기본 콘텐츠로 건너뛰기

자연 광합성보다 훨씬 효율이 뛰어난 인공 광합성으로 식량 만든다


 

(Plants are growing in complete darkness in an acetate medium that replaces biological photosynthesis. Credit: Marcus Harland-Dunaway/UCR)





 

(A combined electrochemical–biological system for the production of food from CO2. a, CO2 electrolysis uses electricity (generated by photovoltaics) to convert CO2 and H2O into O2 and acetate. This process was optimized to produce an effluent output ideal for supporting the growth of food-producing organisms. b, Chlamydomonas, Saccharomyces, mushroom-producing fungus and a variety of vascular crop plants were grown using the electrolyser-produced effluent. c, The organisms grown using the electrolyser-produced effluent serve as food or food products. This system is capable of making food independent of photosynthesis, using CO2, H2O and solar energy. Credit: Nature Food (2022). DOI: 10.1038/s43016-022-00530-x)



 광합성은 지구 생태계를 지탱하는 가장 기본적인 에너지 변환 방법이지만, 사실 에너지 효율은 매우 낮습니다. 태양 에너지 가운데 단지 1%만이 광합성에 의해 포도당 같은 생물학적 에너지원으로 변환됩니다. 의외로 에너지 전환 효율에 있어서는 인간이 만든 태양광 패널이나 태양열 발전이 수십 억 년 진화의 산물인 광합성보다 월등히 뛰어납니다. 하지만 유기물을 만드는 것이 아니라 전기를 만드는 것이기 때문에 사실 식량 생산이라는 광합성 고유의 영역을 침범하지는 않았습니다. 



 캘리포니아 대학 리버사이드 캠퍼스와 델라웨어 대학 (UC Riverside and the University of Delaware)의 과학자들은 식물의 영역인 광합성에 도전했습니다. 연구팀은 2단계 전기 촉매법(electrocatalytic)을 이용해 물과 이산화탄소를 산소와 아세테이트 (acetate, C2H3O−2)로 만들었습니다. 식물처럼 바로 포도당을 합성하지 못한 것은 제한점이지만, 반대로 그렇기 때문에 과정이 단순하고 비용을 절감할 수 있습니다. 



 아세테이트는 식초의 주 원료이지만, 이걸 먹고 살 순 없습니다. 따라서 연구팀은 아세테이트를 원료로 효모나 버섯, 조류 (algae) 그리고 식물을 키워 이것을 식량으로 만드는 2단계 방식을 제안하고 있습니다. 효모나 버섯, 단세포 조류는 그렇다치는데, 아세테이트를 이용해서 빛 없이 자랄 수 있는 식물이 있다는 건 처음 알았네요. 아무튼 조류의 경우 일반 광합성보다 4배, 효모의 경우 18배나 에너지 효율이 뛰어나다는 게 연구팀의 설명입니다. 



 하지만 효율성이 아니라 비용으로 생각하면 역시 현재의 일반 농업 방식이 더 저렴한 방법이 될 것입니다. 태양광 패널로 전기를 얻은 후 전기 촉매를 통해 아세테이트를 생산해 다시 작물을 키우는 방식은 비용면에서 분명 더 비쌀 것입니다. 따라서 비용 문제를 생각하면 가까운 미래에 이런 방법이 일반적인 식량 생산 방법이 될 가능성은 낮아 보입니다. 



 그러나 연구팀은 한 가지 큰 가능성을 생각하고 있습니다. 바로 우주 기지에 식량을 공급하는 일입니다. 화성이나 달, 혹은 유인 우주선에서 한정된 에너지를 이용해 식량을 생산한다면 이 방법이 최선일 수 있습니다. 이런 점을 생각하면 더 흥미로운 연구 같습니다. 



 참고 



 https://phys.org/news/2022-06-artificial-photosynthesis-food-sunshine.html


 

 Elizabeth C. Hann et al, A hybrid inorganic–biological artificial photosynthesis system for energy-efficient food production, Nature Food (2022). DOI: 10.1038/s43016-022-00530-x
라벨:

댓글

댓글 쓰기

이 블로그의 인기 게시물

통계 공부는 어떻게 하는 것이 좋을까?

 사실 저도 통계 전문가가 아니기 때문에 이런 주제로 글을 쓰기가 다소 애매하지만, 그래도 누군가에게 도움이 될 수 있다고 생각해서 글을 올려봅니다. 통계학, 특히 수학적인 의미에서의 통계학을 공부하게 되는 계기는 사람마다 다르긴 하겠지만, 아마도 비교적 흔하고 난감한 경우는 논문을 써야 하는 경우일 것입니다. 오늘날의 학문적 연구는 집단간 혹은 방법간의 차이가 있다는 것을 객관적으로 보여줘야 하는데, 그려면 불가피하게 통계적인 방법을 쓸 수 밖에 없게 됩니다. 이런 이유로 분야와 주제에 따라서는 아닌 경우도 있겠지만, 상당수 논문에서는 통계학이 들어가게 됩니다.   문제는 데이터를 처리하고 분석하는 방법을 익히는 데도 상당한 시간과 노력이 필요하다는 점입니다. 물론 대부분의 학과에서 통계 수업이 들어가기는 하지만, 그것만으로는 충분하지 않은 경우가 많습니다. 대학 학부 과정에서는 대부분 논문 제출이 필요없거나 필요하다고 해도 그렇게 높은 수준을 요구하지 않지만, 대학원 이상 과정에서는 SCI/SCIE 급 논문이 필요하게 되어 처음 논문을 작성하는 입장에서는 상당히 부담되는 상황에 놓이게 됩니다.  그리고 이후 논문을 계속해서 쓰게 될 경우 통계 문제는 항상 나를 따라다니면서 괴롭히게 될 것입니다.  사정이 이렇다보니 간혹 통계 공부를 어떻게 하는 것이 좋겠냐는 질문이 들어옵니다. 사실 저는 통계 전문가라고 하기에는 실력은 모자라지만, 대신 앞서서 삽질을 한 경험이 있기 때문에 몇 가지 조언을 해줄 수 있을 것 같습니다.  1. 입문자를 위한 책을 추천해달라  사실 예습을 위해서 미리 공부하는 것은 추천하지 않습니다. 기본적인 통계는 학과별로 다르지 않더라도 주로 쓰는 분석방법은 분야별로 상당한 차이가 있을 수 있어 결국은 자신이 주로 하는 부분을 잘 해야 하기 때문입니다. 그러기 위해서는 학과 커리큘럼에 들어있는 통계 수업을 듣는 것이 더 유리합니다. 잘 쓰지도 않을 방법을 열심히 공부하는 것은 아무래도 효율
댓글 4개
자세한 내용 보기

150년 만에 다시 울린 희귀 곤충의 울음 소리

  ( The katydid Prophalangopsis obscura has been lost since it was first collected, with new evidence suggesting cold areas of Northern India and Tibet may be the species' habitat. Credit: Charlie Woodrow, licensed under CC BY 4.0 ) ( The Museum's specimen of P. obscura is the only confirmed member of the species in existence. Image . Credit: The Trustees of the Natural History Museum, London )  과학자들이 1869년 처음 보고된 후 지금까지 소식이 끊긴 오래 전 희귀 곤충의 울음 소리를 재현하는데 성공했습니다. 프로팔랑곱시스 옵스큐라 ( Prophalangopsis obscura)는 이상한 이름만큼이나 이상한 곤충으로 매우 희귀한 메뚜기목 곤충입니다. 친척인 여치나 메뚜기와는 오래전 갈라진 독자 그룹으로 매우 큰 날개를 지니고 있으며 인도와 티벳의 고산 지대에 사는 것으로 보입니다.   유일한 표본은 수컷 성체로 2005년에 암컷으로 생각되는 2마리가 추가로 발견되긴 했으나 정확히 같은 종인지는 다소 미지수인 상태입니다. 현재까지 확실한 표본은 수컷 성체 한 마리가 전부인 미스터리 곤충인 셈입니다.   하지만 과학자들은 그 형태를 볼 때 이들 역시 울음 소리를 통해 짝짓기에서 암컷을 유인했을 것으로 보고 있습니다. 그런데 높은 고산 지대에서 먼 거리를 이동하는 곤충이기 때문에 낮은 피치의 울음 소리를 냈을 것으로 보입니다. 문제는 이런 소리는 암컷 만이 아니라 박쥐도 잘 듣는다는 것입니다. 사실 이들은 중생대 쥐라기 부터 존재했던 그룹으로 당시에는 박쥐가 없어 이런 방식이 잘 통했을 것입니다. 하지만 신생대에 박쥐가 등장하면서 플로팔랑곱
댓글 쓰기
자세한 내용 보기

9000년 전 소녀의 모습을 복원하다.

( The final reconstruction. Credit: Oscar Nilsson )  그리스 아테나 대학과 스웨덴 연구자들이 1993년 발견된 선사 시대 소녀의 모습을 마치 살아있는 것처럼 복원하는데 성공했습니다. 이 유골은 그리스의 테살리아 지역의 테오페트라 동굴 ( Theopetra Cave )에서 발견된 것으로 연대는 9000년 전으로 추정됩니다. 유골의 주인공은 15-18세 사이의 소녀로 정확한 사인은 알 수 없으나 괴혈병, 빈혈, 관절 질환을 앓고 있었던 것으로 확인되었습니다.   이 소녀가 살았던 시기는 유럽 지역에서 수렵 채집인이 초기 농경으로 이전하는 시기였습니다. 다른 시기와 마찬가지로 이 시기의 사람들도 젊은 시절에 다양한 질환에 시달렸을 것이며 평균 수명 역시 매우 짧았을 것입니다. 비록 젊은 나이에 죽기는 했지만, 당시에는 이런 경우가 드물지 않았을 것이라는 이야기죠.   아무튼 문명의 새벽에 해당하는 시점에 살았기 때문에 이 소녀는 Dawn (그리스어로는  Avgi)라고 이름지어졌다고 합니다. 연구팀은 유골에 대한 상세한 스캔과 3D 프린팅 기술을 적용해서 살아있을 당시의 모습을 매우 현실적으로 복원했습니다. 그리고 그 결과 나타난 모습은.... 당시의 거친 환경을 보여주는 듯 합니다. 긴 턱은 당시를 살았던 사람이 대부분 그랬듯이 질긴 먹이를 오래 씹기 위한 것으로 보입니다.   강하고 억센 10대 소녀(?)의 모습은 당시 살아남기 위해서는 강해야 했다는 점을 말해주는 듯 합니다. 이렇게 억세보이는 주인공이라도 당시에는 전염병이나 혹은 기아에서 자유롭지는 못했기 때문에 결국 평균 수명은 길지 못했겠죠. 외모 만으로 평가해서는 안되겠지만, 당시의 거친 시대상을 보여주는 듯 해 흥미롭습니다.   참고  https://phys.org/news/2018-01-teenage-girl-years-reconstructed.html
댓글 쓰기
자세한 내용 보기