서울대학교 전창후 교수 연구팀은 식물공장에 새로운 백색 LED의 활용을 제안했다.인공광이용형 식물공장에서 주로 사용됐던 형광등을 대체하여 LED가 새로운 인공 광원으로 사용되는 추세이다. LED는 전기에너지를 광에너지로 전환하는 에너지 전환 효율이 좋다. 이는 동일한 전기로 식물에게 필요한 광에너지를 만드는데 매우 유용하다고 할 수 있다. 따라서 부수적으로 발생하는 열에너지의 비율이 상대적으로 낮다.
식물공장은 일반적으로 단열 공간을 사용하기 때문에 식물에게 광을 주기 위한 전기에너지뿐만 아니라 에너지 전환을 통해 발산된 열을 낮추기 위한 냉난방에 이용되는 전기에너지도 상당히 많이 필요하다. 이렇듯 LED는 이용 시 다른 광원에 비해서 공조부하가 낮고 에너지 효율이 좋다는 큰 장점이 있으며, 이 외에도 높은 내구성, 낮은 유지 비용 등의 이점도 가지고 있다.
이러한 점에 착안해볼 때, LED가 식물공장에 적합한 새로운 인공 광원으로 각광받고 있는 것은 어찌 보면 당연한 일이다. 원예 산업에 LED 도입 초기에는 식물의 PAR(광합성 유효 광양자) 영역에서 가장 높은 광합성 효율을 가지는 적색(600-750nm)과 청색(400-450nm) 두 파장을 조합한 광원을 사용했다. 적색과 청색 조합의 광원 하에 재배되는 식물의 가장 큰 단점은 빛의 재현성이 매우 낮아 식물의 실제 색을 눈으로 확인하기 어렵다는 것이다.
적색과 청색광에 녹색광(500-550nm)이 포함되면 빛은 백색으로 보이게 되는데, 이에 따라 광의 재현성이 증가하여 식물의 본연의 녹색을 눈으로 볼 수 있게 된다. 광합성에 대한 연구 초기에는 태양광과 같은 혼합광 안에서 식물은 녹색광을 흡수 및 투과 시키기 때문에 녹색 영역의 빛은 광합성 효율이 낮은 불필요한 파장대라고 여겨져 왔다.
그러나 식물 캐노피를 통과하여 하부에 도달하는 녹색광을 식물이 이용한다는 연구가 밝혀지는 등 식물에서 녹색광에 대한 필요성이 점점 증가했다. 위와 같은 내용을 기반으로 인공광이용형식물공장에 백색 full light
spectrum 사용을 제안하게 됐고, 그중에서도 특히 녹색이 강조된 혼합광 백색 LED를 개발하여 원예작물에 적용하고자 하는 시도했다.
서울대학교 전창후 교수 연구팀은 딸기 육묘 시스템에 기존 형광등과 mint-white LED(녹색 파장이 상대적으로 높은 백색 LED) 그리고 warm-white LED(적색 파장이 상대적으로 높은 백색 LED)를 사용하여 여러 가지 광원 하에서 재배된 딸기묘의 생육을 비교 분석했다.
시험 결과 mint-white LED를 이용하여 재배한 딸기 묘의 생육이 가장 높았다. 특히 짧은 기간 내에 빠른 딸기 묘를 증식하는 방법인 ‘독립영양 채묘법’에서는 적정한 광원의 선택이 딸기 묘 증식 효율을 크게 증가시키며 식물공장 사업의 수익성과 직결된다고 할 수 있다.
또한 여러 가지 광원의 정량적 비교를 위해 연색지수(color rendering index;CRI)와 색온도(correlated color temperature;CCT) 값을 이용했고 광원의 종류와 파장 그리고 딸기 묘의 생육을 함께 분석했다.
서울대학교 전창후 교수 연구팀의 이번 연구는 국내 학술지인 ‘Horticulture, Environment, and Biotechnology’에 게재될 예정이다. 식물의 종류에 따라서 혹은 식물의 생장 단계에 따라서 재배에 적정한 파장대의 비율이 다르다. 이번 연구 결과와 같은 식물학적 데이터를 기초 연구 자료로 활용하여 다양한 작물이 요구로 하는 적절한 광스펙트럼을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
