'우주 태양광 발전' 혁명, 현실화에 박차… 2050년 유럽 재생에너지 80% 대체 목표

킹스 칼리지 런던 연구, 우주 태양광 발전이 유럽의 지상 재생 에너지 수요 80% 절감
일본과 미국, 마이크로파 이용 궤도-지구 에너지 전송 초기 프로토타입 시험 중

수십 년간 과학자들의 꿈처럼 여겨졌던 우주 태양광 발전이 기술 혁신 덕분에 현실화에 박차를 가하고 있다. 사진=로이터

수십 년간 과학자들의 꿈처럼 여겨졌던 우주 태양광 발전(Space-Based Solar Power, SBSP)이 기술 혁신 덕분에 현실화에 박차를 가하고 있다.

높은 설치 비용과 궤도 위험에도 불구하고, 우주 태양광 발전은 21세기 중반까지 주요 청정 에너지원이 되어 글로벌 녹색 전환을 가속화할 잠재력을 가지고 있다고 11일(현지시각) 에너지 전문 매체 오일 프라이스가 보도했다.

최근 킹스 칼리지 런던(King's College London)이 주도한 연구에 따르면, 우주에 태양광 패널을 설치하면 2050년까지 유럽의 지상 재생 에너지 수요를 80% 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 이 연구는 유럽의 미래 전력망에 대한 상세한 컴퓨터 모델을 사용하여 우주 기반 패널 네트워크가 이 지역에 청정 에너지를 공급할 수 있는 잠재력을 평가했다.

연구 결과, NASA가 설계한 패널은 유럽 전력 네트워크 비용을 최대 15%까지 절감할 수 있으며, 태양광 발전 공급을 보다 안정적으로 만들기 위해 배터리 저장 장치에 대한 의존도를 줄일 수 있는 것으로 밝혀졌다.

이 SBSP 시스템은 거울과 같은 반사경을 사용하여 궤도에서 햇빛을 수집하고, 이를 지구상의 특별히 설계된 스테이션으로 전송한 후 전기로 변환하여 그리드에 전달하는 방식이다.

모델링은 33개국에 걸쳐 있는 유럽 송전 네트워크에 전력을 공급하는 것을 평가했으며, SBSP가 이 지역의 육상 기반 재생 에너지의 80%를 대체하여 보다 안정적인 청정 전력원을 제공하는 데 사용될 수 있음을 보여주었다.

하지만 기술 출시에는 여러 장벽이 존재한다. 가장 큰 문제는 이러한 복잡하고 대규모 우주 태양광 프로젝트를 시작하는 것과 관련된 초기 설정 비용이다. 연구에서 평가된 SBSP 프로젝트는 현재 관련된 건축, 발사 및 유지 관리 비용으로 인해 세기 중반까지는 비용 효율적이지 않을 것으로 예상된다.

킹스 칼리지 런던의 웨이 허(Wei He) 교수는 또한 "우주에 있는 위성에 태양광 패널이 너무 많을 수 있는 등 고려해야 할 몇 가지 위험이 있다. 충돌을 일으키거나 우주의 잔해에 의해 손상될 수 있는가?"라며 궤도 혼잡 및 우주 잔해로 인한 손상 위험을 지적했다.

그럼에도 불구하고 SBSP 기술은 이러한 위험을 완화할 수 있다면 청정 에너지와 탈탄소화의 미래에 대한 상당한 가능성을 보여준다.

전 세계적으로 SBSP 프로젝트 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 일본과 미국이 선두에 서 있다.

일본은 SBSP 기술을 녹색 전환을 달성하는 열쇠로 보고 있다. 일본 정부는 2km² 크기의 거대 태양광 패널을 우주로 발사하여 태양 에너지를 활용한 청정 전기를 생산하는 것을 지원할 예정이다.

이 위성은 날씨에 관계없이 하루 24시간 전력을 생산할 수 있을 것으로 예상되며, 지상 태양광 패널보다 약 5배에서 10배 더 많은 전력을 생산할 것이다. 위성 하나당 원자력 발전소 출력에 해당하는 100만kW의 전기를 생산할 것으로 예상된다. 시스템에서 사용하는 마이크로파는 구름과 비를 관통하여 최적의 전력 공급을 제공할 수도 있다.

올해 일본은 180kg의 위성을 지구 저궤도에 발사하여 지상 안테나에 1kW의 전력을 보내는 등 우주 태양광 발전을 위한 첫 걸음을 내딛을 계획이다. 이 프로젝트는 일본어로 태양을 뜻하는 OHISAMA(오히사마)라고 불린다. 성공할 경우 일본은 더 큰 태양 위성을 발사하여 더 많은 청정 전력을 지구에 전송할 계획이다.

한편, 2023년 미국에서는 캘리포니아공과대학(Caltech) 우주태양광 발전 프로젝트(SSPP)의 첫 번째 우주 시제품인 우주 태양광 발전 시연기(SSPD-1)를 성공적으로 시연했다.

SSPD-1의 핵심인 MAPLE(Microwave Array for Power-transfer Low-orbit Experiment)은 저비용 실리콘 기술을 사용하여 제작된 맞춤형 전자 칩으로 구동되는 유연한 경량 마이크로파 전력 송신기 배열을 보유하고 있다. 이는 우주 태양광 발전을 지구에 전달하는 데 사용될 기술이다.

우주 태양광 발전을 성공적으로 달성하기 위해 전 세계 정부와 과학자들은 기술 출시의 잠재적 위험을 이해하고 우주 태양광 발전 위성 사용에 대한 국제 규정을 수립하기 위해 협력해야 한다.

이는 향후 수십 년 동안 혁신적인 우주 태양광 기술을 테스트하기 위한 토대를 마련할 것이며, 글로벌 녹색 전환을 지원하고 화석 연료에 대한 의존도를 크게 줄이는 데 사용될 수 있을 것으로 기대된다. 우주 태양광 발전은 인류의 에너지 문제를 해결할 미래의 열쇠가 될 수 있는 잠재력을 지니고 있다.

신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com