태양광 발전은 인공위성과 우주 탐사선에 널리 사용되는 기술이다. 하지만 우주에는 태양광이 닿지 않거나, 아주 약하게만 비추는 곳이 있다. 이와 같은 곳을 탐사하기 위해 다른 방식의 동력이 필요하다. 선호되는 기술 중 하나는 방사성동위원소 열전기 발전기(radioisotope thermoelectric generator, 이하 RTG)이다. RTG 이후, 더 효율적인 발전기를 만들고자 하는 노력은 계속되고 있다. 4월 4일, 이코노미스트의 보도이다.
◇이코노미스트 홈페이지
RTG는 1950년대 미국에서 개발되었는데, 방사능 물질에서 나온 열을 직접 전기로 바꾸는 기술이다. 이는 핵분열과는 다른 기술이다. 방사능 물질 분열은 훨씬 복잡하고 더 많은 양의 에너지를 낸다. 구 소련에서는 RTG를 이용하여 전력이 닿기 어려운 곳에 있는 등대와 항행 비컨에 전력을 공급했다. 하지만 이러한 설비는 대부분 방치되었고 일부는 고물상들에 의해 파손되었다. 이 설비에 이용되었던 동위원소로 폭탄을 만들 수는 없지만 원거리에서 피폭되는 것만으로 건강에 악영향을 끼칠 수 있다.
미국의 RTG는 플루토늄-238 (238Pu)을 이용한다. 플루토늄-238을 생산하던 발전소가 1988년에 문을 닫으면서 러시아에서 동위원소가 수입되었다. 하지만 이 역시 2009년에 수입이 중단되었고 NASA에는 이제 35kg만이 남아 있으며 RTG에 쓰일 수 있는 양은 17kg 뿐이다. RTG를 갖출 수 있는 물질이 없는 절망적인 상황이 몇 년간 지속된 후에야 2013년 NASA와 미 에너지국 간의 생산 재개 합의가 도출되었다.
작업은 생산설비를 새로 꾸미는 데에서 시작되었다. 지금 속도라면 매년 1.1kg의 플루토늄-238이 2021년까지 생산될 것이다. 이는 토성 탐사선 카시니호가 1997년 33kg의 플루토늄-238을 싣고 탐사에 나섰던 것을 생각하면 적은 양처럼 보인다. NASA는 이 물질을 좀 더 경제적으로 쓸 방법을 연구했다. 대형 차 정도로 큰 장치를 갖추는 대신, 2012년에 화성에 착륙한 탐사선 큐리오시티호는 4.8kg의 플루토늄-238만으로 작동한다. 큐리오시티는 탐사를 위해 돌아다니지 않는 동안 나오는 잉여 에너지를 배터리에 저장할 수 있다.
1961년 이래로 미국은 RTG를 27번의 우주 탐사 임무에 이용해왔다. 태양광 집적 기술이 발전하고 있지만 NASA는 아직 RTG가 필요하다고 말한다. 그리고 이는 토성 너머의 행성들을 탐사하기 위한 것만은 아니다. 미 항공우주국의 행성학부는 최근 태양광 발전을 기대하기 어려운 탐사 위치의 목록을 발표했는데, 여기에는 수성의 암흑면, 달의 크레이터, 화성의 극지대 등이 포함된다.
NASA에서는 RTG의 네 배 효율을 갖는 ‘차세대 스털링 방사성동위원소 발전기’(Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG)를 개발중이다. 이는 ‘스털링 사이클’이라고 하는 체계를 이용하는데, ‘스털링 사이클’은 고온을 이용해 피스톤을 구동, 자석을 전기 코일 안에서 앞뒤로 빠르게 움직여 전기를 생산하는 방식이다. 연구는 2013년에 재정 문제로 연기되었지만, NASA에서는 연구비를 마련하여 ASRG의 시험 구동을 마치고, 만약 구동이 성공적이라면 탐사선의 동력원으로 이용하겠다는 계획을 밝혔다.
**이 기사는 <지속가능 청년협동조합 바람>의 대학생 기자단 <지속가능사회를 위한 젊은 기업가들(YeSS)>에서 산출하였습니다. 뉴스토마토 <Young & Trend>섹션과 YeSS의 웹진 <지속가능 바람>(www.baram.asia)에 함께 게재됩니다.