우주에 태양광 발전을 하는 아이디어(중요)

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태양은 인간이 만들어낼 수 없는 어마어마한 에너지를 생산해냅니다. 그러다보니 지상에서 핵융합으로 인공태양을 만들어서 발전을 하겠다는 핵융합 발전같은 연구를 계속하고 있습니다. 그리고 태양광패널을 이용해서 지표면에 도달한 태양에너지를 사용하는 태양광 발전또한 진행중입니다. 하지만 문제는 지표면에 도달한 태양에너지는 우주공간에 쏟아지는 태양에너지의 고작 5분의1밖에 되지 않는다는 것입니다. 그 이유는 지구 대기에 의해서 산란이 되거나, 대기의 먼지에 의해 가로막히기 때문이죠. 게다가 우리나라는 옆나라에서 날아오는 미세먼지의 영향으로 인한 손실또한 무시하기 힘듭니다. 그리고 이 마저도 안개가 끼거나 구름이 끼면 태양광 발전이 불가능합니다. 

사실 우리를 살아 숨쉴 수 있게 해주는 대기가 태양광 발전에는 큰 걸림돌이 된다는 것인데, 이를 해결할 가장 간단한 방법이 하나 있습니다. 바로 대기가 없는곳에 태양광 패널을 설치하는겁니다. SSPS(Space Solar Power System)이라고 불리는 이 기술은 대기가 없는 우주에 태양광패널이 달린 인공위성을 띄웁니다. 그 인공위성을 통해 발전을 하고, 발전된 전력을 지구에서 받아서 사용한다는 계획입니다. 이런 우주 태양광 발전의 장점은 아무래도 효율이 굉장히 좋다는 겁니다. 지구에서는 앞서말한 대기와 먼지나 구름등의 영향으로 우주에서보다 20%밖에 안되는 효율로 발전을 하게됩니다. 

그리고 우리나라는 땅 그기도 작은데 토지를 낭비하게 되는거죠. 하지만 우주공간에서는 지구보다 5배 가까운 효율로 발전효율이 나올뿐 아니라, 낮과밤이 따로 없어서 태양광 패널을 태양방향으로 자세제어만 해준다면 24시간 발전을 할 수도 있습니다. 그런데, 이렇게 발전된 전기를 어떻게 사용할 수 있을까요? 예전 궤도엘리베이터처럼 적도부근 정지궤도에 위성을 띄어두고 전선을 연결해서 전기에너지를 받아야 할까요? 이 방버이 안되는 이유는 정지궤도는 지상으로부터 36000km높이에 달하는데 전선이 이런 길이의 하중을 지탱하는게 불가능하기 때문입니다. 탄소 나노튜브 같은 신소재라면 가능할지도 모르지만, 그것이 가능했다면 이미 우주엘리베이터를 건설했겠죠. 따라서 실제 사용되는 기술은 장거리 무선 전력전송 기술입니다. 무선 전력전송 기술하면 스마트폰에서 사용하는 무선충전이 생각나실텐데요, 스마트폰에는 자기유도방식을 사용합니다. 자기장의 변화가 전자기를 유도하는 페러데이의 법칙에 기반하는 이 기술은 전기와 자기장이 실제로는 원자내에 전자에 의해서 에너지가 발생하는 에너지의 원천이 같기때문에 가능한 기술이며, 이 기술은 발전소뿐 아니라 여러분의 자동차에서도 사용하고 있습니다. 

아무튼 중요한건 자기유도 방식은 자기장의 변화로 전류를 유도하기 때문에 현재 핸드폰의 무선충전은 핸드폰을 코일에 가까이 가져가야합니다. 그에비해 우주에서 지구로 전력을 전송하기 위해서는 장거리로 전송할 방법이 필요한데, 강력한 에너지를 전자기파 형태로 보낼 수 있는 마이크로 웨이브 전력 전송 방식을 사용할 수 있습니다. 결국 전기를 전자파 형태로 바꿔서 지구로 보내면 지구에서 안테나로 이를 받고서 다시 전기에너지로 변환한다는 방식인데요,이 방식을 사용하면 에너지효율도 나쁘지않고, 우주에서 지구로 에너지를 보내는게 가능해집니다. 더 나아가서 우주엘리베이터의 에너지 공급원으로 활용되거나, 달에 유인기지를 건설했을 때 달로 에너지를 보내거나 달에서 생산된 에너지를 지구에서 받을 수도 있습니다. 그런데 이렇게 좋은 기술이면 실생활에서 아직 사용이 되지않고 있을까요? 사실 마이크로 웨이브를 듣고서 많은이들이 전자레인지를 떠올리실겁니다. 전자레인지와 대역대는 다르지만 실제로 마이크로 웨이브로 전력이 전송되는 구간에있다면 몸이 따뜻해짐을 느낄 수 있을텐데요, 따라서 장거리 무선전력 전송은 항상 인체 유해성이 제기되어 왔습니다. 

하지만 이런 인체의 유해성은 입증이 쉽지 않습니다. 전자파가 인체에 유해하다는 이야기는 계속해서 있어왔고, 20년전에는 전자파를 맞으면 뇌종양이 걸린다는 괴담이 돌았지만 현재우리는 자연스레 스마트폰 이용이 가능하죠. 결국 현재기술로도 마이크로 웨이브를 이용한 장거리 무선충전은 가능하지만 각종 안전성 문제가 발목을 잡고있습니다. 또한 높은 출력의 송수신 과정에서 효율이 잘 나올지도 의문입니다. 앞으로의 과제는 높은 전력을 마이크로 웨이브로 송수신을 해도 높은 효율을 달성하는 기술과 안정성 논란이 사라지게 될 것으로 기대합니다.