http://mars.jpl.nasa.gov/msl/, http://photojournal.jpl.nasa.gov/jpeg/PIA14156.jpg

2011년 11월 26일, 미국 NASA의 큐리어시티(Curiosity)호는 약 5억7천만km의 우주여행 후 화성에 착륙한다. mars science laboratory(화성 과학 실험실)이라는 이름을 가진 이 탐사선은 약 2년간 화성 표면을 탐사하며 암석과 토양, 대기 등 화성의 정보를 탐사하고 실시간으로 HD영상까지 지구로 송신해준다. 이 장비에서 가장 중요한 것은 무엇일까? 바로 이 모든 기계 및 전자장치를 구동하기 위한 전기다. 

NASA는 1976년부터 MMRTG(Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator)라는 장비를 개발해서 우주 탐사용 로봇에 사용하고 있다. 이 장비는 최소 14년간 120w의 전기와 2000w의 열을 탐사선에 공급한다. 이 전기발생장치에 필요한 연료는 단 4kg의 플루토늄(238Pu)이다. 석유로 같은 양의 에너지를 만들기 위해서는 약 20톤이 필요한데, 바로 이 플루토늄의 동력을 통해 우리가 직접 가지 못하는 화성을 생생하게 볼 수 있는 것이다.

화성이라는 혹독한 환경에서 움직일 로버(ROVER), 방사능을 이용한 전기를 이용해 시간당 약 30m를 움직일 수 있다. 또한 지구와 교신하며 영상을 전송한다.

극단적으로 외부환경과 고립되어있을 때, 사람이 직접 가기 힘든 곳에서 탐사를 할 때, 적은 양으로 막대한 양의 에너지를 내는 방사성물질은 매우 큰 역할을 한다. 작은 전기충격을 발생시켜 심장박동을 제대로 작동하게 하는 페이스메이커(Pacemaker)에 이용되기도 하였으며 계속 연료공급이 쉽지 않은 극지방 기상관측용 장치, 인공위성의 송신용 전원장치, 사람이 살지 않는 등대 등에 수십 년 동안 일정한 양의 필요한 전기를 지속적으로 공급할 수 있다. 

동전크기만한 액체 전도 동위원소 전지의 모습(출처:http://chemistry.missouri.edu/people/robertson.html)


작은 양에도 오랜 시간동안 전기를 만들어주는 동위원소전지는 새로운 국면을 맞이하고 있다. 2009년, 미국 미주리 대학교의 권재완 교수는 기존의 베타선 방출을 하는 전지의 출력을 액체 반도체기술을 이용해 급격히 올리고, 소형화하는 데 성공했다. 소형화할수록 동위원소가 가지고 있는 문제점들을 줄이고 더 휴대가 가능해진다. 인체에 해가 되지 않는 것은 물론이다.

이 수많은 충전기 중 당신의 스마트폰은 어디에 꽂아야 할까? (출처: http://www.flickr.com/photos/ari/6105721914/)


LG경제연구원은 올해 초 미래 세상을 바꿔놓을 7개 융합기술 중 하나로 원자력 전지를 선정했다. 스마트 시대가 오면서 지속적으로 충전을 해주어야 하는 기기들, mp3와 스마트폰, 패드 등, 외출 시 배터리가 떨어졌을 때 난감한 상황을 가져오는 것도 일쑤다. 방사성 동위원소를 이용한 전지는 이런 고민들을 단번에 해결해준다.

그러나 방사능을 이용한 전력이용의 일반 용도의 이용에는 아직 가격과 대량생산의 어려움, 분해되었을 때의 위험성 등이 해결과제로 남아있다. 하지만 소형 상용화가 된다면 우리 주변의 수많은 휴대기기는 충전할 필요 없이 수십 년간 편리하게 사용할 수 있다. 

현재에도 극한의 지역에서 100퍼센트 능력을 발휘하는 원자력전지, 우리에게 다가올 미래의 모습도 더더욱 기대가 된다. 40년 전 우리가 상상만 했던 전기 자동차, 영상통화 등이 점차 상용화되고 있는 것처럼 충전이 필요 없어지는 새로운 시대도 곧 우리 앞에 다가올 것이다.

reference
http://mars.jpl.nasa.gov/msl/   (NASA mars science laboratory project)
http://link.aip.org/link/doi/10.1063/1.3160542?ver=pdfcov  Radioisotope microbattery based on liquid semiconductor 

글 | 국가과학기술위원회 블로그 기자 김 일 환

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