오늘은 5월 5일 어린이날입니다. 아이에게 줄 선물을 고민하다가 직접 고를 기회를 주기로 했습니다. (제가 준비한 선물은 따로 준비했습니다.) 다이소에 가서 직접 골라보라고 하자 숫자에 관심을 보이기 시작한 아이는 작은 계산기를 집어들었습니다. 아이가 신나서 바로 포장을 뜯고 누르는데 놀랍게도 바로 구동이 됐습니다. 건전지 칸을 뜯어보니 건전지는 들어있지 않았습니다. 자세히 살펴보니 태양광으로도 움직일 수 있는 계산기였습니다. 전지 없이도 작동하는 모습이 무척 신기했는지 아이가 연신 버튼을 눌러보더군요. 저 또한 생각지도 못하게 태양광 계산기를 사서 신기하게 같이 두드려보았습니다.
이 작은 계산기 속 기술을 보며 '친환경 에너지가 정말 귀하고 좋구나'라고 느꼈습니다. 최근 지속되는 고유가 상황으로 인해 단순히 주유비 부담을 넘어 일상 생활 속 봉투까지 부족한 상황에 놓였습니다. 계산기를 보며 태양광 에너지가 단순히 아이의 장난감에 들어가는 것을 제외 하고도 여러 군데에서 효율적으로 쓰일 날이 기대 됐습니다.
왜 지금 다시 '태양광'인가?
우리가 일상에서 흔히 보는 계산기나 가로등과 같은 태양광 패널은 사실 그 효율이 그리 높지 않습니다. 그 장소가 지구에 있기 때문이죠. 하지만 장소를 '우주'로 옮기면 이야기는 완전히 달라집니다.
1. 지상 태양광의 한계와 고유가 시대
현재 우리가 사용하는 화석 연료는 매장량의 한계뿐만 아니라, 특정 국가들의 리스크에 따라 가격이 요동치는 치명적인 불안정성을 안고 있습니다. 이에 대한 대안 중 하나인 지상 태양광 발전은 하루의 절반인 밤에는 가동이 아예 불가능한 문제가 존재하며, 구름이나 미세먼지 같은 기상 변수가 발생할 때마다 전력 생산 효율이 급격히 무너지는 문제를 피하기 어렵습니다.
2. 우주 태양광 발전(SSPS)의 압도적 효율
NASA와 글로벌 우주 기구들이 연구 중인 우주 태양광 발전(Space-Based Solar Power, SBSP)은 지구 정지궤도에 거대한 태양광 패널을 띄우는 방식입니다. 이는 24시간 무한 발전을 하며 지구의 그림자에 가져리는 약 1%의 시간을 제외하고 작동 됩니다. 그래서 거의 365일 24시간 내내 태양빛을 직접 받고 에너지를 받을 수 있게 됩니다.
에너지 밀도 또한 대기권에 의한 흡수가 없이 바로 받을 수 있기 때문에 지상 대비 약 5~10배 이상의 전력을 생산할 수 있습니다. 최소 5배의 에너지를 받을 수 있게 되는거죠.
NASA의 전력 전송 기술 - 선(Wire) 없는 에너지의 시대
아이의 계산기가 전선 없이 빛만으로 작동하듯, 우주에서 생산한 거대한 전기를 지구로 가져오는 데에도 '무선 기술'이 핵심입니다.
1. 마이크로파 전력 전송(Wireless Power Transmission)
우주 궤도에서 생산된 전기에너지는 거대한 송신 안테나를 통해 마이크로파 형태로 변환됩니다. 이 파동은 대기권을 뚫고 지상의 수신 안테나(Rectenna)에 도달하며, 다시 우리가 사용할 수 있는 전기로 변환됩니다. 마치 우리가 Wi-Fi를 쓰듯, 전기가 우주에서 지구로 무선 전송되는 셈입니다.
2. 초경량 박막 태양전지 기술
우주로 물자를 올리는 비용은 매우 비쌉니다. NASA는 이를 해결하기 위해 종이처럼 얇고 가벼우면서도 높은 효율을 내는 박막형 태양전지를 개발 중입니다. 이는 사용자님이 오늘 구매한 계산기의 작은 패널이 고도로 진화한 형태라고 볼 수 있습니다.
우연히 지나가다가 구매한 저렴한 작은 계산기 하나를 보고 생각합니다. 이렇게 우리의 일상에서 저렴하고 작은 물건에도 조그만 효과라도 태양광을 이용할 수 있다면 에너지를 조금이라도 아낄 수 있을 것이고, 미래 우주 에너지의 씨앗이 될 수 있다는 생각입니다. 우리가 살아갈 미래의 에너지를 위해 부모로서 혹은 인류로서 많은 것을 생각하게 합니다.
인류에게도 지속 가능한 에너지가 필요할 것 같습니다. 고유가라는 현재의 문제가 해결 될 수 있도록 친환경 에너지에 대한 연구가 더욱 발전했으면 하는 바램입니다. 미래에는 더 이상 고유가나 자원 전쟁으로 고통받지 않는 세상을 바랍니다.