Muutama päivä sitten laskin, että ihmisravinnon tuotanto keinovalolla on melko mahdotonta, jos keinovalosta vain prosentti siirtyy kasviin.
Tämä pitää yhä paikkansa, mutta selvitin asiaa sen verran enemmän, että monissa paikoissa esiintyvä yhteyttämisen maksimihyötysuhde 11% ei ole keinovalolle kattona.
11% hyötysuhde on raja sille, kuinka suuri osa auringonvalosta voidaan saada talteen. Se ei ole raja keinovalolle.
Yhteyttäminen vaatii yhtä molekyyliä kohden kahdeksan kvanttia valoa, joista neljä on yhdellä energiatasolla ja neljä toisella. Kaikki auringon säteily, jonka kvanteissa on liian vähän energiaa menevät hukkaan. Tarvittua energiaa suurempien kvanttien ylimääräinen energia menee hukkaan.
Auringon valosta vain 43% on sellaisella aallonpituudella, että sitä voi käyttää edes periaatteessa yhteyttämiseen (ns. PAR-säteily, photosynthetically active region, 400-700 nm). Lopustakin säteilystä menee hukkaan suurin osa kvanttien ylimääräisen energian takia, joten teoreettinen maksimi auringonvalon säteilyjakaumalle on 8-13%, mistä tulee usein käytetty keskiarvo 11%. [1]
Yleensä lähteissä unohdetaan mainita, että 11% hyötysuhde on auringonvalolle. Jos käytettävissä olisi keinovalo, jossa on pelkästää kaivattuja valokvantteja, ei ole mitään teoreettista estettä sille, että hyötysuhde olisi vaikka satakin prosenttia.
Yleensä kasvilampuissa on violetti valo, mutta kaivatut valokvantit ovat itse asiassa punaisen valon aallonpituudella (680 nm ja 700 nm).(*) Ehkä kasvit kasvavat violetissa hyvin, mutta violetti on myös väri, josta menee mahdollisimman paljon energiaa hukkaan. Punaisen valon pitää olla täsmälleen tietty, sillä osa punaisista väreistä on PAR-alueen ulkopuolella eikä niistä ole mitään apua yhteyttämisessä. Värien aallonpituudet löytyvät Wikipediasta [2].
Koska aurinkopaneelien hyötysuhde on laboratorio-olosuhteissa lähes 50%, tämä voi aukaista mahdollisuuksia nopeuttaa kasvien kasvua sellaisella keinovalolla, jossa on vain täsmälleen oikeita valokvantteja. Jos kasvit saadaan tällä tavalla keräämään keinovalosta energiaa lähes 100% hyötysuhteella, auringon valon talteenotto aurinkopaneeli-ledilamppu-yhdistelmällä olisi moninkertaisesti tehokkaampaa kuin se 11%, jonka kasvi voi teoriassakaan saada talteen suorasta auringon valosta.
Tästä voisi saada aikaa myös erittäin tehokkaan hiilidioksidin talteenottolaitteen.
(*) Kumpikin näistä aallonpituuksista on ihmisen mielestä sama väri, ja esimerkiksi ne kumpikin ovat RGB-väreinä sama täysi punainen (255,0,0).[3] RGB-väreinä sellainen valo, joka ei kelpaa yhteyttämiseen on (x,0,0), missä x < 255. Summittaisen käsityksen värien aallonpituuksista saa helpoiten Wikipediasta [2].
[1] Bolton, Hall, The Maximum Efficiency of Photosyntesis, 2008
[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Spectral_color
[3] http://academo.org/demos/wavelength-to-colour-relationship/