영영 닿지 못할 것 같았던 달에 인간이 첫발을 내디디면서, 인류는 무한한 가능성이 있는 공간의 문을 열게 되었다.
앞으로 밝혀질 것이 더 많은 신비스러운 곳. 우주의 매력에 빠진 과학자들은 우주정거장부터 우주여행, 우주호텔 건설까지
상상을 실현하기 위해 끊임없는 연구개발을 시도하고 있다. 전력 산업에서도 우주에 태양광 발전소를 세우기 위한
연구가 진행되고 있다. 과연 가능한 것일까?
글 김형자 과학 칼럼니스트
태양광 에너지를 마이크로파로 변환시켜 지구로 전송
우주 공간에 발전 시설을 띄워 태양광으로 전기를 생산해내는 ‘우주 태양광 발전 Space Solar Power ’ 시대가 다가오고 있다. 우주 공간에 쏘아 올리는 인공위성(발전소)에 태양전지 패널을 달아 전기를 생산하는 방식이다. 몇 ㎞에 이르는 폭을 가진 수십 개의 위성이 지구 궤도를 돌며 축적한 전기는 전파의 일종인 마이크로파(파장 3~30㎝)로 변환돼 무선으로 지상에 내려보낸다. 이를 지상에 설치된 접시 모양의 안테나가 받아 다시 교류 전기로 바꾼다. 4차 산업혁명 기술이 전력 산업의 구도에도 영향을 미치고 있다.
그렇다면 우주까지 나가 태양광 발전을 하려는 이유는 뭘까.
지상에서도 친환경 발전으로 주목받고 있는데 말이다. 땅 위에서보다 훨씬 많은 전력을 생산할 수 있다는 게 그 이유다.
지상 태양광 발전은 효율이 낮다. 그 걸림돌 중 하나가 대기다. 이를테면 우주에서 1㎡ 당 1,360W의 태양광을 받지만, 지상에 도달하기 전 30% 정도가 반사되고, 투과된 태양광도 대기, 구름, 먼지 등이 가로막아 지표면 1㎡에 도달하는 에너지는 300W를 넘지 않는다. 또 지상 태양광 발전은 부지확보등 한계가 있다. 반면 우주에는 밤이 없어 24시간 전기를 만들 수 있다. 폭풍우 등 기상 조건의 영향도 받지 않는다. 대기층이 없기 때문에 내리쬐는 태양 에너지를 그대로 받을 수 있다. 전문가들은 우주에서는 같은 태양전지판으로 지상보다 최대 10배 많은 전력을 뽑아낼 수 있다고 본다. 한반도 1.5배 넓이의 ‘우주 태양광 발전소’만 있으면 2050년 지구에 필요한 전력 전체를 만들 수 있다고 예상하고 있다.
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일본우주항공연구개발기구(JAXA)의 우주 태양광발전 개념도.
자료 JAXA
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중국우주기술연구원(CAST)이 제안한 우주 태양광발전 위성의 상상도
CAST 제공
주요 국가가 구상 중인 ‘우주에서 전기 만들기’
우주개발 선진국들은 이미 구체적 계획을 진행하고 있다. 일본우주항공연구개발기구 JAXA 는 2020년 10메가와트 MW급 태양광 발전 위성을 실험 발사하고, 2030년까지 1기가와트 GW급 태양광 위성을 올린다는 목표다. 중국도 2006년부터 국가 예산을 투입해 연구를 시작했다. 중국우주기술원 CAST은 2036년부터 2050년까지 1GW급 우주 태양광위성을 36,000㎞ 정지 궤도에 띄워 상용화하겠다는 비전을 제시했다. 미국은 이미 민간기업까지 개발에 나서고 있다. 2014년 미국 에너지기업 PG&E는 에너지 벤처기업 ‘솔라렌’이 정지궤도에 위성을 띄워 전력을 생산하면 200MW의 전력을 공급받기로 계약했다. 솔라렌 측은 상용화 시기를 2025년으로 보고 있다.
우리나라도 우주 태양광 발전에 나섰다. 아직 구상 단계 계획 안이지만 한국항공우주연구원이 밝힌 우주발전소 규모는 여의도 면적의 약 4배인 가로 5.6㎞, 세로 2㎞의 크기다. 이를 위해 2029년까지 2대의 소형 태양광 발전 위성을 발사해 발전 기능과 전력 전송 기술을 점검하는 게 목표다. 당연히 난관이 적지 않다. 가장 중대한 걸림돌은 비용이다. 각국에서 제안하는 1GW급의 우주 태양광 발전 위성은 길이만 10㎞가 넘는다. 이를 궤도에 올리는 데 수십조 원이 들어간다. 또 거대한 위성이 자칫 떠돌아다니는 우주 쓰레기와 부딪혀 무용지물이될 수 있다는 지적도 있다. 더구나 우주에서 전송하는 마이크로파가 지구의 성층권이나 전리층, 지상의 생태계나 사람에게 어떤 나쁜 영향을 미치는지에 관해 연구가 충분하지 않다는 의견도 따른다.
하지만 전문가들은 이런 문제들이 적어도 20~30년 안에는 보완될 것으로 기대한다. 또 그동안 우주정거장 건설 등으로 쌓은 태양광과 인공위성, 무선송전 기술 등을 활용하면 충분히 우주에 태양광 발전의 불을 밝힐 수 있다고 본다. 지구촌의 에너지 문제를 완전히 해결할 새로운 꿈의 에너지의 도전을 지켜보자.
