[고든 정의 TECH+] 우주 태양광 발전 꿈이 현실로?…모듈 프로토타입 공개

태양에서 지구에 도달하는 에너지는 전체 태양 에너지 가운데 22억분의 1에 불과합니다. 하지만 그래도 지구에 들어오는 태양 에너지는 인간이 사용하는 에너지와 비교가 되지 않을 정도로 많습니다. 이 에너지 가운데 일부를 전기 에너지로 바꿔 사용하는 것이 태양광 발전입니다. 태양광 발전은 풍력과 함께 인류의 미래 청정 에너지로 많은 투자가 이뤄지고 있습니다.

하지만 사실 지구는 태양광 발전에 최적화된 장소라고 하기는 어렵습니다. 태양 에너지 가운데 일단 30%는 우주로 반사되고 나머지도 상당수 대기에 흡수되기 때문입니다. 여기에 지구의 자전 때문에 태양광을 항상 받을 수 없다는 것과 기상 상황에 상당히 많은 영향을 받는다는 것도 문제입니다. 낮에 발전량이 아무리 많아도 밤에는 0이 되고 낮이라도 날이 흐리면 발전량이 갑자기 뚝 떨어진다는 것은 치명적인 문제입니다.

오래 전부터 과학자들은 이 문제를 해결할 방법을 고민해 왔습니다. 현재 기술로는 실현 가능성이 낮지만, 가장 이상적인 해결 방법은 우주 태양광 발전입니다. 우주에서는 대기나 구름의 간섭이 없고 무엇보다 정확한 각도로 태양을 24시간 바라볼 수 있어 지상과 비교할 수 없을 만큼 발전 효율이 높습니다. 생산된 전기는 마이크로웨이브나 다른 전파 형태로 지구로 전송합니다.

물론 우주에 도시 면적의 거대 태양광 발전소를 건설하는 것부터 현실성이 떨어지기 때문에 우주 태양광 발전소는 이제까지 주로 SF물의 소재 정도로 여겨져 왔습니다. 하지만 이를 진지하게 생각하는 과학자들도 많아서 여러 가지 시도가 이어지고 있습니다.

미국 캘리포니아 공대 세르지오 펠레그리노, 헨리 앳워터, 알리 하지미리 교수가 이끄는 연구팀은 2013년부터 연구비를 지원받아 우주 태양광 프로젝트(space solar project)를 추진하고 있습니다. 우주 태양광 프로젝트는 2013년 1억 달러의 연구비를 지원받았고 2015년에는 노스롭 그루만에서 다시 1750만 달러를 지원받았습니다.

우주 태양광 프로젝트의 1차 목표는 현재 기술 수준에서 감당할 수 있는 초경량 태양광 패널과 장거리 무선 송전 기술을 개발하는 것입니다. 우주 태양광 프로젝트 연구팀은 최근 초경량 태양광 타일의 디자인을 공개했습니다. 연구팀이 개발한 타일은 10x10㎝ 크기로 마치 기왓장 같은 독특한 디자인을 갖고 있습니다. 이유는 간단합니다. 각각의 기와가 사실을 태양광을 모으는 거울 역할을 하기 때문입니다. 무게를 극단적으로 줄이기 위해 실제 고효율 태양 전지는 끝에 줄처럼 붙어 있고 여기에 태양광을 집중시켜 발전 효율을 높이는 것입니다. 연구팀에 따르면 이 태양광 타일의 무게는 기존 우주 태양광 패널의 50-100분의 1에 불과한 2.8g입니다.

이렇게 가벼운 태양광 타일은 발사할 때는 작게 접었다가 우주에서 펼치기 때문에 발사 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 하지만 이렇게 만든 전기를 지구로 전송할 수 없다면 의미가 없습니다. 연구팀은 이 초경량 타일 아래에 역시 초경량 무선 전파 에너지 송출 시스템을 붙여 거대한 태양광 발전소가 동시에 초대형 안테나 역할을 하는 디자인을 생각했습니다. 별도의 전력 시스템을 갖추면 무게가 크게 늘기 때문입니다.

태양광 타일과 무선 안테나는 종이접기에서 영감을 얻은 접이식 경량 프레임에 붙여 전체 태양광 발전소를 구성하게 됩니다. 9㎢의 거대한 연 같은 태양광 발전소가 서로 편대를 이뤄 지구 주변을 공전하면서 지구에 전력을 공급한다는 것이 이 프로젝트의 궁극적 목표입니다. 물론 설령 가능하다고 해도 이 단계까지는 많은 과정이 남아 있습니다. 그리고 천문학적인 비용이 필요할 것입니다.

이 야심찬 계획이 어디까지 진행될지는 알 수 없지만, 이들이 개발한 초경량 우주 태양광 타일은 앞으로 우주 개발에서 유용하게 사용될 가능성도 있습니다. 인류가 우주와 달, 그리고 화성과 다른 행성에 기지를 건설하기 위해서는 지금보다 더 경제적이고 안정적인 에너지원이 필요합니다. 앞으로 연구 결과가 주목되는 이유입니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com