지속적인 에너지원을 찾기 위해 동분서주(사방으로 이리저리 바삐 돌아다님)하는 세계 각국들. 최근 이들의 시선이 ‘우주’로 향하고 있다.

최근 영국은 이르면 2039년, 우주에서 태양광발전소를 가동(사람이나 기계가 움직여 일함)한다는 계획을 발표했다. 데일리메일에 따르면 영국은 지구 궤도에 태양광 발전소를 띄워 전기를 생산하고, 이를 지구에 공급한다는 계획. 우주에 띄울 태양광 발전소는 인공위성 형태로 무게는 2000t(톤), 지름은 1600m에 달한다. 이 우주 태양광 발전소에선 2GW(기가와트)급의 전기를 만들 수 있을 것이라고 영국은 내다보고 있다. 이는 원전 2기가 생산하는 전력과 맞먹는 양.

우주 태양광 발전이란 무엇일까. 각국들은 어떤 기술을 토대로 이런 구상을 하고 있는지 알아보자.

영국의 우주 태양광 발전소 가상 이미지. 데일리메일 홈페이지 캡처

태양전지판의 모습

○ 계속 전기를 만들 수 있다고?

지구에 존재하는 화석연료(지질 시대에 생물이 땅속에 묻혀 화석같이 굳어져 연료로 이용하는 물질)는 언젠가 고갈(돈이나 자원 등이 다하여 없어짐)된다. 이 때문에 세계 각국은 풍력, 태양광 등 신재생에너지 개발에 힘쓰고 있다. 그런데, 최근에는 각국의 시선이 우주로 향하고 있다. 우주에 태양광 발전소를 건설해 에너지원을 얻으려는 연구에 뛰어드는 것.

우주 태양광 발전은 우주에서 태양열을 받아 축적(지식, 경험, 자원 등을 모아서 쌓음)한 전기를 지구로 보내는 기술이다. 인공위성에 거대한 태양전지판(태양으로부터 오는 빛에너지를 전기 에너지로 바꾸는 판 모양의 장치)을 설치한 뒤 에너지를 얻는 것이 핵심. 우주 공간에 작은 발전소 하나를 건설하는 셈이다. 태양전지판으로 모은 전기를 마이크로파로 변환해 지구로 보내고, 이를 다시 전기로 변환해 사용하는 것이다.

우주에 이런 시설을 설치하려면 막대한 비용이 든다. 그럼에도 불구하고 태양광 발전소를 건설하려는 이유는 무엇일까. 발전 시간에 제한이 없다는 점이 가장 큰 이유다. 우주에서는 지구처럼 낮과 밤이 없다. 태양열을 계속해서 받을 수 있기 때문에 그만큼 많은 에너지를 뽑아낼 수 있다. 또 지상의 태양광 발전은 대기, 구름, 먼지 등이 태양광을 가로 막아 효율이 낮지만 우주 태양광 발전소는 지구 궤도를 돌며 태양빛을 더 많이 받을 수 있어 발전 효율이 높다.

과학계는 우주 태양광 발전소가 지구에서 전기를 만드는 것보다 더 효과적일 것이라고 전망한다. 우주 태양광 발전소가 상용화(일상적으로 쓰이게 됨)되면 탄소를 다량으로 배출하는 화석연료 위주의 발전소가 줄어들어 환경 문제를 해결할 수 있다는 점에서도 기대를 모으고 있다.

미국 캘리포니아공과대학이 개발한 우주 태양광 발전 설비. 캘리포니아공과대학 제공

국제 우주 정거장에 부착된 태양전지판. CNBC 홈페이지 캡처

중국우주기술연구원(CAST)이 제안한 우주 태양광 발전소의 상상도. CAST 제공

○ 미국, 중국… 전 세계 촉각

우주를 돌고 있는 인공위성들은 지금도 태양광으로 전기를 생산해 가동되고 있다. 우주 태양광 발전소 중 각국이 몰두하고 있는 것은 우주에서 생산된 에너지를 지구로 보낼 수 있는 무선 기술.

우주에서 얻은 태양광 에너지를 지구로 보낼 수 있는 기술의 가능성을 입증한 것은 미국이다. 지난해 미국 해군 연구소는 무인 소형 우주왕복선인 ‘X-37B’에 우주에서 얻은 태양광 에너지를 지구로 전송할 수 있는 ‘광전 라디오 안테나 모듈(PRAM)’을 장착해 우주로 쏘아 올렸다. 연구소는 PRAM을 통해 태블릿PC 한 대를 구동시키는 전력인 10W(와트)의 전기에너지를 지구로 전송하는 데 성공해 우주 태양광 발전의 가능성을 보여줬다. 미국 캘리포니아공과대학도 우주 태양광 발전 기술 개발에 한창이다. 캘리포니아공과대학은 우주에서 얻은 태양광 에너지를 레이저나 빔 방식으로 변환해 지구로 전송할 수 있는 기술을 최근 개발하기도 했다. 2023년에는 태양전지판을 우주에 쏘아 올려 첫 무선 전기 전송 테스트에 나설 계획이다.

중국도 우주 태양광 발전소 건설에 도전하고 있다. 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP)는 “중국에서 우주 태양광 발전 프로그램 지상 시험 설비 투자가 3년 만에 재개됐다”고 최근 보도했다. 중국은 올해 말까지 지상 시험 설비 건설을 마치고 2030년까지 1MW(메가와트·1000분의 1GW)급의 전력을 생산할 수 있는 태양광 발전소를 우주에 만든다는 계획. 일본과 유럽도 기술 개발에 뛰어들었다. 일본은 2050년까지 우주 태양광 발전을 상용화한다고 밝혔으며 유럽우주국(ESA)도 우주 태양광 실험을 위해 소형 위성 발사 계획을 준비 중이다.

▶어린이동아 권세희 기자 ksh0710@donga.com

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