영국의 한 우주 회사가 세계에서 가장 친환경적인 로켓을 제작중이다. 이 회사는 바이오 연료로 구동되는 자사 우주로켓이 지금까지의 화석 연료 로켓보다 이산화탄소(CO₂) 배출량을 최대 96%까지 덜 배출한다고 밝혔다. 또한 이 바이오 연료 로켓은 재사용할 수 있는데다 땅, 바다 또는 대기에 잔해를 남기지 않도록 설계됐다고 덧붙였다. 이 회사는 내년 하반기 영국 스코틀랜드 북부의 서덜랜드 스페이스 허브에서 자사의 프라임 로켓을 발사할 예정이다.

최근 리처드 브랜슨, 제프 베이조스, 일론 머스크같은 억만장자들이 민간 우주여행시대를 열었다며 자축하고 있다. 하지만 이미 몇 년 전부터 과학자들은 로켓을 더 많이 발사하면 지구 대기오염이 크게 늘 것이라며 우려를 표명해 왔다. 우주여행 회사들이 연간 수백회 정도 로켓을 발사할 것으로 예상되는 가운데 이를 제한해야 할 것이라는 지적까지 나온다. 영국 우주 회사의 온난화 가스를 거의 배출하지 않는 로켓은 탄소중립 시대 지구인들에게 기술혁신을 웅변적으로 말해 주고 있다.

이제 막 자력 우주로켓 발사의 첫걸음을 뗀 우리로선 부러운 얘기가 아닐 수 없다.

재활용 가능하고 이산화탄소도 발생시키지 않는 로켓을 개발했다는 영국 오벡스(Orbex)사의 프라임 로켓 연료 개발, 그에 따른 파급 효과를 살펴 본다. 로켓에 사용되는 화석연료와 배출가스와 지구온난화 및 오존층과의 관계, 그 규모, 그리고 우주산업 전망을 함께 알아 본다.

영국 오벡스사, 바이오연료로 친환경 우주산업을 말하다

우리는 최근 누리호(KSLV-2) 발사로 이제막 자력 우주시대의 발걸음을 뗐지만 우주강국의 행보는 언제나 한발더 앞선다. 특히 영국의 한 우주업체가 로켓 발사시 배출되는 엄청난 지구온난화 가스를 96%까지 저감한 연료를 개발했고, 내년에 발사할 로켓에 적용할 예정이라고 발표해 이목을 집중시키고 있다.

화제의 주인공은 영국 우주로켓 업체 오벡스(Orbex)다. 이 회사가 설계한 친환경 로켓은 바이오 연료를 사용함으로써 기존 화석 연료 로켓보다 CO₂ 배출량을 무려 96%나 줄였고 재사용까지 가능하다. 게다가 땅, 바다, 또는 대기에 잔해도 남기지 않는다.

단순히 설계에 그치지 않는다. 오벡스는 현재 프라임(Prime) 우주선을 제작 중인데 내년 후반까지 영국 서덜랜드 스페이스 허브(Space Huv Sutherland)에서 ‘프라임’을 발사할 계획이다. 이 탄소중립 우주 로켓 발사장은 영국 스코틀랜드 북부 하이랜드에 1790만 파운드(약 290억원)나 투입돼 건설되고 있다.

영국 엑서터 대의 새로운 연구에 따르면 오벡스 프라임 발사시 CO₂ 배출량은 비슷한 크기의 수직 발사체보다 최대 86%, 비행기에서 수평으로 발사되는 로켓보다 96%가 각각 적은 것으로 계산됐다.

오벡스사의 바이오 연료는 등유(케로신)와 같은 로켓용 화석 연료보다 90% 낮은 온실 가스 계수를 가지고 있다.

영국 엑서터대 환경 지속가능성연구소의 샤오유 얀 박사는 “영국의 우주산업은 예를 들어 지구의 환경 변화를 관찰할 수 있는 인공위성을 발사함으로써 기후 변화에 대처하는 데 중요한 역할을 한다. 그러나 그에 따른 혜택들은 우주로켓 발사에 따른 탄소 집약적일 수 있는 환경영향에 의해 평가받아야 한다”고 말했다.

그는 “우리의 연구 분석 결과 오벡스가 계획한 발사 활동이 다른 로켓 발사 시나리오에 대해 탄소 배출량이 크게 줄어들 수 있음을 보여준다”고 말했다.

영국, 탄소중립에 신경쓸 정도로 많은 로켓 발사량

영국 우주기업 오벡스가 탄소중립 로켓 발사 기술에 눈을 돌리고 기술을 개발하게 된 배경에도 궁금증이 생긴다.

그도 그럴 것이 현재 영국우주국(UK Space Agency)은 스코틀랜드 북쪽 해안에 서덜랜드 우스페이스 허브 발사장을 건설해 연간 12회 정도 지구 궤도에 우주로켓을 발사할 계획이다.

영국에 본사를 둔 우주 비행 회사 오벡스는 이 지역에 우주로켓 생산 및 테스트 시설을 갖추고 있으며 덴마크에서 설계 및 테스트 활동을 한다.

서덜랜드 로켓 발사장은 미국 항공우주 및 방산 분야 거물인 록히드 마틴에 의해 개발되고 있으며 이르면 올해 안에 위성과 로켓을 우주로 첫 발사하게 된다.

이 우주발사기지는 이미 급성장하고 있는 스코틀랜드의 위성 산업을 활성화시킬 것으로 기대를 모은다.

미국 이외 국가에서는 영국 스코틀랜드가 어느 나라보다 많은 위성을 생산하고 있다. 영국은 오는 2030년까지 약 2000기의 위성을 발사할 것으로 기대된다.

서덜랜드 스페이스 허브 프로젝트는 스칸디나비아 국가들의 비슷한 우부발사대로 인해 압박을 받고 있기도 하다. 북유럽 최초로 상업적인 로켓을 발사하는 우주발사기지가 수십억 달러 규모의 세계 우주산업에서 지분을 보유하게 됐기 때문이다.

제2의 우주시대를 맞아 날로 치열해져 가는 세계 우주산업계에서 오벡스는 친환경 로켓 연료 기술로 우주산업의 핵심 경쟁력을 확보하게 된 셈이다.

영국 엑서터 대학의 연구에 따르면 오벡스 프라임 로켓의 경우 1회 발사시 탄소 발자국 측정 기준 단위로 13.8톤의 CO₂ 상당량(CO2e)이 배출된다. 로켓 발사 배출 가스가 현저히 적어진다. 물론 여기에는 발사에 따른 직접 배출, 추진제 연료(바이오 프로판 및 액체 산소) 생산시 발생하는 간접 배출, 고공에서의 비CO₂ 배출로 인한 복사 강제 효과 등이 포함된다.

우주 로켓이 배출하는 가스가 어떻게 대기를 오염시키길래

지난 7월 이후 우주여행은 SF를 넘어 현실이 됐다. 리처드 브랜슨 버진그룹 창업자, 제프 베이조스 아마존 창업자, 그리고 일론 머스크 스페이스X 최고경영자(CEO)가 민간 우주여행을 실현했다.

하지만 이 프로젝트 성공이후 사람들은 우주 관광 산업이 가져올 환경적 영향에 걱정하기 시작했다.

여행우주 관광 로켓은 일반항공기 비행보다 승객당 100배 더 많은 이산화탄소를 배출한다. 전체 산업을 상상할 때 엄청난 CO₂를 발생시킨다.

제프 베이조스 아마존 창업자는 자신의 블루 오리진 로켓이 브랜슨의 VSS 유니티보다 더 친환경적이라고 자랑하고 있다.

그러나 지구대기에 미치는 악영향은 별반 다르지 앟다.

로켓이 발사될 때 엄청난 규모의 추진제를 태우면 로켓을 우주로 발사하는 데 필요한 에너지를 제공하는 동시에 엄청난 규모의 온실가스와 대기 오염물질을 발생시킨다.

간단히 말하면 로켓에서 나오는 CO₂와 배출 매연은 대기의 열을 가두기 때문에 지구 온난화의 원인이 된다. 방출된 수증기에서 형성된 구름이 지구로 오는 햇빛을 반사해 우주로 되돌리기 때문에 대기의 냉각도 일어날 수 있다. 오존층이 파괴되면 지구로 들어오는 햇빛을 덜 흡수해 성층권을 덜 데우게 된다.

우주여행에 사용됐던 억만장자의 로켓 추진제들을 살펴 보자.

우선 제프 베이조스의 블루엔진 3호(BE-3)는 액체수소와 액체산소 추진제를 이용했다. 리처드 브랜슨의 VSS 유니티는 고체 탄소 기반 연료인 탈수산화 부타디엔(HTPB)과 액체 산화제, 아산화질소(웃는 가스)로 구성된 혼합 추진제를 사용했다. 일론 머스크의 재사용 가능한 스페이스X 팰콘9 시리즈 로켓은 액체 등유와 액체 산소를 사용해 크루 드래곤을 지구 궤도로 쏘아 올렸다. 이 연료들은 이산화탄소, 물, 염소 그리고 다른 화학물질을 포함한 다양한 물질을 대기로 방출한다.

BE-3 추진제 연소시에는 많은 양의 수증기가 생성되며, VSS 유니티와 팰콘 연료는 모두 연소돼 CO₂, 매연, 그리고 약간의 수증기를 발생시킨다. VSS 유니티에 사용되는 질소 기반 산화제는 또한 질소 산화물을 생성하는데 이는 지구 대기 오염에 기여하는 화합물이다. 추진제 배기가스의 약 3분의 2는 성층권(12~50km)과 중간권(50~85km)으로 방출되며, 최소 2~3년 동안 머문다.

로켓 발사 및 재진입 중 발생하는 매우 높은 온도(우주선 귀환시 열보호 차폐막 연소시 발생)는 공기 중의 안정적인 질소를 반응성 질소산화물로 전환시킨다.

이러한 가스와 입자들은 대기에 많은 부정적인 영향을 끼친다. 성층권에서는 수증기 분해로 형성된 질소산화물과 화학물질이 오존을 산소로 바꾸면서 지구상의 생명체를 유해한 자외선으로부터 보호하는 오존층을 파괴한다.

수증기는 또한 성층권 구름을 생성해 구름이 생성되지 않았을 때보다 더 빠른 속도로 반응이 일어나도록 한다.

지상에 가까이 있는 모든 연료는 엄청난 양의 열을 방출하는데, 이는 온실 가스처럼 작용하고 열을 유지하는 대류권에 오존을 더한다. 이산화탄소뿐만 아니라, 등유와 메탄과 같은 연료들도 매연을 만들어낸다. 그리고 대기 상층부에서는 연소하는 연료의 원소의 결합으로 오존층이 파괴될 수 있다.

우주여행 확대는 지구온난화와 오존층 파괴의 거대한 발자국이기도

리처드 브랜슨 버진그룹 회장은 민간인 최초의 우주 비행 직후 “우리는 모든 사람이 더 쉽게 접근할 수 있는 공간을 만들기 위해 이곳에 왔다”며 “새로운 우주 시대의 새벽에 오신 것을 환영한다”고 말했다. 버진 갤럭틱은 매년 400회의 우주비행을 할 수 있는 소수의 특권층에게 제공할 것으로 예상하고 있다. 블루 오리진과 스페이스X는 아직 계획을 발표하지 않았다.

이처럼 우주여행 시험비행에 성공한 영국과 미국의 억만장자들은 모두 우주여행자의 수를 크게 늘리기를 희망하면서 여기에 만만치 않은 환경비용이 수반될 수 있다는 경고가 나온다.

연료와 산업이 대기에 미치는 영향을 연구하는 유니버시티 칼리지 런던의 엘로이즈 마레 물리지리학 부교수는 로켓의 탄소 배출량은 항공기 산업에 비해 적지만 매년 거의 5.6%씩 증가하고 있다. 그녀는 이와 관련해 10년 동안 시뮬레이션을 운영해 왔다. 또한 이는 같은 기간 영국 최대 화력발전소 드랙스보다 4~10배 많은 질소산화물 배출 규모다.

마레 교수는 “우주 비행에 탑승한 관광객 4명의 이산화탄소 배출량은 장거리 비행에 탑승한 승객이 배출하는 양(1~3톤)보다 50~100배 이상 많다”고 말했다.

게다가 과거에는 대부분의 우주 운송이 국제우주정거장에 대한 화물 공급 임무와 위성 발사 서비스에 집중되어 있었으나, 현재는 우주 내 운송, 행성 탐사, 유인 탐사 임무, 저궤도 운송 및 우주 관광으로 초점이 옮겨지고 있다.

스페이스X, 블루 오리진, 버진 갤럭틱을 포함한 몇몇 회사들은 그 산업이 저궤도 운송과 우주 관광을 수행할 수 있게 해 줄 로켓 동력 저궤도 우주선 같은 플랫폼 개발에 집중하고 있다.

제시카 댈러스 뉴질랜드 우주국의 수석 정책 고문은 지난해 발간된 로켓 발사 배출가스 연구 분석 보고서(‘The environmental impact of emissions from space launches: A comprehensive review’)에서 “우주선의 발사로 인한 여러 가지 환경적 영향이 있지만, 성층권 오존 파괴는 가장 많이 연구된 가장 즉각적인 우려를 사는 부분”이라고 썼다.

세계적으로, 오존층을 파괴하는 염화불화탄소(CFC), 항공기에서 나오는 CO₂와 같은 배출원과 맞먹는 유해한 효과를 줄이도록 하기 위해 로켓 발사를 매년 100회 정도에서 이상 늘리면 안된다는 목소리도 나오는 이유다.

마레 교수는 “우리는 우주 관광 산업이 얼마나 커질 수 있을지 모른다”고 말한다.

새로운 시장 보고서에 따르면 세계 저궤도 교통 및 우주 관광 시장은 오는 2031년 25억 8000만 달러에 이를 것으로 추정되며, 향후 10년 동안 매년 17.15%씩 성장할 것으로 추산된다.

보고서는 “시장 활성화의 주 원동력은 우주 운송을 가능하게 하는 노력, 저궤도 운송 분야의 신흥 스타트업, 저가 발사장 개발 증대 등이 될 것"이라고 밝혔다.

사람들은 이 억만장자들이 우주 기술에 쏟아 부은 돈을 기후 위기로 인해 지구가 따뜻해지면서 기후재난(산불, 폭염 등)이 더 빈번해지고 있는 우리 지구의 삶을 더 좋게 만드는 데 투자될 수 있다고 지적해 왔다.

로버트 라이히 전 미국 노동장관은 지난 7월 트위터에 “기록적인 폭염이 ‘불숨을 쉬는 구름 용’을 불러일으키고 바다생물을 조개껍질에서 요리해 죽이는 동안 억만장자들이 그들만의 사적인 우주경쟁을 하고 있다는 사실에 누군가가 경각심을 갖고 있는가?”라고 썼다.

마레 교수는 “우주 관광 산업이 성장함에 따라 주의를 촉구하며, 현재 사용되는 연료의 종류와 환경에 미치는 영향에 관한 국제 규정은 없다”며 ”우리는 현재 로켓 배출에 관한 어떠한 규제도 가지고 있지 않다. 억만장자들이 티켓을 구입하고 있는 지금이 바로 이 규제를 만들 시점이라고 말한다.

크리스 라무어 오벡스 최고경영자(CEO)는 “우리는 재생 가능하고 탄소 친화적인 연료를 사용하는 최초의 상용 궤도 우주 발사 회사가 될 것이다. 우리는 더 효율적이고 지속 가능한 대안들을 쉽게 구할 수 있기 때문에 심하게 환경을 오염시키는 화석 연료의 사용에서 벗어나야 할 때라고 믿고 있으며 훨씬 더 엄격한 규제가 시행되기를 바란다. 전 세계가 다음달 1,2일 영국 글래스고에서 열리는 제26회 유엔기후변화 협약 당사국 총회(COP26)에 참석하기 위해 준비하고 있는 가운데, 우리는 이미 구식 화석 연료 발사 솔루션의 대규모 탄소 배출을 피하는 완전히 지속 가능한 결정적인 해결책으로 이동했다”고 말했다. (COP26에는 문재인 대통령도 참석한다.)

국제 규제 기관들이 이 초기 우주관광 산업을 따라잡고 오염을 적절하게 통제하기 위해서는, 우주여행 산업이 지구의 대기에 미칠 영향에 대해 더 잘 이해할 필요가 있다.

이제막 우주로켓 발사에 성공해 발걸음을 뗀 우리에겐 꿈같은 얘기다. 그러나 어떻게든 따라잡아야 할 것 같다.