18배 효율적인 인공 광합성 시스템

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.