태양광 우주발전

화석연료를 대신할 수 있는 대체에너지로 각광받고 있는 태양광 발전은 활용 가능한 에너지 양이 무한대다. 사용요금도 무료다. 또 환경오염이 없고 지구 온난화도 일으키지 않는다. 반면 태양광 발전은 낮 동안만 가능하며 그것도 구름이 끼거나 비가 오는 흐린 날에는 전기를 생산할 수 없는 단점이 있다. 또 에너지 손실이 커 효율도 낮다.

그래서 선진국들은 우주에서 태양광 전기를 생산할 수 있는 방법을 찾고 있다.

미 항공우주국(NASA) 과학자 피터 글레이저 박사는 우주에서 태양광 발전을 하는 방안을 지난 1968년 처음 제안했다. 1999년엔 NASA가 주도하는 태양광 우주 발전 프로그램을 수행, 실현 가능성도 검토했다.

특히 일본이 태양광을 이용한 우주전기 발전을 위한 기술 개발에 적극적이다. 실제 일본항공우주연구소(JAXA)는 오는 2030년까지 우주의 지구 정지궤도에 태양광 집광판을 설치하고 전기를 생산할 계획이다.

그러나 우주에서 태양광을 이용한 전기 생산을 실현하기에는 많은 문제가 산재해 있다. 우선 경제성 문제다. 효율적인 태양광 발전을 위해서는 태양 전지판의 크기가 지름 1㎞ 정도 돼야 하는데 이 정도 크기는 지상에서 제작해도 적지 않은 비용이 소요된다. 더 큰 문제는 발전시설을 우주에 설치하는 데 천문학적인 비용이 든다는 점이다. 미국 국방부는 우주왕복선을 이용하여 1㎏의 물체를 우주로 보내는 데 대략 1만달러의 비용이 들 것으로 파악하고 있다.

기술적인 문제로는 태양전지 패널을 건설하는 데 있다. 경제성을 갖추기 위해서는 전지판에서 생산되는 전압이 1000V 이상 되어야 한다. 하지만 이 정도 크기의 전압이 발생하면 스스로 아크가 발생해 전지판을 손상시킨다. 현재 기술로 아크를 발생시키지 않고 생산할 수 있는 최고 전압은 300V 정도다.

더욱 큰 문제는 생산된 전기를 지상으로 보내는 방법이다. 지금까지 논의되고 있는 것은 마이크로파나 레이저를 이용해 전기를 보내는 방법이다. 그러나 어떤 방법이든 매우 높은 에너지를 수송하는 수단이기 때문에 조금의 오차가 발생해 지상의 목표지점에서 벗어나면 주변 지역이 파괴돼버리는 치명적인 결과가 나타날 수 있다.

현재까지의 결론을 요약하면 우주에서의 태양광 전기발전은 기술적으로 가능하다. 그러나 경제성을 갖춘 전기발전은 천문학적 초기 건설비용이 소요되며 이러한 투자는 어느 한 나라의 경제력으로 해결하기 힘든 규모일 것으로 예측됐다.

만일 앞에서 언급한 것처럼 태양 전지의 효율이 획기적으로 발전되고 TSOS(궤도 진입이 가능한 고성능 2단 로켓)가 실용화되며 전기 송수신을 위한 마이크로파 송전 기술 또는 자기 공명에 의한 전기 송수신 기술이 상당한 수준까지 발전한다면 어느 정도 경제적인 태양광 우주발전은 현실적인 문제로 다가올 수 있을 것이다.

/글=이창진 건국대 항공우주공학과 교수

/자료제공=한국항공우주연구원