[📪정보] 유럽, 우주 태양광 발전 현실화 본격화

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출처 : https://singularityhub.com/2022/08/29/europes-investing-some-serious-cash-in-space-based-solar-power-research/

우주에서 태양 에너지 발전을 하자는 제안은 1970년대부터 있어왔지만, 그 아이디어는 공상 과학 소설에 지나지 않는 것으로 오랫동안 여겨져 왔다. 그러나 이제 유럽은 그것을 현실화하는 것에 대해 진지하게 생각하는 것 같다.

우주 기반 태양광 발전(SBSP)은 태양 광선을 모으기 위해 궤도에 태양 전지판을 대량으로 배열하고 그 수집한 에너지를 마이크로파나 고출력 레이저를 통해 지구로 보내는 것을 말한다. 이 접근법은 야간과 악천후에 영향을 받지 않으며 태양으로부터 빛을 감쇄시킬 대기가 존재하지 않는다는 점에서 지상 태양 에너지보다 몇 가지 이점을 가지고 있다.

그러나 우주에 그렇게 큰 구조물을 건설하는 데 수반되는 공학적인 도전과 관련된 기술의 복잡성으로 그 아이디어가 지금까지 계획 단계에 머물러왔었다. 유럽우주국의 요제프 아슈바허 국장은 이런 관념을 바꾸고 싶어 한다.

오랫동안 이 기술을 옹호해 온 아슈바허는 최근 새로운 기술에 대한 계획을 발표했다. Solaris 불리는 연구개발 프로그램을 통해 본격적인 시작을 위한 토대를 마련하고자 한다. 이 제안은 11월 회의에서 ESA 이사회에 제출될 예정이다.

그는 트위터에 "우주 기반 태양광 발전은 유럽의 탄소 중립과 에너지 독립을 향한 중요한 단계가 될 것"이라고 말했다. 우리는 이미 주요 구성 요소를 가지고 있지만, 분명히 하자면, 이 프로젝트가 성공하기 위해서는 여전히 많은 기술 개발과 자금이 필요하다.

이번 결정은 영국에 본사를 둔 컨설팅 회사인 Frazer-Nash와 독일에 본사를 둔 Roland Berger가 SBSP의 타당성을 평가하기 위해 기관이 의뢰한 두 가지 보고서를 발표한 데 따른 것이다. 두 회사 모두 이 기술이 금세기 중반까지 가격 면에서 다른 형태의 전기와 경쟁할 수 있다고 결론 내렸지만, 일부 수치는 눈을 뜨게 한다.

Frazer-Nash 보고서는 SBSP 인공위성의 원형에 도달하기 위해 필요한 연구개발 투자가 158억 유로에 이를 것으로 추정했다. 첫 번째 인공위성을 만드는 데는 98억 유로가 들 수 있으며, 평생 동안 35억 유로가 더 들 것이다. 인공위성이 더 많이 건설될수록 더 싸지기 때문에, 보고서는 10번째 인공위성이 되면 자본 비용이 76억 유로, 운영 비용이 13억 유로까지 떨어질 것이라고 예측한다. 그러나 적절한 양의 전력을 공급하기 위해서는 수십 개의 위성이 필요할 가능성이 높기 때문에 이러한 비용은 빠르게 증가할 것이다. 보고서에 따르면 54개의 "기가와트급" SBSP 위성을 개발 및 운용하는 데 4,180억 유로의 비용이 들 것이며, 이는 지상 에너지 생산과 CO2 배출 절감에 따른 편익 6,010억 유로를 상쇄할 것이다.

하지만 합리적인 양의 전력을 공급하기 위해 수십 개의 위성이 필요할 가능성이 있다는 점을 고려하면, 그 비용은 빠르게 증가할 것이다. 보고서에 따르면 54개의 "기가와트급" SBSP 위성은 개발 및 운용에 4,180억 유로의 비용이 들 것이며, 이는 지상 에너지 생산과 CO2 배출 감소의 혜택으로 6,010억 유로의 상쇄가 될 것이다.

그리고 그 수치들은 꽤 심각한 경고의 대상이 되는 것 같다. 롤랜드 버거 보고서는 "핵심 기술과 제조 접근법의 상당한 발전"을 고려할 때 각 SBSP 위성에 대해 유사한 비용 추정치에 도달했다. 그러나 그들이 최소한의 진전을 보았다는 가정 하에 비용을 계산했을 때 81억 유로의 가격표가 334억 유로로 비용이 상승했다.

발전이 필요한 분야가 많다. 우선, 이 위성들은 우리가 이전에 우주에 건설한 어떤 것보다도 훨씬 더 클 것이다; 롤랜드 버거 보고서는 그들의 총 면적이 국제 우주 정거장의 8,000 평방 미터와 비교하여 약 15 평방 킬로미터(5.8 평방 마일)일 것이라고 추정한다.

각 위성은 450톤급 ISS보다 무게가 10배 더 나갈 가능성이 높기 때문에 원료를 궤도에 올리는 것만으로도 현재 발사능력의 거의 200배 증가가 필요할 것이다. 일단 그곳에 도착하면, 이러한 구조들은 (원격 제어 로봇과 달리) 자율 로봇에 의해 조립되어야 할 것이며, 이는 로봇 조작과 AI 모두에서 엄청난 개선이 필요할 것이다.

롤랜드 버거 보고서에 따르면, 이 시스템들을 물리적으로 배선하는 것은 발사 무게를 너무 많이 증가시키기 때문에, 구조물을 구성하는 약 200만 개의 구성 요소를 무선으로 제어하고 모니터링해야 한다. 그것은 우리가 지금까지 구축한 그 어떤 것보다 훨씬 더 복잡한 센서-액츄에이터 네트워크를 나타낼 것이다.

그러나 아마도 가장 큰 도전은 무선 전력 전송 시스템의 효율성을 높이는 것일 것이다. 롤랜드 버거 보고서는 미국 해군 연구소가 약 1마일 거리에 걸쳐 킬로와트의 전력을 전송하는데 성공했지만, 수천 킬로미터에 걸쳐 고효율로 우주를 통해 기가와트를 전송하려면 근본적인 돌파구가 필요할 것이라고 지적했다.

솔라리스 프로젝트가 승인되면 고효율 태양전지, 무선 전력 전송, 로봇 궤도 내 조립 분야에서 최첨단 기술을 발전시키는 데 초점을 맞출 것이다. 이 프로그램은 2025년까지 진행되도록 설계되었으며, 이 시점에서 ESA가 완전한 개발을 추구할지 여부를 결정할 수 있는 충분한 정보를 제공하기를 희망한다.

그러나 도전의 규모를 고려할 때, 일부는 SBSP가 현실화될 가능성이 거의 없는 그림의 떡이라고 믿는다. Ars Technica에 따르면, Elon Musk는 이 아이디어를 조롱한 것으로 유명하며, 물리학자 Casey Handmer의 분석에 따르면 전송 손실, 열 손실, 물류 비용, 그리고 우주의 혹독함에서 살아남기 위해 기술을 구축해야 하는 것으로 인해 발생하는 벌금은 SBSP가 지상 태양 발전보다 수천 배 더 비쌀 것이다.

하지만 ESA만이 이 아이디어를 추구하는 것은 아니다. 일본은 적어도 2014년부터 SBSP를 진지하게 조사해왔고, 최근에는 영국과 중국이 시류에 편승했다.

이들 정부 중 SBSP를 현실화하는 데 필요한 종류의 자원을 투입할 배짱이 있는 정부가 있을지는 두고 봐야겠지만, 모멘텀이 쌓이고 있는 것으로 보인다.