박테리아로 달·화성 광물채굴···우주 식민지 신기원 이유

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주로 금속으로 만들어진 것으로 생각되는 소행성 프시케의 일러스트.(사진=애리조나주립대)

흔히 지구의 광산에서 채광(採鑛·광물 채굴)하는 것은 엄청난 작업이다. 노지 광산의 경우 거대한 트럭부대와 채굴 로봇, 심지어 트럭 주유용 로봇까지 동원하는 작업이 되기도 한다.

그런데 우주에서 채굴을 해 광물질을 뽑아낼 때는 어떻게 할까? 과학자들이 우주에서 박테리아를 사용해 광물을 추출하는 방법에 성공했다. 지난 10일 네이처 커뮤니케이션즈는 국제우주정거장(ISS) 승무원들이 한 종의 박테리아를 사용해 화성과 달의 바위로부터 유용한 물질을 추출할 수 있다는 가능성을 확인시켜 주었다고 발표했다. 우주의 미세한 중력 환경에서도 바위로부터 그 비싼 희토류 원소 광물을 성공적으로 뽑아낼 수 있었다는 연구 결과였다.

노지 광산의 경우 거대한 트럭부대와 채굴 로봇, 심지어 트럭 주유용 로봇까지 동원한다. (사진=위키피디아)

◆ 박테리아로 우주 광산채굴····우주개발의 신기원인 이유

달에도 풍부한 현무암이 배양접시의 박테리아 용액에 담겨 있다. (사진=네이처)

이제 중력이 없는 우주에서도 미세한 박테리아로 광물자원을, 그것도 고가의 희토류 광물 자원을 캐내게 되면서 각광받는 기술로 떠오를 전망이다. 향후 달이나 화성의 우주 식민지 개발에 또다른 신기원을 열어 줄 것으로 평가받고 있다. 이 방법은 우주 생존에 필수적인 철과 마그네슘과 같은 금속과 광물을 개발하는 데 도움이 될 수 있기 때문이다. 연구자들은 박테리아가 언젠가 달이나 화성의 바위를 흙으로 분해해 농작물을 재배하거나, 공기와 물을 생산하는 생명 유지 시스템에 광물을 공급하는 데 사용될 수 있다고 말한다.

실험에 사용된 것은 고작 성냥갑 크기의 장치로서 생물학 채광로(biomining reactors)로 불리는데 영국 에든버러 대학 우주생물학 센터 과학자들이 10년 동안 개발했다. 이 장치 중 18개가 지난해 7월 미국 플로리다주 케이프 커내버럴 기지에서 스페이스X 로켓에 실려 지구 상공 400km 저궤도 상의 국제우주정거장(ISS)으로 전달됐다. 생물학채광로는 각각 달과 화성에 흔한 현무암의 작은 조각들이 실려서 박테리아 용액에 잠겨 있는 채로였다. 이 3주 간의 실험은 화성과 달의 환경을 흉내내기 위해 지구궤도에 있는 ISS의 미세한 중력 조건에서 수행됐다.

거의 무중력 상태인 국제우주정거장(ISS)에서 영국 에든버러대 연구진이 개발한 우주채광로로 연구하는 모습. 이 채광로에는 우주에 가장 풍부한 현무암과 박테리아 용액이 들어있다. (사진=네이처)

연구 결과는 놀라웠다. 박테리아가 달과 화성의 환경에서 현무암으로부터 희토류 원소를 추출하는 능력을 최대 400%까지 향상시킬 수 있다는 것을 보여주었다. (알려졌다시피 희토류 원소는 휴대폰, 컴퓨터, 자석 등에 널리 사용된다. 말그대로 희귀한 광물자원으로 전 세계에서 중국에 가장 많이 매장돼 있다.) 미생물은 또한 암석으로부터 구리, 금과 같은 경제적으로 유용한 원소를 추출하기 위한 소위 생물학적 채광 과정에 일상적으로 사용된다. 연구원들은 “이 새로운 실험은 중력이 이곳(미세중력 조건하의) 미생물 성장에 어떤 영향을 미치는지에 대한 새로운 데이터도 제공했다”고 밝혔다. 이 프로젝트를 이끈 찰스 코켈 에든버러대 물리천문학부 교수는 “우리의 실험은 태양계 전반에 걸쳐 생물학적으로 강화된 원소 채광의 과학적 기술적 실현 가능성을 뒷받침한다”고 말했다. 공학 회사인 케이서 이탈리아(Kayser Italia)가 실험에 사용된 소형 채광로들은 만들었다.

◆ 달에 있는 광산 채굴에 생산적 방향 제시

이러한 원소들을 우주에서 캐내더라도 지구로 가져오는 것은 경제적으로 실행 가능성이 떨어진다. 우주 채광(埰鑛)의 장점은 다른 데 있다. 그대로 우주에서 채광해 잠재적으로 우주에서 생활하게 될 인간의 생존을 돕는 것이다.

희토류가 풍부하게 매장돼 있는 것으로 알려진 달 폭풍우의 바다. (사진=위키피디아)

코겔 교수는 “예를 들어 우리의 연구 결과는 지구 너머 희토류 원소가 풍부하게 농축된 암석이 있는 달의 폭풍우의 바다(Oceanus Procellarum)지역에 로봇과 인간이 사용할 탄광 건설이 인간의 과학과 경제 발전에 하나의 생산적 방향이 될 수 있음을 시사한다”고 말했다. (폭풍우의 바다는 달표면 북위 40°에서 남위 10°까지, 서경 30°에서 70°에 이르는 약 320만 ㎢의 평지를 말한다.)

이 프로젝트에 참여한 이 대학 물리천문학부의 박사후 과학자인 로사 산토마르티노 박사는 “미생물은 매우 다재다능하며 우리가 우주로 이동하면서 다양한 과정을 수행하는 데 사용될 수 있다. 원소 채굴은 잠재적으로 그 중 하나다”라고 말했다.

영국우주청의 인간 탐사 프로그램 매니저인 리비 잭슨은 “생물학바위(BioRock)의 과학적 발견이 출판되는 것은 멋진 일이다. 이 같은 실험은 영국우주청을 통해 영국이 유럽우주국(ESA)의 탐사 프로그램에서 어떻게 중추적 역할을 수행하고 있는지를 보여준다”고 말했다. 그는 “생물학바위 같은 실험에서 나온 발견은 인간이 태양계를 더 탐험할 수 있게 해주는 기술을 개발하는 데 도움이 될 뿐만 아니라, 광범위한 분야의 과학자들이 지구상에서 우리 모두에게 이익이 될 수 있는 지식을 얻는 데에도 도움이 될 것”이라며 기대감을 드러냈다.

학술저널 네이처 커뮤니케이션에 게재된 이 연구는 영국우주청과 유럽우주국(ESA), 그리고 영국 연구혁신(UK Research and Innovation) 산하 과학기술 시설 위원회(Science and Technology Facilities Council)의 지원을 받았다.

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