지난 3월 중국에서 깜짝 놀랄 만한 뉴스가 전해졌다. 중국이 오는 2030년께 우주에 태양에너지 발전 시스템을 개발한다는 내용이었다. 중국과학원에 따르면 2030∼2050년 첫 상업용 우주 태양광 발전시스템을 개발해 운영할 수 있다고 했다. 우주발전(宇宙發電) 시스템. 우주에서 에너지를 만들어 사용하는 공상과학영화에나 나올 법한 이 대형 프로젝트는 관심을 집중시켰다.
◇우주에서 전기를 만든다=우주 태양광 발전은 말 그대로 우주에서 전기를 만드는 것이다. 우주에 발사한 위성에 커다란 태양광 패널을 달아 만든다. 지상에서 태양광으로 발전하는 식이다. 그런데 조금 다른 게 있다. 우주에서 만든 에너지를 지상으로 보내는 것이다. 전력 케이블 없이 무선으로 한다.
어떻게 가능할까. 중국이 구상하는 우주 태양광 발전소는 지표면 3만6000㎞ 상공에 거대 태양전지판을 설치한다. 이렇게 모은 에너지를 초단파를 이용해 지구로 보내고 지구에서는 이 초단파를 전력으로 전환하는 개념이다. 지상 발전과 마찬가지로 변전 및 송전 시설을 거쳐 전기를 필요한 곳에 전달하는 과정을 거친다.
우주 태양광 발전소는 태양에너지 강도가 지표면의 5~12배로 높고 하루 24시간 중 99% 시간대에 발전할 수 있으며 날씨에 구애받지 않고 안정적으로 가동할 수 있다는 점에서 기획됐다.
중국과학원은 “중국의 에너지 문제를 해결할 수 있는 방안 중 하나가 우주 태양광 발전소”라며 “우주 발전소를 건설하는 과정에서 우주공학은 물론이고 재료공학과 전자기술 등이 비약적으로 발전할 수 있을 것”이라고 밝혔다.
중국과학원은 나아가 실용화 단계에 이르면 휴대폰은 물론이고 전기자동차나 각종 전자기기 등을 시간과 장소에 상관없이 충전할 수 있는 시대가 도래할 것이라고 덧붙였다.
◇앞서가는 일본=우주발전은 허황된 이야기일까. 그렇지 않아 보인다. 미래 에너지원의 하나로 미국에서도 우주발전이 제기됐다. 1968년 사이언스지에 우주발전 논문이 발표된 후 곧바로 1970년대 미국 항공우주국(NASA)에서 추진됐다.
하지만 기술적·경제적으로 요원하다는 판단으로 프로젝트는 중단됐고 그 바통을 일본이 이어받았다. 일본은 1980년대 후반부터 우주에서 전기를 만드는 데 관심을 쏟았다. 그 결과 가장 기술이 앞서 있다는 평가를 받는다.
박영진 한국전기연구원 박사는 “지난해 일본 무선전력전송 학회에서 일본항공우주국(JAXA) 지원을 받아 교토 대학이 위상배열 안테나를 이용한 고출력 전송 기술을 시연했다”며 “일본이 굉장히 빠르다는 인상을 받았다”고 전했다.
실제로 일본은 장거리 무선전력 송신을 테스트하고자 3~4년 전 국제전기통신연합(ITU) 내 전파관리를 담당하는 전파통신 부문(ITU-R)에 2.45㎓ 대역 사용을 신청하기도 했다. 여러 이유로 실험이 무산되긴 했지만 우주 태양광 발전 프로젝트를 실현하고자 하는 일본의 강한 의지를 엿볼 수 있다. 일본 정부는 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 일본이 추진하는 우주 태양광 발전 시설은 패널 넓이가 축구장 330배 정도인 2.5㎢ 크기에 1000만㎾ 발전용량을 갖출 계획이다.
이는 원자력발전소 1기에 버금가는 수준으로 후쿠시마 원전 사태 이후 일본에서는 우주발전에 더욱 힘이 실리는 모습이다.
◇실현 가능성은=기술적 과제로는 전기를 효율적으로 보내는 전송 문제가 꼽힌다. 현재 마이크로파를 이용한 전력 전송 기술이 가장 많이 연구되고 있는데 안정성과 효율 문제가 걸림돌이다. 마이크로파는 물분자를 통과할 때 열이 발생하게 된다. 위성에서 에너지를 지상으로 보내는 과정에 성층권을 통과할 때 어떤 문제가 생길지 모른다. 항공기나 생명체에 영향을 미칠 수 있다. 발전 효율도 마찬가지다. 박영진 박사는 “태양광에서 만든 전기가 100이라 할 때 1만 받아도 현재로선 성공적인 수준”이라며 “효율이 3~4%만 돼도 만족스러운 수치”라고 전했다.
가장 큰 걸림돌은 채산성이다. 우주에서 많은 에너지를 얻을 수 있다는 데는 이견이 없다. 문제는 돈이 너무 많이 든다. 같은 발전용량을 기준으로 할 때 우주발전은 원자력보다 비용이 여섯 배 이상 소요되는 것으로 알려졌다.
그러나 우주발전 관심은 끊이지 않는다. 국제우주학회(IAA)는 지난해 11월 `우주 태양광 발전소`가 30년 안에 경제성을 갖춘 에너지 공급원이 될 것이라고 발표했다. IAA는 연구보고서에서 “현재 실험실 아이디어 수준에 불과한 궤도 발전소는 10∼20년 안에 기술적으로 가능해질 것”으로 전망했다. 가능성이 열려 있는 우주발전. 이 원대한 프로젝트가 이뤄질 날은 우리의 예상보다 앞당겨질지 모른다.
윤건일기자 benyun@etnews.com
