하지만 우주에서라면? 그때는 얘기가 다르다. 태양전지의 에너지 생산량이 지상의 5배로 증진된다. 우주에서는 하루 24시간, 365일 내내 에너지 생산이 가능하기 때문이다.
미 국립우주학회(NSS)의 2007년 연구에서는 폭 800m 태양전지로 지구 정지궤도를 한 바퀴 두를 경우 단 1년 만에 현재 지구상에 남아있는 석유와 동일한 양의 에너지를 얻을 수 있다고 분석되기도 했다.
하지만 막대한 발사비용은 대형 태양전지 패널을 부착한 발전용 인공위성의 발사를 어렵게 하는 부분이다. 또한 생산된 에너지를 어떻게 지상으로 전달할지도 아직 난제로 남아있다.
이와 관련 일단의 과학자들은 인공위성이 생산한 전력을 레이저 광선처럼 지구로 쏘아 보내는 방안을 연구 중이다. 황당하게 들릴지 모르지만 그 개념은 매우 간단하고도 안전하다.
구체적으로 이 기술은 인공위성이 만든 에너지를 고출력 적외선 레이저로 변환, 지상의 수신기에 발사하는 것이 핵심이다. 한 연구팀은 폭 18m의 레이저를 900㎡ 면적의 수신기에 송전하면 전체 발전량의 80%를 지상에 전달할 수 있다고 설명한다.
특히 이런 인공위성을 다수 띄워 놓을 경우 인공위성과 수신국 사이에 구름이 끼더라도 인근의 인공위성으로 에너지를 전달해 다른 위치의 수신국으로 쏘아 보낼 수 있다.
이달 유럽의 우주항공 전문기업 아스트리움은 독일에서 이 같은 적외선 레이저 송전시스템의 타당성을 검증할 계획이다. 이 회사의 기술개발국장인 매튜 페렌의 말이다.
"인간에게 안전하며 눈에도 유해하지 않은 파장의 레이저를 찾아 전기를 전달하려 합니다. 이렇게만 되면 지상에서 우연히 레이저를 통과해 지나가거나 육안으로 쳐다봐도 안전을 확보할 수 있습니다."
계획이 차질 없이 진행되면 아스트리움은 2016년경 면적 46.5㎡의 태양전지 패널이 부착된 예비위성을 발사할 것이다. 이 정도면 지상 수신국에 수 ㎾의 전력 전달이 가능하다. 그리고 2020년쯤 전력 송신량 10㎾의 위성을 운용할 계획이다. 이는 10가구가 사용할 수 있는 전력량이다.
한편 일본 우주항공연구개발기구(JAXA)는 미국 태양에너지 기업 솔라렌(Solaren)과 함께 극초단파 송전에 주목하고 있다. 아스트리움의 고효율 레이저 송전은 최근에야 연구가 시작됐지만 극초단파 송전은 이미 수년전 검증된 기술이기 때문이다.
실제로 2008년 한 미국 연구팀이 마우이 섬의 산 정상에서 하와이까지 20W의 전력 송신에 성공한 바 있다. 당시의 송전거리 148㎞는 지구 대기 두께의 1.5배에 해당한다.
이에 JAXA는 미쓰비시 등의 기업들과 손잡고 30년간 210억 달러를 투자, 6.47㎢ 넓이의 태양전지를 채용한 인공위성들을 발사할 계획이다. 이렇게 원자력발전소 한 곳과 동일한 1GW의 전력을 우주에서 생산한다는 게 JAXA의 목표다.
우주 발전소 프로젝트를 지지하는 솔라고등연구그룹(SHSG)측은 지구궤도에는 이런 위성 수천 기를 올려놓을 공간이 존재한다고 주장하고 있다.
만일 인공위성 발전소가 실제로 가동된다면 최우선 수혜자는 극지 과학연구시설 등 원활한 전력공급이 어려운 곳에 위치한 건물들이 될 것이다. 미 국방부 역시 인공위성 발전소의 전기를 전투지역으로 보내는 데 관심이 많다. 현재는 전장으로의 연료공급에 1갤런(3.78ℓ)당 최대 400달러의 비용이 들어가기 때문이다.
영국 서리대학 물리학자이자 아스트리움의 프로젝트에 참여 중인 스티븐 스위니 박사는 우주 발전이 지구를 가열시키지도, 사람이나 동물에게 위해를 가하지도, 그리고 기후변화를 유발하지도 않는 친환경 발전기술이라 강조한다.
다만 그의 말이 맞다고 해도 우주발전이 현실화되는 데는 앞서 기술한 현실적 난제 외에 커다란 정치적 장벽을 넘어야 한다.
무기로의 전용이 가능한 고출력 레이저나 극초단파 발사 위성을 우주에 배치하는 부분에 대한 세계 각국의 합의가 그것이다.
▩ STATISTICS
2,200억㎾: 2030년경 전 세계 연간 에너지 소비량
1~2GW: 우주발전위성 1대의 전력생산량
18m: 우주발전위성 송전 레이저 빔의 폭
▩ 우주 전기 공급계약
태양에너지 기업 솔라렌은 캘리포니아주 소재 전력회사 퍼시픽 가스 앤 일렉트릭과 우주 전기 공급 계약을 체결했다.
계약에 따라 솔라렌은 우주발전소 운용 후 15년간 매년 1,700GWh의 전력을 퍼시픽측에 공급해야 한다. 이는 25만 가구가 사용할 수 있는 전력량이다.
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