위성에서 지구로 전기 보낸다…'우주 태양광' 가능할까? [더스페셜리스트]

전력 사용량이 폭증하는 여름철, 그나마 태양광 발전을 이용한다면 뜨거운 햇볕 아래 발전량도 크게 늘어나는데요.

문제는 장마철이 되거나 태풍이 온다면 무용지물이 된다는 것입니다.

밤에도 발전이 불가능한데, 1년에 4개월 동안 태양을 볼 수 없는 노르웨이 스발바르 지역 같은 경우라면 효율은 더 떨어지겠죠.

그래서 과학자들이 연구하고 있는 것이 우주 태양광 발전입니다.

인공위성에서 전기를 태양광으로 생산해서 그 전기를 다시 지구로 보내주겠다는 것인데, 이 공상과학 소설 같은 이야기가 점차 현실이 되고 있습니다.

우주에서는 단위 면적당 받는 태양 에너지가 지구 지표면의 8배 이상 됩니다.

쉽게 말해서 태양광 발전 효율이 8배를 넘는 데다가 낮과 밤, 날씨의 영향도 없다는 것이죠.

그러면 태양광으로 만들어낸 전기를 어떻게 지구로 가져올까요?

답은 마이크로파라고 하는 전자기파에 있습니다.

태양에서 나오는 적외선, 가시광선, 자외선 모두 전자기파인데, 자외선이 피부를 태우는 것처럼 모든 전자기파는 에너지를 가지고 있습니다.

전자기파를 전기로 바꾸는 것이 태양광 발전이니까 역시 전자기파인 마이크로파도 쉽게 전기로 바꿀 수가 있고 이를 다시 마이크로파로 바꿔서 전송까지 할 수 있다는 것이죠.

이것이 실제로 실현 가능한 기술인지 전기연구원과 함께 실험을 해봤습니다.

왼쪽이 마이크로파 발생 장치고, 오른쪽이 수신 안테나입니다.

여기 보시는 금색 금속판 하나하나가 안테나입니다.

그리고 중간중간에 불이 들어올 수 있게 LED 전구를 달아놨는데요.

뒤에 보시는 것처럼 전혀 배터리가 없습니다.

그래도 전기가 들어오게 되면 LED 전구에 불이 켜지게 됩니다.

마이크로파 발생 장치를 켜자, 58m 떨어진 곳에 있는 LED 전구들에 불이 들어옵니다.

마이크로파를 전송받아 순식간에 전기로 바꾼 결과입니다.

위성에서 태양광으로 전기를 생산해 마이크로파를 발생시키고 이것을 지구에서 받으면 다시 전기로 이용하는 것이 가능하다는 이야기입니다.

실제로 위성은 지구 표면에서 3만 5천km나 떨어져 있는데, 마이크로파는 이렇게 먼 거리를 이동해도 손실률이 적다는 장점이 있어서 위성에서 지구 어느 곳으로든 전기를 보낼 수 있습니다.

[이상화/전기연구원 책임연구원 : 즉시 지구상에 원하는 곳에 바로 에너지를 전송할 수 있다는 것이거든요. 지상의 저개발 국가나 재난이 있는 곳에 (전기를) 보낼 수 있고.]

이달 초 캘리포니아공과대학 연구팀은 우주 태양광 실험용 인공위성에서 송출한 마이크로파를 지구에서 수신하는 데 성공했습니다.

우리나라도 2030년까지 우주 태양광 실험용 위성을 우주 궤도에 올리는 목표를 세웠습니다.

하지만 기반 기술을 가지고 있어도 상용화가 되려면 몇 가지 조건을 충족해야 합니다.

먼저 엄청나게 거대한 마이크로파 송출 위성을 만들어야 한다는 것입니다.

태양광 패널을 합친 전체 크기가 최소 1천m를 넘어야 상업적 이용이 가능할 것이라고 보는데, 가장 거대한 우주정거장 ISS도 100m 수준이라, 이것의 10배가 넘는 위성을 우주에서 조립해야 한다는 것입니다.

또 마이크로파를 전기로 변환하는 효율 개선과 비싼 위성 발사 비용을 줄이는 방법도 더 연구해야 하는 부분입니다.

아직은 갈 길이 멀지만 우주 태양광 기술이 완성된다면 안정적으로 재생 에너지를 공급할 수 있게 되고, 더 나아가서는 달 탐사나 화성 탐사에 쓸 차세대 에너지로도 사용될 전망입니다.

(기획 : 이호건, 구성 : 박정현, 영상취재 : 김원배·이용한, 영상편집 : 이승진, CG : 임찬혁, 영상출처 : ESA 유럽우주국)