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가시광선으로 광합성

전문가 제언: ○ 화학자들은 오래 전에 이미 광화학적으로만 활성화가 가능한 특이한 화학반응을 인식해 왔다. 식물이 태양에너지로 탄수화물을 합성하는 광-에너지의 화학에너지로 전환이 그 대표적 예가 된다. 그러나 대부분의 보통 유기 분자는 태양광 중에서 자외선만 흡수한다. 따라서 유기 광화학은 일반적으로 자외선 이용으로 제한될 수밖에 없다. 그런 이유에서 식물의 탄소동화작용은 오랜 진화로 개선되어 온 결과로도 2%에 못 미치는 것으로 알려졌다.

○ 그러나 태양 표면을 출발한 태양광은 지구 성층권에 존재하는 오존층을 통과하면서 대부분의 자외선은 소멸되어 지구 표면에 도달하면 태양광 중 이 식물의 탄소 동화작용에 사용될 수 있는 자외선의 점유율은 매우 적어지고 그 대신 가시광선의 에너지 분률이 매우 커진다. 따라서 주로 루테늄과 이리듐 합금 같은 여러 전이금속이나 그 합금을 광촉매로 이용하면 태양광 중 에너지 함량이 훨씬 더 큰 가시광선을 광합성 에너지로 사용할 수 있어 자연적인 식물의 탄소동화작용보다 더 효율적일 수 있다는 점이 본문의 요체이다.

○ 광합성 반응에서 그 효율은 광과 접촉하는 면적에 크게 제한을 받는 것이 보통임으로 가시광선을 이용하여 에너지 밀도를 높이면 반응 효율을 상당히 개선할 수 있다. 아울러 태양광을 프리즘 등으로 분리하면 가시광선과 자외선으로 쉽게 나눌 수 있다. 현재 기술은 이미 광섬유를 전력에서 전선처럼 광의 전달 매체로 이용할 수 있음으로 이 가시광선과 자외선을 각각 분리된 장소에서 서로 다른 목적에 효율적으로 사용할 수 있을 것이다.

○ 즉 이렇게 분리되어 얻은 가시광선은 본문에서 소개된 것과 같이 금속 촉매를 여기시켜 유기물 광합성에 이용하고 나머지 자외선은 살균, 탈취나 소독 공정에 사용할 수 있다. 이 자외선 광다발은 가시광선을 제거한 농축된 상태임으로 태양광을 직접 사용하는 것보다 공정 효율이 대폭 개선될 수 있을 것이다. 그렇지 않으면 이 자외선을 광섬유로 유도하여 미래의 공업화한 농업방식으로 밀폐된 청정공간에서 식물의 재배에 사용할 수도 있다.

저자: Schultz, D. M., Yoon, T. P.
자료유형: 학술정보