우주로 간 태양광! 미국 NASA & 유럽우주국의 우주태양광

 

‘낮이 짧아지면 태양광 에너지는 어떡하지?’ 

태양 빛이 눈부시게 빛나는 시간이 점점 짧아지고 있는 계절인 가을입니다. 낮보다 밤이 긴 가을과 겨울엔 태양광 기술은 아무래도 발전 가능한 시간이 줄어들 수밖에 없게 되는데요. 대안은 없을까요? 과학자들은 태양과 더 가까우면서도 낮과 밤이 없는 우주 공간에 주목하고 있습니다. 

 

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용되었습니다. [이미지 출처 – populationeducation]

우주에는 공기, 대기 가스, 구름, 낮과 밤의 구분, 먼지 같은 태양광 발전의 장애물이 존재하지 않습니다. 우주 궤도의 태양광은 지구 표면보다 최소 1.4배 이상 강하기도 하죠. 특히, 하루 중 29%만 발전할 수 있는 지상의 기술과 달리 하루 24시간 지속해서 높은 양의 에너지에 노출될 수 있습니다. 그래서 해외에서는 일찌감치 지속 가능한 에너지 생산을 위한 터전으로 우주 공간을 지목하고, 이를 위한 연구개발을 수행해 왔는데요. 우주에 태양광 발전소를 짓다! 오늘은 미국과 유럽의 우주 태양광 발전현황을 살펴보도록 하겠습니다.  

러시아와 함께 우주개발의 선두주자인 미국에 우주태양광 개념이 제시된 것은 무려 50여년전인1968년입니다. 당시 경제성이 없다는 이유로 보류됐던 사업은 30여 년이 지난 1999년에야 재개됐는데요. 바로, 미국 항공우주국(NASA)의 서트(SERT·Space Solar Power Exploratory Research and Technology) 프로젝트입니다. 

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용되었습니다. [이미지 출처 – 위키피디아 International Space Station]

하지만, 서트 프로젝트에 힘이 실린 것은 그보다도 10여 년이 더 지난 2007년. 미국 국방성 산하 국가안보우주청이 ‘우주 태양광 발전에 기술적 문제는 없다’는 내용의 보고서를 발표한 이후입니다. 이로써 미국은 지구상공 3만6000㎞의 정지궤도에 약 3㎞ 크기의 태양 전지판을 펼쳐 태양광 발전을 하고 마이크로파를 이용해 지구에 송전한다는 구체적인 계획을 세우게 됩니다. 

당시 국가안보우주청은 “미국 정부가 100억 달러(약 11조4000억 원)를 투자해 10MW의 전력을 지구로 보내는 시험위성 건설이 가능하다”며 “지상의 화력발전소 1기와 같은 용량으로 무게 3,000t에 이르는 이 발전소를 세우기 위해서는 현재 수준의 우주 로켓을 100대 이상 발사해야 한다”고 평가했습니다.

산업계 역시 정부의 계획을 적극적으로 도왔는데요. 2008년 미국의 반도체 회사 인텔은 수 m 떨어진 거리에서 전력을 전송하는 기술을 개발했으며, 2009년 미국의 전력회사 PG&E는 에너지 벤처기업 ‘솔라렌’과 함께 2016년부터 정지 궤도상의 태양전지판으로 생산된 전력 200MW를 매입하기로 합의했습니다. 200MW는 약 15만 가구에 전기를 공급할 수 있는 어마어마한 전력이죠. 

정부와 기업의 적극적인 참여로 우주 태양광 발전소 계획이 실현되고 있는 미국, 역시 앞선 기술을 바탕으로 한 발짝 먼저 우주 태양광 발전 사업을 이끌고 있습니다.  

미국에서 우주 태양광 발전에 대한 논의가 재개됐을 때쯤. 유럽연합(EU) 역시 이 사업에 발을 내디뎠습니다. 유럽우주국(ESA)의 계약 하에 1999년 독일 항공우주연구소(DLR)은 유럽의 전력을 충당하기 위한 우주태양광발전 연구를 시작한 것인데요. 2001년에는 NASA와 함께 태양전지 기술에 대한 연구협력을 진행하기도 했죠. 2002년 본격적인 연구를 위해 ‘우주태양광발전위성 유럽 네트워크’를 설립해 신규 에너지 개발에 박차를 가하기도 했습니다.

▲ 위 이미지는 인용의 목적으로 사용되었습니다. [이미지 출처 – inhabitat.com]

하지만 내부 평가는 여전히 냉혹합니다. 유럽우주국은 2004년 “아직 기술적 위험이 높고 발사 비용이 상당히 낮아져야 할 것”이라며 비판적 평가를 했다고 합니다. 유럽세일타워(EST·European Sail Tower)로 명명된 이 기술은 15㎞의 태양전지판으로 450MW의 전력을 생산할 수 있지만, 수명은 60년으로 짧은 데 비해 전력 생산단가는 1kWh당 0.075유로(93원). 화석연료가 4.9센터(약 56원)인 것을 고려하면 경제성이 없다고 판단한 것이지요.

여러 가지 어려움은 있지만, 기술력은 세계 최고입니다. 유럽 특허청은 “EST를 이용하면 515GW의 전력을 생산할 수 있고, 이는 2020년 유럽의 전기소비량 추정치의 4분의 3 수준”이라며 “이를 위한 총투자금액은 5,310억 유로(약 658조 원)에 달한 것으로 보인다”고 긍정적 평가를 했습니다. 

미국과 유럽연합, 해외 선진국들은 이렇게 우주에서 지속 가능한 에너지원을 얻어오기 위한 연구가 진전되고 있는데요. 화석연료 고갈과 원자력에너지의 위험성을 직시하고 벌써 행동에 옮기기 시작한 것이지요. 그렇다면 떠오르는 과학기술 강자인 아시아 3개국은 어떨까요? 다음 시간에는 아시아 3개국의 우주태양광발전기술 개발현황을 살펴보겠습니다. 우리나라가 속한 아시아의 우주태양광발전기술은 얼마나 발전했는지 궁금하신 분들은 다음 칼럼을 기다려주세요. ^^

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