나노기술 및 정책 정보

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인류를 위한 주요 에너지 자원은 여전히 화석연료와 탄화수소(오일,가스,석탄)이다. 그렇지만 이들의 이용에 대한 환경오염에 대하여 소극적이다. 원자력 및 재생 가능 에너지원(수력,조수간만,지구열 및 풍력 추진력 발전)이 부분적인 해결책이지만 수송 상황에선 액체 탄화수소외에 대안이 없다.

결국, 에너지 해법에 대하여 기계적 해법만 제공할 뿐인 상황이다. 그럼 이런 상황에서 우주로부터 에너지를 얻는 것이 최선의 길이 아닐까?

태양은 모든 에너지의 근원이다. 연간 인류는 10 억 톤의 연료를 필요로 하는데 태양으로부터 지구로 도달하는 에너지는 연간 100 조 톤에 해당한다. 이 중 1%인 1조 톤만 이용해도 향후 인류의 에너지 문제는 해결이 된다.

태양 복사로 부터 전기를 발생시키는 간단한 방법은 외부에서 얻는 편광효과(photo effect)이다. 1930 년에 소련과학자가 이 방법으로 처음으로 전류를 발생시켰다. 태양 황 헬륨 원소를 이용한 효율성은 1%이었다. 그러나 1958년부터 실리콘 태양전지는 우주선에 전력의 주요 공급원으로 이용하고 있다. 1970 년대 중반까지 효율성은 10%에 근접했다. 1990년 중반 15%까지 도달하고 20%를 위한 효율성 제고의 노력은 계속되고 있다.

이러한 기술은 태양전지를 만드는 기본 물질인 순수 실리콘을 생산하는 기술을 개선함으로 이루어 지고 있다. 순수한 규암은 러시아에서 발견이 되었고 최근 Dubna 핵 연구소와의 협력으로 약 50%의 효율성을 가진 광화학셀-"별 건전지(star battery)"-을 개발했다. 이 기술은 나노기술의 전형적인 결과물이다. 

실리콘 박편에 금의 소립자를 두께 0.5 밀리미터로 코팅하였다. 이러한 물질의 특성은 극적으로 변하여 보통의 셀이 빛 광양자를 축적하는 정도보다 우수하여  태양전지 1 평방미터에 600 W를 얻었고 심지어 1Kw까지 얻었다. 일반적인 실리콘과는 달리 자외선에서 적외선 스펙트럼까지 넓은 태양 복사에 민감하였다.

Dubna 연구원은 또한 같은 물질을 이용하여 수퍼축전지(supercapacitor)를 만들었다. 직경 3cm 실린더형 셀은 일반적 자동차용 밧데리 보다 900배 이상의 전력량을 저장할 수 있었다. 낮에 축적하고 밤에 저장을 해야 하는 태양전지이기 때문이다. 

처음 상업적인 태양 에너지 설비(5MW, 핵 반응기)가 크리미아에 있는 Shchelkino에1985년 옛 소련시절 세워졌다. 그러나 1990 년 중반 전기발생 비용은 높고 태양 전지의 낮은 효율성이 입증되어 폐쇄되었다.

그래서 우주에 있는 태양 에너지 공장(발전소)을 건설하기로 결정하였다. 

이 아이디어는 Yury Gagarin 우주비행후 소련 과학원에서 처음으로 논의 되었으며 1970년대 에너지 위기 동안 우주를 근거로 하는 태양에너지 프로젝트는 가치를 발휘하였다. 이때 정지 궤도안의 정보 위성이 대부분이었고 궤도안에 전력 설비(발전소)를 둔다면 우주의 불법행위에 해당한다. 

그렇지만 더 적절한 궤도를 찾아 발전 설비가 하루에 두번 수평면에 위치하도록 조작할 수 있다. 가장 멀 때 북극위 40,000 km 높이와 가장 가까울 때 남극 아래 500 Km 에 있게 된다. 이 경우 지구에서 가까이 있는 동안 8시간 지구로 에너지를 보낼 수 있으며 4시간 동안은 미래 필요를 위하여 에너지를 저장하게 된다. 

향후 작동 궤도에 부속품을 전달하고 조립하고 우주발전소를 보수 및 정비하기 위한 궤도 수송 체계는 개발되어야만 하지만 아주 도전적이며 미래 지구의 에너지 문제를 위한 건설적인 아이디어이다.