미래 산업 '우주 태양광 발전'....현실화 가능할까?
미래 산업 '우주 태양광 발전'....현실화 가능할까?
  • 김정은 기자
  • 승인 2020.11.25 11:58
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ⓒ 데일리포스트 이미지 출처=NASA

[데일리포스트=김정은 기자] 러시아 로켓공학의 선구자인 콘스탄틴 치올콥스키(Konstantin Eduardovich Tsiolkovsky)가 1920년 고안한 "우주에 거대 발전소를 만들어 지구에 대량의 에너지를 공급한다"는 아이디어는 오랫동안 SF 작가밖에 주목하지 않았다. 

그러나 최근 일부 과학자들이 치올콥스키의 구상을 실현하기 위한 연구를 시작했다. 안전성이 보장되면서도 환경을 해치지 않는 대표적 기술로 우주 태양광 발전 시스템이 있다. 

최근 주목받고 있는 우주 태양광 발전 시스템에 대해 호주 인터넷 매체 ‘더 컨버세이션’(The Conversation)이 해설했다.

우주에서의 태양광 발전은 많은 이점이 있다. 태양광 발전 시설의 큰 약점이 "반나절 밖에 태양광을 얻을 수 없고, 빛이 닿는 각도에 따라 발전 효율이 달라진다"는 점인데, 우주에 발전 시설을 쏘아 올리면 항상 태양광을 얻을 수 있는 궤도로 돌 수 있다. 또 지구상에서는 지표면에 도달하는 태양 에너지의 상당수가 대기에 의해 막히지만 우주에서는 훨씬 많은 태양광을 얻을 수 있다.

ⓒ 데일리포스트 이미지 출처=JAXA

하지만 이 구상은 기본적으로 태양광 발전 시설과 같은 대규모 구조물을 어떻게 조립하고 우주로 발사할 것인가라는 과제에 직면한다. 충분한 에너지를 산출할 수 있는 거대한 규모의 태양광 발전소를 로켓으로 발사하려면 비용도 엄청날 것이다.

이에 과학자들이 제안한 해결책 중 하나가 수천개의 소형 위성을 결합해 하나의 대형 태양광 발전 시설을 구성하는 것이다. 2017년 캘리포니아 공대 연구팀은 수천개의 솔라패널로 구성된 모듈형 태양광 발전 시설을 설계했다. 이 설계에 사용된 솔라패널은 1제곱미터(1㎡, 1평방미터) 당 불과 280g의 초경량이다. 

최근에는 돛단배가 바람을 타고 항해하듯이 태양에서 내뿜는 입자들의 복사압에 밀려 앞으로 나아가는 솔라세일(Solar Sail)도 개발되고 있다.

ⓒ 데일리포스트 이미지 출처=The Planetary Society

영국 리버풀 대학은 태양전지를 탑재한 가볍고 반사율이 높은 돛을 3D 프린트로 제조하는, 태양광 발전 시설이 될 솔라세일의 제작 방법을 연구하고 있다.

우주 발전은 "만든 전기를 어떻게 지구로 보낼 것인가"라는 과제도 있다. 가장 현실적인 해결책은 태양광 발전으로 생산한 전기를 마이크로파나 레이저로 변환해 지상으로 보내는 것이다. 

현재 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 전기의 무선 에너지 전송 기술을 연구하고 있으며, 2015년 실증 데모에서 5.8GHz 대역 전파로 55m 떨어진 곳에서 전기의 무선 전송에 성공했다. 그러나 송전전력이 약 1.8kW인데 반해, 수전전력은 약 320~340W에 그쳐 상용화에는 한계가 있다.

ⓒ 데일리포스트 이미지 출처=JAXA

중국에서도 전력 무선 전송 기술 관련 연구가 최근 활발해지고 있으며, 2050년을 목표로 최대 2GW의 전력을 지구로 송전하는 것을 목표로 한 ‘오메가(Omega)’ 시스템 설계를 추진하고 있다. 실제로 출하량 세계 1위의 솔라패널 제조업체인 중국 징코 솔라(Jinko Solar)는 중국국가항천국(CNSA)과 공동으로 우주 태양광 발전 기술 개발에 착수한다고 올해 1월 발표했다.

우주에 태양광 발전 시설을 만든다는 100년 전 아이디어가 기술의 진보 속에 조금씩 현실에 다가서고 있다. 더 컨버세이션은 "전세계의 많은 과학자들이 우주 태양광 발전 시설 개발에 시간과 노력을 투자하고 있다. 이러한 노력이 언젠가는 지구 기후 변화 대책에 중요한 역할을 할 것으로 기대한다"고 전했다.


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