스탠리전기는 도쿄대학교 대학원 농학생명과학연구과의 야모리 와타루 준교수 연구팀과의 공동 연구를 통해, 적색 레이저 다이오드(LD)를 이용한 식물 재배가 기존 발광 다이오드(LED) 광원보다 뛰어난 성장 촉진 효과를 낸다는 사실을 세계 최초로 입증했다고 밝혔다.
이번 연구는 레이저·광 디바이스 기술을 농업 분야에 적용할 가능성에 주목하고, 고정밀 식물 재배 기술의 확립을 목표로 수행됐다. 그 연구 성과는 일본 농림수산성이 선정하는 ‘2025년 농업기술 10대 뉴스’에 포함됐다.
최근 기후변화와 농업 인구 감소 등 각종 리스크가 커지면서, 식물공장에 대한 관심과 기대가 갈수록 높아지고 있다. 하지만 식물공장의 보급·확대를 위해서는 에너지 비용을 포함한 생산 비용의 수익성을 어떻게 확보할지가 여전히 큰 과제로 남아 있다. 특히 인공 광원의 성능은 생산성과 런닝코스트를 좌우하는 핵심 요소다.
그동안 인공 광원으로는 효율이 높고 제어성이 우수한 LED가 주류를 이뤄 왔다. 연구팀은 효율, 출력 제어성, 배광 기술 등이 빠르게 진화하고 있는 LD에 주목해, 식물공장의 생산성을 끌어올릴 새로운 선택지 가운데 하나로서 LD 광을 이용한 식물 재배 가능성을 검증했다.
연구진은 여러 파장의 적색 LED와 LD 각각의 단색광을 담배 잎에 조사(照射)하고, 광합성 속도, 기공의 개폐 양상, 수분 이용 효율 등을 측정했다. 그 결과, 적색 LD를 조사한 경우 동등 파장의 적색 LED를 조사했을 때보다 광합성 속도가 최대 약 19% 높게 나타났다.
광합성 속도는 식물이 단위 시간당 이산화탄소를 얼마나 흡수해 유기물을 합성하는지를 보여주는 지표로, 식물 생육 효율을 평가하는 대표적인 기준 가운데 하나다.
연구진은 이어 식물체 전체의 생육, 즉 건조 중량, 엽면적, 형태 변화 등에 미치는 영향도 살펴봤다. 12일 동안 연속으로 광을 조사한 시험에서, 적색 LD를 조사한 식물은 동등 파장의 적색 LED를 조사한 식물보다 건조 중량과 엽면적이 통계적으로 유의미하게 증가했다. 또 적색 LED 조사에서 나타났던 잎의 황화나 광저해 같은 생리적 스트레스 증상은 적색 LD 조사에서는 관찰되지 않았다. 연구진은 이를 통해, 식물이 LD 기반 광 환경에 대해 높은 내성을 지닌다는 점도 확인했다.
적색 LD(660nm)는 식물의 주요 광합성 색소인 클로로필의 흡수 피크 파장과 정밀하게 일치하는 단색광을 조사할 수 있다는 점이 특징이다. 비교적 넓은 파장 대역에서 빛을 내는 LED와 달리, LD는 극히 좁은 파장 대역의 단색광을 매우 높은 정밀도로 출력할 수 있다.
이러한 결과를 종합하면, 적색 LD는 LED를 대체할 차세대 식물 재배용 광원으로서 유망한 선택지로 떠오르고 있다. 적색 LD는 식물공장 등 인공광형 농업에서 생산성을 끌어올리고 에너지 절감에도 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
이번 연구에서 도쿄대학교 대학원 농학생명과학연구과는 식물생리학과 광합성 연구 분야에서 축적한 전문 지식을 바탕으로, 실험 설계, 가스 교환 분석, 클로로필 형광 분석, 생육 지표 평가 등 기초 연구 전반을 맡았다. 스탠리전기는 적색 레이저 다이오드와 조사 시스템을 설계·구축해 제공하고, 기술 협력을 진행했으며, 파장 제어, 출력 안정성, 소형화 및 저전력화와 관련된 기술 지원을 담당했다.
스탠리전기는 이미 수산 사업자를 대상으로 물고기 성장을 촉진하는 양식용 투광기 등을 시장에 선보여 왔다. 회사는 ‘빛의 가능성’을 파고드는 기업으로서, 자동차 분야에서 안전과 안심을 뒷받침하는 것은 물론, 식량·에너지 등 미래 사회가 직면한 과제를 해결하는 데에도 기여하겠다는 방침이다.
이 회사는 1920년, 자동차용 전구 등 특수 전구의 제조·판매를 목적으로 문을 열었다. 현재는 세계 주요 4륜·2륜 차량 제조사에 제품을 공급하고 있다. 자동차 조명 외에도 가시광·적외선·자외선 대역의 각종 LED, LCD 등 컴포넌트 제품과 전자응용 제품을 통해 일상생활의 안전과 안심을 뒷받침하고 있다.
