탄소중립을 위한 에너지믹스가 시급한 가운데, 달에 있는 자원을 선점하기 위해, 일부 국가들을 중심으로 달 탐사선에 대한 투자가 활발히 이루어지고 있습니다. 2023년 8월 인도의 달 탐사선 챤드리아 3호가 달 착륙에 성공했고, 2024년 1월에는 일본의 달 탐사선 ‘슬림(SLIM)’이 달 착륙에 성공하기도 했지요.

달에는 인류에게 필요한 희토류나 헬륨-3(Helium-3) 등 다양한 자원이 매장되어 있습니다. 특히 새로운 에너지원으로 주목되는 헬륨-3에 대한 관심이 높은데요. 태양풍에 의해 만들어지는 헬륨-3는 두꺼운 대기층을 지닌 지구에서는 발견하기 어렵지만 달에 풍부하게 존재하는 것으로 알려집니다. 달 표면에 존재하는 헬륨-3는 약 100~200만 톤으로 추정됩니다. 이는 인류가 약 1만 년 넘게 사용할 수 있는 양에 달할 정도라고 하죠.

헬륨-3는 주기율표상 원자번호 2번인 헬륨(He)의 동위원소로, 양성자 2개와 중성자 1개로 이루어져 있습니다. 헬륨-3는 화석연료 기반 에너지나 원자력 에너지를 대체할 수 있는 ‘핵융합 에너지’ 발전의 주요 연료로 사용될 수 있는데요. 핵융합 에너지란 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 무거운 원자핵으로 융합하는 ‘핵융합’ 과정에서 에너지를 얻는 것을 말합니다.

핵분열 반응을 통해 얻는 원자력 에너지와 반대되는 개념이라고 할 수 있죠. 무거운 원자핵이 깨지면서 감소하는 질량을 통해 에너지를 얻는 핵분열과 달리, 핵융합은 수소와 같은 가벼운 원자핵의 융합 과정에서 에너지를 얻습니다. 헬륨-3 1g은 석탄 약 40톤과 동등한 에너지를 생산할 수 있을 정도로 효율성이 높다고 알려져 있습니다. 무엇보다도 탄소 배출이 없는 무공해 에너지원이라고 할 수 있습니다.

달에 헬륨-3가 풍부하기는 하나, 현재로서는 상업적으로 헬륨-3를 대규모로 확보하는 것이 어려운 상황입니다. 채굴용 탐사선 개발이나 채굴 기지의 건설, 확보한 헬륨-3를 지구로 가져오기 위한 방식 등 다양한 측면에서 기술적인 진보가 필요합니다. 높은 비용이 소요되기 때문에 채산성 등 경제적 측면의 검토가 무엇보다도 중요하며, 민간기업의 사업 참여 및 투자 확대를 필요로 하기도 합니다. 만약 헬륨-3를 지구로 가져오더라도 핵융합 에너지를 얻기 위해서는 에너지를 만들 수 있는 ‘핵융합 원자로’가 사전에 설치되어 있어야 합니다.

이처럼 핵융합 에너지 발전을 위해 필요한 물리적인 인프라까지 고려하면 헬륨-3를 활용한 에너지 생산에는 20년 이상의 오랜 기간이 소요될 것으로 판단됩니다. 이처럼 여러 가지 극복해야 할 문제들로 인해, 단기간 내에, 혹은 탄소중립을 목표로 하는 기간 내에 헬륨-3을 채굴해 와서 에너지를 생산하는 어려울 것으로 보입니다. 그럼에도, 달 탐사선 개발과 함께 달 자원 채굴 기술을 확보하기 위한 시간과 비용을 어떻게 단축할 수 있을지에 대한 국가 차원의 고민이 필요하며, 글로벌 에너지를 위해 민간 주도의 투자 유치를 적극적으로 논의해야 할 것입니다.

:: 참고자료 ::

'꿈의 에너지'... 핵융합 에너지 생산 이정표 썼다

핵융합에너지연구원 홈페이지

[트랜D] 달 표면의 헬륨-3가 인류를 구원할 수 있을까

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