누가누가 잘하나? 한중일의 우주 태양광 발전!

“우주태양광발전은 연중무휴!”

지난 2일 서울 플라자호텔에서 개최된 ‘2016 세계과학한림원서울포럼’에 우주태양광발전의 권위자가 등장했는데요. 바로 미국항공우주국(NASA) 출신 기업인인 존 맨킨스 맨킨스스페이스테크놀로지 회장입니다. 포럼에 참가한 그는 “하나의 정지궤도위성이 거대한 지역의 에너지 공급을 가능하게 할 것”이라며 “우주태양광발전은 봄이나 가을 지구 그림자가 잠깐 지나가는 기간 외에는 항상 운영하는 연중무휴 기술”이라는 말을 전했지요.

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

11월부터 파리기후변화협약이 본격 발효되며 전 세계는 탄소 배출량을 줄이기 위한 실질적인 노력을 시작하게 됐었는데요. 이러한 상황에서 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지면서 지구 총 에너지 생산의 15%를 담당할 수 있는 우주태양광발전이 다시 주목받기 시작했어요.

오늘의 주제는 지난번에 이어 우주태양광발전 기술 개발 동향에 대해 소개하려고 해요. 과학기술계의 떠오르는 신흥강국인 한국, 중국, 일본은 어떤 연구를 하고 있을까요?

여러 기관의 협력을 통해 한국은 우주 태양광 발전 시스템을 위한 주요 기술들을 어느 정도 갖추고 있어요. 한국항공우주연구원은 우주태양광발전의 개념을 연구하고 있으며, 2040년까지 60t급 대형 우주복합시설 구축 사업을 통해 우주 태양광 발전소를 구축하겠다는 계획을 세우기도 했죠.

대형발사체 ‘KSLW-6’가 완성되면 한 번에 20t 이상의 탑재체를 우주로 실어 날을 수 있는 능력을 갖추게 되는데요. 한국형 우주태양광발전위성(K-SPS)의 목표 발전용량은 1GW. 폭 1m, 길이 4200m, 무게 1만t의 스펙일 것으로 보여요. 마이크로웨이브를 이용해 생산된 전력을 지상까지 전달할 예정이고요. 무선전력전송기술은 한국전기연구원, 한국전자통신연구원 등이 개발에 참여하고 있는 상황입니다.

현재는 실제 우주태양광발전위성의 500분의 1 크기인 모형을 만들어 실험을 진행하고 있는데요. 한국의 우주 태양광발전이 타국에 비해 특히나 기대되는 것은 세계 정상수준인 국내 태양전지 기술 능력 때문이랍니다.

광주과학기술원(GIST) 등이 우주용 고효율 태양전지판 개발을 위한 기초 연구를 시작했으며, 태양전지 산업체와 합심하게 된다면 한국의 질주를 막을 수는 없을 것 같아요.

지난 17일 6번째 유인 우주선 ‘선저우 11호’를 성공적으로 발사한 중국은 미국, 러시아에 대응할 신흥 우주 강국입니다. 현재까지 100기에 달하는 위성과 7기의 우주 비행선을 쏘아 올리기도 했는데요. 이로써 세계에서 세 번째로 유인우주선과 우주정거장의 도킹을 성공한 국가가 되기도 했죠.

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

중국은 과학자들이 주도적으로 우주 태양광발전소를 건설하자고 주장하고 있어요. 50년가량 우주항공기술을 연구해온 왕시지 중국과학원 원사는 “우주 태양에너지에 대한 대규모 개발 및 이용은 경제 성장률과 경제 성장 품질을 대폭 향상시키고, 경제 기반의 비약을 추진해 새로운 기술 혁명, 심지어 산업혁명을 유발할 수 있다”며 강력하게 주장하고 있는 한 사람이죠.

중국의 우주태양광발전소는 10년 내 건설 예정인 70t급 우주정거장에 들어설 것으로 전해지고 있어요. 이를 위해 2025년까지 시험 검증하고, 2040년까지 정지궤도 상에서 관련 시험을 수행, 2050년 본격 상용화하겠다는 계획을 세웠다고 해요. 크기 역시 ‘대륙’의 면모를 보이는데요. 천안문 광장의 12배에 해당하는 5~6㎢ 넓이의 태양광 전지판으로 전력을 생산한다고 합니다. 지상에서도 별처럼 우주 발전소가 보일 수 있을 정도의 크기라니 정말 어마어마하죠?

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

일본은 항공우주연구개발기구(JAXA)과 경제산업성(METI)의 주도로 우주태양광발전 연구를 진행하고 있습니다. 2015~2020년 사이 10~100MW(메가와트) 급 전력을 생산할 수 있는 발전소를 짓겠다는 것이 단기적 목표, 그리고 중장기적으로 2030년엔 1GW(기가와트) 급 우주 태양광발전소를 운영하겠단 그림을 그리고 있죠. 여기서 1GW는 원자력발전소 1기가 생산하는 전력량과 같아요.

3만 6,000㎞의 정지궤도에 뜬 일본판 우주발전소는 길이 2.4㎞의 태양 전지판을 이용해 발전을 하는데요.  생성된 전기를 극초단파로 전환해 지상에 송전하는 식이지요. 직경 50m의 안테나로 전력을 받으면 50만 가구가 충분히 사용할 수 있는 양의 전기가 발생한다고 해요. 일본이 그리는 태양광 발전소의 중량은 100t으로 8일 마다 부품을 발사해 1년 만에 완성하겠다는 계획입니다.

일본은 우주의 전력을 지상으로 송신하는 기술 개발도 한창인데요. JAXA와 오사카대 공동연구진은 실제로 우주에서 만들어진 태양광을 레이저로 지상까지 전송하는 기술을 개발했고, 이때 태양광 에너지의 42%를 레이저로 변환하는 데 성공했답니다.

지난번 미국과 유럽에 이어 오늘은 아시아의 3개국 한국, 중국, 일본의 우주 태양광 발전 이야기를 들려드렸는데요. 일상 속에서는 태양광 발전을 접할 기회가 아직 부족하지만, 세계 곳곳에서는 머지않을 미래를 위해 수많은 연구와 개발을 진행하고 있어요. 지상도 모자라 우주까지 나아간 태양광 발전! 태양광 발전이 어디까지 나아갈 수 있을지 관심을 가지고 지켜보면 좋을 것 같아요. 그리고 그 발전이 어떤 모습으로 우리의 일상을 바꿔놓을 지 상상해보는 것도 재미있을 것 같네요!

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