▲박성우 한국에너지공단 기획조정실장
인공지능(AI), 전기차 등이 늘어나면 앞으로는 기존 에너지 생산 시스템으로 전력을 공급하는 데 한계에 달할 것이다. 이런 상황을 미국은 누구보다도 먼저 알아차렸다. 전 구글 CEO인 에릭 슈미트가 2021년 설립한 미국의 초당파 싱크탱크인 SCSP(Special Competitive Studies Project)는 2024년 발표한 '미국 차세대 에너지 리더십을 위한 국가 행동계획'에서 2030년까지의 기간이 미국의 미래가 걸린 시기라면서 이 기간에 미국과 중국의 에너지 신기술 패권전쟁에서 핵융합 발전과 우주 태양광이 중요한 역할을 할 것이라고 주장했다.
핵융합 발전은 태양과 같은 별들이 에너지를 생산하는 원리인 핵융합 반응을 지구상에서 인공적으로 일으켜 에너지를 얻는 방식이다. 핵융합은 핵분열보다 더 많은 에너지를 만들어 내면서도 방사능은 훨씬 적게 배출하기 때문에 에너지 생산에 있어서 성배나 다름없다. 양성자 1개와 중성자 1개를 가진 중수소와 양성자 1개와 중성자 2개를 가진 삼중수소의 원자핵이 충돌하면 헬륨 원자액과 고에너지의 중성자가 생성된다. 이 때 생성된 헬륨 원자액과 중성자의 총 질량은 반응 전의 중수소와 삼중수소 원자핵의 총 질량보다 아주 약간 더 작다. 줄어든 미세한 질량이 아인슈타인의 유명한 질량-에너지 등가법칙(E=mc2)에 따라 엄청난 에너지로 변환된다. 빛의 속도(c)가 매우 크기 때문에 아주 작은 질량 변화도 막대한 에너지로 바뀐다.
중수소는 바닷물에서 얻을 수 있어 사실상 무한한 연료로 간주된다. 반면에 삼중수소는 자연상태에 존재하지 않기 때문에 리튬과 중성자를 반응시켜 만든다. 이 때문에 추출 비용이 1g에 수천만원을 호가한다. 삼중수소를 헬륨-3로 대체한다면 핵융합 에너지를 낮은 단가에 확보할 수 있다. 삼중수소와 달리 헬륨-3는 핵융합 과정에서 방사선이 발생하지도 않는다. 지구에는 헬륨-3가 전체 헬륨 중 고작 0.0001퍼센트에 불과하지만, 달에는 무려 100만 톤이나 존재할 것이라 추정한다. 수십억 년 동안 태양풍에 실려온 헬륨-3가 달 표면에 잔뜩 쌓여 있기 때문이다. 과학자들은 1톤의 헬륨-3가 5천만 배럴의 석유에 상당하는 에너지를 생산할 것이라고 추산하다.
우주 태양광은 1968년 NASA의 피터 글레이저 박사가 처음 언급을 했다. 55년이 지난 2023년에 와서야 세계 최초로 캘리포니아공대의 과학자들이 우주에서 태양광 패널로 얻은 에너지를 빔의 형태로 지구에 전송했다. 태양에너지를 마이크로파로 전환하여 무선으로 전송한 것이다. 지상에 있는 수신 장비는 전송된 에너지를 전기로 변환했다. 중국은 우주에 대규모 태양광 발전소를 건설하는 프로젝트의 청사진을 최근 공개했다.
경제성이 떨어진다는 지적을 받아온 우주 태양광 발전은 2020년대 들어 재사용 발사체로 발사 비용이 대폭 떨어지고 있어 관심이 커지고 있다. 우주 태양광 발전은 낮과 밤, 날씨에 관계없이 24시간 내내 태양광 에너지를 전기로 만들 수 있는 장점이 있다. 우주 태양광 발전은 국가 안보 측면에서도 중요성이 크다. 우주에 있는 태양전지판이 섬이나 지나가는 배, 전쟁터 등 어디든 전력을 공급할 수 있기 때문에 국가가 위급한 상황에 처했을 때 중요한 역할을 할 수 있다.
주요 국가들은 가까운 장래에 지구 정지궤도에는 태양광 패널을, 달에는 헬륨-3 채취 작업장을 차릴 것이다. 경쟁국들이 멀리 앞서가는데 두 손 놓고 바라만 볼 수는 없다. 지구 정지궤도는 혼잡해 질 것이고, 헬륨-3는 재생가능한 자원이 아니다. 비싼 임대료를 내고 패널 설치할 자리를 얻을 수도 없고, 태양풍이 불어와 달에 헬륨-3가 다시 쌓일 때까지 10억 년을 기다릴 수도 없다. 먼저 오는 국가가 차지하는 선착순일 뿐이다. 국가 차원이 아닌 민간기업들도 우주 진출을 위해 경쟁하고 있다. 가까운 미래에 스페이스X, 버진 갤럭틱, 블루 오리진, 중국의 아이스페이스, 러시아의 아스날과 같은 우주산업 관련 민간기업이 우주판 동인도회사 역할을 할 것이다.
재생에너지냐, 원전이냐 하는 소모적 논쟁을 끝내고, 이제는 도전과 상상력을 발휘할 때이다. 기존의 사고방식이나 행동양식의 틀에서 벗어나, 에너지 분야의 파괴적 혁신을 이끌어내지 못한다면 콘트롤+알트+딜리트 키를 동시에 누르는 행위를 하는 것이 될 것이다. 우리 사회의 강제 종료 버튼을 누르지 말아야 한다. 우주로 나가는 것이 우리를 구할 수 있는 유일한 방법이다.
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