이산화탄소 전기분해로 산소 뿜는 '인공나무' 탄생…화성 탐사길 열린다

美 NASA·MIT 공동연구팀 개발
성인 남성이 10분 호흡할 양 만들어
2030년부터 탐사장비로 활용될 듯

미국 항공우주국(NASA)과 매사추세츠공대(MIT) 공동연구팀이 이산화탄소를 전기분해해 산소를 한 시간에 8g 생산할 수 있는 ‘인공나무’ 개발에 성공했다. 성인 남성이 10분가량 호흡할 수 있는 양이다. NASA는 장비 성능을 개선해 2030년 화성 탐사 장비로 활용할 계획이다.

30일 과학기술계에 따르면 NASA와 MIT 공동연구팀은 ‘화성 산소 활용 장치(MOXIE·목시·사진)’를 최근 개발해 7시간 동안 안정적인 운전에 성공했다. 관련 논문은 미국 학술지 사이언스어드밴스에 게재됐다.

화성의 대기는 96%가 이산화탄소다. 산소 비율은 0.13%에 불과하다. 지구의 대기 중 산소 농도(21%)에 비교하면 아주 적은 양이다. 4명의 우주비행사가 화성까지 도달해 탐사하고 무사히 돌아오려면 최소 25t의 산소가 필요하다. 산소를 로켓에 저장해 화성까지 실어 보내는 것은 비효율적이다. 산소의 무게로 인해 더 큰 로켓 엔진과 더 많은 연료가 필요하기 때문이다.

이번에 연구팀이 개발한 ‘목시’는 자동차 배터리 크기다. 가로·세로 각 23.9㎝, 높이 30.9㎝에 무게는 17.1㎏인 직육면체 형태다. 화성 탐사 차량(로버)에 설치해 활용하는 것이 현재 계획이다.

목시는 대형 나무와 같은 역할을 한다. 핵심 기술은 고체산화물 전기분해(SOXE) 과정이다. 이산화탄소(CO2)를 고성능 필터로 거른 뒤 섭씨 800도까지 가열해 니켈 기반 촉매와 전기 반응시킨다. 산소(O2)와 일산화탄소(CO)로 분해한다. 일산화탄소는 배출되고 산소는 저장한다.

연구팀은 이번 연구로 목시가 7시간 동안 안정적으로 작동하는 것을 확인했다. 앞으로 화성의 대기처럼 극한의 환경에서도 작동하는지 기온과 습도, 기압 등 조건을 바꿔가며 지속적으로 실험할 계획이다. 나아가 ‘목시 2.0’으로는 크기를 키워 화성 정착 기지에서 최대 100명이 호흡할 수 있는 산소를 만드는 것이 목표다.

화성에서 목시를 안정적으로 사용하기 위한 또 하나의 필수 기술은 소형 원자로다. 연구팀의 헤르츠 박사는 “NASA가 개발 중인 소형 원자로에서 10㎾의 전력을 안정적으로 공급받을 것”이라고 설명했다.

김진원 기자 jin1@hankyung.com