롭데 캘리포니아대학 리버사이드와 델라웨어대학 합동 연구팀에 의해 식물에 직접 빛을 주지 않고도 에너지를 공급할 수 있는 인공 광합성 시스템이 개발됐다. 개발된 인공 광합성 시스템은 기존 광합성보다 최대 18배 효율적으로 에너지를 공급할 수 있다고 한다.
식물은 광합성에 의해 빛 에너지를 화학 에너지로 변환하지만 연구팀에 따르면 광합성에서 얻어진 에너지량은 식물이 받은 빛 에너지 중 1%에 그친다고 한다. 따라서 연구팀은 에너지를 효율적으로 생산할 수 있는 인공 광합성 시스템 개발에 임했다. 연구팀이 구축한 인공 광합성 시스템은 먼저 태양광 에너지를 태양전지판에서 전기 에너지로 변환해 전해조에서 전기 에너지와 이산화탄소, 물에서 아세테이트를 합성한다. 이 아세트산염을 양분으로 식물을 키우는 것으로 식물에 빛이 닿지 않아도 양분을 공급할 수 있다고 한다.
연구팀이 전해조 구성을 최적화한 결과 고효율 아세트산염 합성이 실현되어 태양전지판이 받은 빛 에너지 4% 가량을 식물 양분으로 변환하는 게 가능하게 됐다. 연구팀에 따르면 이 결과는 인공 광합성 시스템이 일반 광합성에 비해 최대 18배 효율로 양분을 생산할 수 있다는 걸 보여준다.
또 녹조류 일종인 클라미도모나스(Chlamydomonas) 등을 이용한 실험에선 일반적인 배지에서 생육된 경우와 전해조에서 합성한 아세트산염을 사용한 경우와는 성장 속도가 같다는 것도 확인됐다. 더구나 인공 광합성 시스템이 벼, 캐놀라, 담배, 토마토 등 작물 재뱅에 이용 가능한 것도 확인되고 있다.
연구팀은 광합성 한계를 깨고 식품을 생산하는 방법 개발을 목표로 했다며 인공 광합성에 의한 식량 생산이 보급되면 농지 축소가 가능해지고 농업이 환경에 미치는 영향을 줄일 수 있으며 우주 공간 같은 비전통적 장소에서도 적은 에너지로 많은 탑승자에게 식량을 공급할 수 있게 된다고 밝혔다. 또 언젠가 화성에서 토마토를 재배하는 걸 상상해보라며 미래 화성인에게 즐거움을 줄 것이라고 덧붙였다. 광합성 시스템이 우주 공간에서 이용되는 미래에 대한 기대감을 나타낸 것이다. 이 인공 광합성 시스템 관련 연구는 미항공우주국 나사(NASA)가 실시하는 우주 공간 내 음식 관련 대회(Deep Space Food Challenge) 1단게를 통과하기도 했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.