살살알려드림) 우주에 거대한 태양광 발전소를 설치한다면?(2021. 11. 3)

 

 

• 현재 에너지원의 문제점: 화석 연료의 환경 문제와 원자력 발전의 방사성 폐기물 처리 어려움을 강조합니다 [01:54].
• 태양 에너지의 가능성: 친환경적이고 설치가 용이한 태양광 패널을 소개합니다 [02:11]. 하지만 낮은 효율성과 날씨에 따른 발전량 변동 등의 한계도 지적합니다 [02:21].
• 우주 기반 태양광 발전: 우주에서 태양 에너지를 모아 지구로 전송하는 방식을 제시합니다 [03:08]. 이 방식은 날씨나 밤의 영향을 받지 않아 안정적인 에너지 공급이 가능합니다 [03:53].
• 기술 발전: 캘리포니아 공과대학에서 우주 태양광 발전을 현실화하기 위한 프로젝트를 진행 중이며, 우주에서 지구로 에너지를 전송하는 장치를 개발했습니다 [04:30].
• 잠재적 영향: 이 기술이 성공적으로 구현되면 무한한 에너지원을 제공하여 다양한 산업 분야에 혁명을 일으킬 수 있습니다 [04:51].
• 실제 진행 상황: 미국 해군 연구소에서 이미 위성에서 태양광 발전 전송 장치를 성공적으로 테스트했습니다 [05:12].

 

 

과학자들한테

“앞으로 인류에게 남은 가장 큰 숙제가 무엇이냐?”라고 묻는다면

아마 대부분은 에너지 문제를 해결하는 것이라고 답변할 것입니다.

 

그런데 이 에너지 문제는 들여다보면

굉장히 많은 것을 내포하고 있는데요.

그냥 막연하게 ‘환경이 오염된다’

이 정도로 퉁 쳐서 이야기할 수 있는 그런 간단한 문제가 아니라는 거죠.

그냥 적당히 전기 아껴 쓰고, 뭐 대중교통 이용하고, 에어컨 줄이고

그런다고 되는 문제가 아니라는 겁니다.

 

이번 영상에서는 도대체 왜 대체 에너지원이 필요한지

그리고 유력한 대체 에너지 후보 중의 하나인

태양광 에너지의 아주 신박한 활용 방법에 대해서도 소개해 드려볼까 합니다.

 

 

인류가 사용하는 에너지원에는 여러 가지 종류가 있습니다.

그중에서 가장 많은 비중을 차지하는 것이 바로 [화석 연료]인데요.

화석 연료는 석탄, 석유 그리고 천연가스까지 모두 포함하는 말입니다.

 

1800년대부터 화석연료가 주 에너지원이 되면서

인류의 생산 능력이 160배 정도 증가했어요.

그 결과 현재 인류는 선사 이래 유례없는 풍요로운 문명을 누리고 있죠.

 

반면에 무분별한 화석 연료의 사용으로 인해서

여러 가지 부작용들을 겪고 있기도 합니다.

이 부작용들에 대해서는 굳이 말씀 안 드려도 아실 겁니다.

 

 

그렇다면 이 화석 연료 말고 다른 건 없을까요?

이 다음으로 많은 비중을 차지하고 있는 게

아마 많이들 알고 계실 겁니다.

바로 [원자력 발전]이에요.

원자력은 우라늄의 핵분열 반응으로 생긴 에너지를 활용해서

발전을 하는 방식입니다.

 

어렵게 생각할 필요 없습니다.

화력 발전은 석탄 같은 걸 태워서 물을 끓입니다.

그리고 그 증기로 발전 터빈을 돌리는 방식이죠.

 

그런데 원자력 발전은

석탄 대신에 핵폭탄으로 물을 끓인다고 생각하시면 됩니다.

당연히 화력 발전과는 비교도 안 되게

효율도 좋고, 탄소 배출도 되지 않죠.

 

그 대신에 발전 후에 남은 방사성 물질들을 처분하기가

너무 곤란하다는 문제가 있습니다.

지금은 그 핵 폐기물들을

대부분 땅에 묻어버리는 식으로 처리하고 있습니다.

그런데 영원히 이렇게 할 수는 없는 노릇이겠죠.

 

이렇게 결국 화석 연료와 원자력

둘 다 심각한 환경 부작용을 초래할 수 있는데요.

이것이 바로 우리에게 대체 에너지원이 절실하게 필요한 이유입니다.

그리고 오늘 영상의 주제인

[태양광 에너지]에 대해서 이야기하려는 이유이기도 합니다.

 

 

태양광 에너지, 굉장히 유망한 산업이죠.

장점은 뭐 말할 것도 없습니다.

환경 친화적이죠, 그리고 설비도 간단해요.

태양광 패널을 설치하기만 하면 어디서나 에너지 공급이 가능하죠.

그리고 이 패널도 반영구적입니다.

 

그런데 이렇게 좋은 태양광 에너지를

아직까지도 많이 활용하지 못하는 이유는

첫 번째로 효율이 너무 낮아서

화력과 원자력에 비해서 발전량이 턱없이 부족한 데에다가

두 번째로는 자연조건에 따라서

발전량이 불규칙적으로 변하는 특징을 갖고 있기 때문이죠.

 

이렇게 변동성이 큰 에너지원을 주요 전력원으로 쓰게 되면

전력 수급의 균형을 맞추기가 상당히 까다롭습니다.

 

가정집 단위에서는 이게 크게 문제가 되지 않더라도

한 지역이나 한 국가 스케일의 전력설비 측면에서는

이러한 전력 수급의 변동성 문제는 너무나도 치명적입니다.

 

그렇다면 태양광 발전이

자연조건에 영향을 받지 않도록 만들 수 있는 방법이 없을까요?

 

미국의 공상과학 소설가 아이작 아시모프가

1941년에 발표한 단편 소설 <Reason>에서는

우주 공간에서 얻은 태양광 에너지를

지구로 전송하는 [우주 태양광]이라는 개념이 처음으로 제시됩니다.

 

이때까지만 해도 상상 속의 기술이었는데요.

미국 캘리포니아 공대에서는 2013년에 이를 현실화하기 위해서

우주 기반 태양광 발전 프로젝트 SSPP에 착수하게 됩니다.

 

이게 그냥 허무맹랑한 소설 속 이야기로 치부하기에는

사실 지금까지 인류가 영화나 소설 같은 창작물에서 모티브를 받아서

실제로 구현한 과학기술이나 제품들도 상당히 많거든요.

 

이를테면 로봇이라든지, 증강현실, 홀로그램

뭐 이런 기술들도

영화나 소설에서 처음 등장했지만

지금은 우리 삶에 매우 가까이 와 있잖아요.

 

이 우주 태양광 발전 기술도

과학자들이 보기에 이제는 좀 해볼 만하다라고 판단을 했나 봅니다.

 

실제로 국제 우주 정거장이나 위성들

혹은 달이나 화성 탐사 로봇들은

이미 태양광 패널을 통해서 작동에 필요한 전기를 얻고 있습니다.

 

햇빛을 막는 그 어떤 대기나 구름도 없고 밤낮 구분도 없죠.

무제한으로 태양광을 받을 수 있기 때문에

그 에너지의 효율은

지구에서 얻는 태양광 에너지와는 비교도 안 될 정도로 좋습니다.

 

이쯤 되면 이 ‘우주 태양광’ 기술의 핵심은

태양광 발전을 얼마나 잘하느냐의 문제가 아니라는 걸

눈치채신 분들도 있을 겁니다.

그게 무슨 소리일까요?

 

 

기존의 태양광 에너지 연구는

태양광을 얼마나 효율적으로 에너지로 변환할 수 있는

패널을 제작하느냐에 초점이 맞춰져 있습니다.

 

그러나 우주 태양광 기술의 핵심은

패널에 있는 것이 아니고, [에너지 전송 수단]에 있습니다.

아무리 양질의 에너지를 얻는다고 해도

그걸 어떻게 지구로 보내준다는 걸까요?

 

캘리포니아 공대에서는 2013년 당시에

무려 1억 달러 이상의 투자를 유치해서

지금까지 8년 동안 연구를 진행했고

최근에 드디어 우주에서 얻은 태양광 에너지를

마이크로파로 변환해서

지구로 전송할 수 있는 장치의 시제품을 공개하게 됩니다.

 

그리고 2년 뒤인 2023년에 우주 공간에 실제로 이 제품을 발사해서

[무선전력전송] 테스트를 할 예정이라고 계획도 발표했습니다.

제 생각에는 이게 성공한다면

사실 태양광 발전뿐만 아니라

산업 전반의 분야에서

새로운 혁신이 일어날 수도 있을 거라는 생각이 듭니다.

 

지금은 무선전력전송이 뭐 스마트폰 충전 정도에 그치고 있잖아요.

그런데 이러한 에너지 전송이 거리의 제약을 사실상 받지 않게 된다면

전자제품이나 생활 전반의 모습이 바뀔 수도 있을 것 같습니다.

 

그리고 이게 정말 가능성 있는 기술인 것이

이미 작년에 미 해군 연구소에서

태양광 무선 전력 전송 장치가 달린, 소형 위성을 발사했고

실제로 태양광 에너지를 얻어서 전송에 성공을 했다는 결과가 있습니다.

사실 10와트라는 굉장히 적은 양의 전력에다가

전송 효율도 굉장히 낮긴 했지만요.

 

대규모의 에너지 전송을 목표로 하고 있는 칼텍의 프로젝트에 비해서는

기술적 난이도가 차원이 다르긴 합니다만

어쨌든 가능성을 보여줬다는 점에서

미 해군연구소의 연구는 충분히 의미 있는 선례를 보여줬다고 생각합니다.

 

 

지금까지 우주 태양광 기술에 대해서 말씀드렸습니다.

공상과학 소설에 나온 기술이

실제로 구현을 앞두고 있다는 게 놀랍기도 한데요.

인간의 상상을 현실로 만들어주는 것이

바로 과학기술의 놀라운 가능성이겠죠.

지금까지 살살 알려드리는 정서방이었습니다.

감사합니다.