[북툰] 달에 매장된 막대한 희귀 자원, 얼마나 활용 가치가 있을까?

 

 

 

달의 표면적은 약 3,800만 ㎢입니다.

이는 지구 표면적의 8% 정도밖에 안 되지만

그래도 아시아 대륙 정도의 크기는 됩니다.

그렇다면 달은 지구의 8번째 대륙이라 할 수도 있겠습니다.

 

그동안 8번째 대륙을 차지하려는 경쟁이 없었던 이유는

비용 대비 얻는 게 거의 없었기 때문입니다.

달은 황금으로 가득한 신세계가 아니었습니다.

사람이 거주할 수 있는 환경도 아닙니다.

척박한 대륙을 차지하기 위해 천문학적인 돈을 써가며 점유 활동을 펼치는 국가는 없었습니다.

달에 갈 수는 있지만 달은 누구의 소유도 아닙니다.

 

 

하지만 지금은 사정이 조금 바뀌었습니다.

달에서 물이 발견되면서 인류의 거주 가능성이 높아졌고

무엇보다 달 자원이 재평가되고 있습니다.

 

헬륨-3는 미래의 에너지원으로 떠오르고 있으며

희토류는 현대 기술 문명의 주요 재료가 되었습니다.

비록 황금은 없지만 대신 철이나 일반 광물의 활용가치가 높아졌습니다.

 

이처럼 달에서 얻는게 점점 많아진다면

언젠가 달에 대한 소유권 경쟁도 일어나지 않을까요?

 

실제로 중국은 달 탐사에 큰 투자를 하고 있습니다.

이에 맞서 미국도 여러 국가와 연합해 아르테미스 계획을 추진 중입니다.

아르테미스 계획은 인류의 달 거주, 태양계 탐사의 전초기지 등을 목표로 하고 있습니다.

 

물론 이런 활동들이 펼쳐진다 해도

특정 국가가 달을 자기네 땅이라고 주장할 가능성은 낮습니다.

 

미국과 중국을 포함한 백여 개의 나라가 서명한 우주 조약에 따르면

어느 국가도 달을 포함한 우주의 천체들에 대해 소유권을 주장할 수는 없습니다.

 

그러나 영토를 가질 수는 없어도

광물 같은 자원에 대한 소유권을 주장할 가능성은 있습니다.

사실 달의 자원이 모두 내 것이 된다면 굳이 영토권에 집착할 이유는 없습니다.

 

네, 아르테미스 이 발사를 앞두고 있으면서

인류의 달 탐사도 다시 시동을 걸고 있습니다.

 

아르테미스 계획에는 달 자원 채굴에 대한 구체적인 내용은 없지만

미래에는 달 자원이 달 탐사의 핵심이 될지도 모릅니다.

 

오늘 영상에서는 조금 미래의 얘기지만

달 자원의 활용가치와 채굴, 운송 방법 등에 대해 알아보겠습니다.

 

 

---헬륨-3

 

2009년에 개봉한 영화 <더 문>은

달 기지에서 펼쳐지는 이야기를 다루는 SF 영화입니다.

달 기지 사랑은 거대 에너지 기업이 소유한 자원 채굴 기지입니다.

이 기지에서 채굴하는 달 자원이 바로 헬륨-3입니다.

헬륨-3를 지구로 보내서 핵융합 에너지의 연료로 쓴다는 설정입니다.

 

네, 영화에서처럼 현실에서도 헬륨-3는 미래의 핵융합 연료로 주목받는 원소입니다.

핵융합이란 별의 내부에서 일어나는 원소융합 반응을 말합니다.

고온 고압의 별의 내부에서는 가벼운 원자 두 개가 무거운 원자 하나로 융합되면서

질량이 방출됩니다.

 

질량은 아인슈타인의 방정식에서 보듯이

에너지로 그것도 아주 많은 에너지로 전환됩니다.

이 융합 반응을 인공적으로 재현해서 에너지를 얻는 것이 바로 핵융합 발전입니다.

 

별의 핵융합이

주로 수소를 헬륨으로, 헬륨을 탄소로 만드는 과정인 반면 핵융합 발전은 수소 동위원소

즉 중수소와 3중수소를 융합시키는 과정에 집중합니다.

 

왜냐하면 양성자만 있는 수소는 서로를 밀어내는 힘이 너무 커서 인공적으로 융합하기 매우 어렵지만

중성자를 가진 중수소와 3중수소는 상대적으로 융합이 수월하기 때문입니다.

 

그러나 수소 동위원소 융합은 3중수소를 구하기가 어렵다는 점

그리고 고속 중성자를 생성한다는 점이 단점입니다.

고속 중성자는 가두기가 어렵고 미미하긴 해도 방사능을 배출합니다.

 

만약 3중 수소를 헬륨 3로 대체할 수 있다면 더 이상적인 핵융합 발전을 이룰 수 있습니다.

중수소와 헬륨-3를 융합시키면 헬륨과 양성자가 나옵니다.

헬륨-3 두 개를 융합시킬 때에도 헬륨과 양성자 2개가 나옵니다.

 

어느 쪽이든 중성자가 나오지 않아서 가두기 쉽고 안전합니다.

따라서 헬륨-3 기반의 핵융합은 우리가 아는 한 가장 깨끗하고 강력한 에너지원입니다.

 

헬륨-3 100kg만 있으면 도시 하나를 1년 동안 가동시킬 전력이 생산됩니다.

석유 100kg과 비교하자면 엄청난 효율입니다.

 

이처럼 이상적이고 강력한 원소인데 지구에는 헬륨-3가 거의 없습니다.

우리에게 이상적이고 강력한 에너지원이 머나먼 달에 풍부하게 존재합니다.

 

태양풍을 타고 날아온 헬륨-3는 대기가 없는 달 표면에 수십억 년 동안 쌓였습니다.

주로 달 적도 부근에 쌓인 헬륨-3는 그 양이 약 110만 톤에 달할 것으로 추정됩니다.

헬륨-3를 얻기 위해 달까지 가려면 비용이 들겠지만 그 비용을 고려한다 해도

헬륨-3의 와트당 가격은 석탄과 비슷할 것이라는 추정치도 있습니다.

게다가 헬륨-3는 탄소나 방사능을 배출하지 않습니다.

비용과 기술적 어려움을 극복할 수 있다면 헬륨-3는 확실히 매력적인 에너지원입니다.

 

문제는 헬륨-3 핵융합 발전이 아직 성공하지 못했다는 것입니다.

헬륨-3 핵융합을 이루려면 먼저 수소 동위원소 핵융합부터 성공시킨 뒤에

핵융합 기술에 완전히 숙달해야 합니다.

 

수소 동위원소 핵융합 발전이 성공하는 시점은 2~30년 후로 내다봅니다.

완전히 상용화되는 시점은 50년 후로 내다봅니다.

그러니까 지금의 헬륨-3는 증기기관이 발명되기 전에 석탄과 같습니다.

 

헬륨-3 핵융합이 성공한다면

달에서 얻는 이득은 석유 산유국들이얻는 이득을 다 합친 것보다 크겠지만

성공하지 못한다면 달의 다른 자원에 눈을 돌릴 수밖에 없습니다.

 

 

---희토류

 

헬륨-3 다음으로 주목받는 달 자원은 희토류입니다.

희토류 광물은 보통 세륨, 가돌리늄, 이트륨 같은 희토류 원소들로 구성되어 있습니다.

이들 원소들은 현대의 신소재들을 만드는데 핵심적인 부분을 차지합니다.

 

디스프로슘과 터븀은 터치스크린에 사용돼 색깔을 만들어내고

가돌리늄은 MRI의 이미지를 더 선명하게 해줍니다.

태양광 패널 풍력 발전기 터빈 전기자동차 배터리에도 희토류가 사용됩니다.

 

이름과 달리 희토류 원소는 지구에서 그렇게 희귀하지 않습니다.

단지 금이나 구리 같은 원소에 비해 광석에서 추출하기가 어려울 뿐입니다.

또한 추출 작업은 환경오염을 유발합니다.

 

반면 달에는 희토류가 풍부합니다.

추출도 더 쉽고 안전합니다.

희토류 채굴에는 기술적 문제보다 경제적 문제가 더 걸림돌이 될 수 있습니다.

 

예를 들어 달에서 희토류 채굴이 가시화되는 시점에

중국이 희토류를 쌓아두고 가격 폭등을 꾀할 우려가 있습니다.

중국은 전 세계 희토류 생산의 대부분을 차지하는 나라입니다.

2010년도에는 희토류 수출을 제한하면서 자원 무기화를 시도한 적도 있습니다.

 

달 채굴 산업이 안정적으로 자리 잡는다면 희토류 가격도 안정화 되겠지만

그렇지 않다면 가격 불안정 문제가 오래 지속될 수도 있습니다.

 

 

---건설용 자원

 

헬륨-3나 희토류가 달 탐사를 이끄는 중요 자원처럼 여겨지지만

실제로는 철이나 알루미늄 같은 흔한 광물들이 달 탐사의 미래가 될 수 있습니다.

 

신세계에서 집을 지을 때 구세계의 나무를 가져다 쓰지는 않습니다.

달에 기반 시설을 건설하려면 현지에서 자본을 조달해야 수지타산이 맞습니다.

달에는 티타늄, 우라늄, 알루미늄, 규소와 같은 건설용 자원이 풍부합니다.

 

티타늄은 일메나이트라는 광물의 형태로 존재하는데

이 광물을 채굴하면 부산물로 철과 산소를 얻게 됩니다.

우라늄은 원자력의 연료가 되고, 알루미늄은 주거시설의 재료가 됩니다.

규소는 다른 원소들과 결합하면 태양전지판의 소재로 쓰일 수 있습니다.

그리고 달의 유인기지를 세울 때 반드시 필요한 자원이 바로 물입니다.

물이 있으면 마실 물과 호흡할 수 있는 산소가 확보됩니다.

덤으로 연료로 쓸 수 있는 수소까지 확보됩니다.

 

달에 연료 충전소가 있는 것과 없는 것은 큰 차이입니다.

연료 충전소가 있으면 지구에서 연료를 3분의 2 정도만 싣고 출발해도 됩니다.

아폴로 프로젝트 이후로 달 기지 구축에 관심을 보인 나라가 거의 없었던 이유 중 하나가 바로 물 부족 문제였습니다.

 

그러나 달에서 물이 발견된 뒤로는 상황이 바뀌었습니다.

물은 달의 극지방 지하에 얼음 형태로 존재합니다.

 

 

---채굴과 운송

 

헬륨-3와 희토류, 일반 광물과 물

이와 같은 달 자원이 정말 가치가 있으려면

채굴 작업과 운송 작업이 효율적이어야 합니다.

 

사실 달에 설비만 갖춰진다면 채굴 작업 자체는 지구에서 보다 쉽습니다.

중력이 지구의 6분의 1밖에 안 되는 달에서는 물체가 쉽게 떠오르기 때문입니다.

그래서 최소한의 설비와 에너지로도 대량의 광물을 채굴할 수 있습니다.

 

다만 굴착을 할 때 마찰로 인해 너무 많은 열이 발생할 수 있는데

그 열을 식힐 공기가 없다는 점은 불리합니다.

또한 채굴 때 폭발된 파편들이 지구에서보다 더 빠르게 더 멀리 날아간다는 점도 불리합니다.

 

이 때문에 채굴 작업은 자동화 기계들이 대신할 가능성이 큽니다.

지구에서 원격으로 달 채굴 작업을 통제하는 것입니다.

이미 여러 나라들이 원격 탐지 위성으로 광물의 위치와 그 양을 알아내는 활동을 하고 있습니다.

 

우리나라도 다누리 위성을 통해 헬륨-3와 물의 위치를 찾는 작업을 수행합니다.

위치가 정해지면 소형 공장이 설치되고 시험 채굴이 진행됩니다.

달에서 최초의 채굴은 지표면을 파내서 수백 도로 가열한 다음

수소나 헬륨 같은 원소를 수집하는 간단한 형태로 이루어질 겁니다.

 

달의 중력이 약하다는 점은 채굴 작업보다 운송 작업에 더 유리합니다.

달의 탈출 속도는 초속 2.4km로 지구의 탈출 속도에 비해 1/5밖에 안 됩니다.

다시 말해 달에서는 물체를 초속 2.4km 이상으로만 추진시키면 달의 중력을 벗어날 수 있다는 얘기입니다.

 

이 정도 속도라면 굳이 로켓 추진을 하지 않아도 됩니다.

달에는 공기 저항이 없기 때문에 매스 드라이버 같은 자기부상 발사 장치로도

원자재 박스를 우주로 쏘아보낼 수 있습니다.

 

영화 <더 문>에서도 매스 드라이버와 같은 장치로 헬륨-3를 지구로 쏘아보냅니다.

매스 드라이버는 달에 설치된 거대한 새총과 같습니다.

새총으로 쏘아보낸 박스는 며칠 만에 지구의 바다에 떨어지거나

충분히 감속한 다음 지구 저궤도에서 포획됩니다.

 

만약 지구 저궤도에

우주 정거장이나 호텔 망원경 등을 만드는 우주 공장이 들어서게 된다면

지구보다 달에서 원재료를 조달하는 것이 더 값쌀 수 있습니다.

 

같은 중량의 화물을 지구에서 지구 저궤도로 진입시키는 에너지보다

달에서 지구로 던지는 에너지가 더 적게 들기 때문입니다.

달에서는 무거운 원재료를 가져오고

지구에서는 가벼운 최첨단 부품을 공수하면 됩니다.

 

미래에는 지구 저궤도에서 초대형 우주선을 만들 날이 올지도 모르겠습니다.

 

 

---달을 향한 경쟁

 

달 기지가 정말 건설된다면 처음에는 남극처럼 과학 실험기지로 운용될 가능성이 높습니다.

과학자, 엔지니어, 채굴업자들이 몇 달에서 몇 년 동안 교대로 머물면서 연구 활동을 펼치는 것입니다.

 

그러다가 달 자원이 정말 막대한 수익을 낼 수 있다는 게 증명된다면

그때는 어떤 상황이 펼쳐질지 아무도 모릅니다.

 

안 좋은 시나리오를 그려보자면

몇몇 국가와 대기업들이 가장 좋은 땅을 차지하기 위해 서로 치고받습니다.

국제사법재판소에는 우주조약과 관련된 소송이 줄을 잇습니다.

달에서 마침내 수조 달러의 수익이 실현될 때 우주조약은 휴지 조각이 됩니다.

 

식민화의 역사는 결국 자원 쟁취의 역사입니다.

과거의 패권국가들은 식민지 자원을 다른 나라와 나눠 먹기보다 대부분 조약 파기나 전쟁을 선택했습니다.

 

물론 이런 시나리오를 지금부터 상상하는 건 시기상조입니다.

달 자원이 정말 활용 가치가 있을지

채굴 비용과 수송 비용은 정말 감당할 수준이 될지

아직 모든 게 불확실하기 때문입니다.

 

그럼에도 불구하고 달 유인기지는 결국 들어서게 될 겁니다.

달에서 끝내 고수익이 나오지 않는다 해도

달 탐사에 참여한 국가들은 부가적인 이득을 얻을 겁니다.

아폴로 계획이 절정이었을 때도 미국은 40만 명 이상을 고용하고

파생 기술과 관련 산업 창출 효과를 맛봤습니다.

 

앞으로도 달은 누구의 소유도 아니겠지만

달을 향한 경쟁은 멈추지 않을 것입니다.

 

지금까지 북툰이었습니다.

시청해주셔서 감사합니다.