우주에 데이터 센터를? 일론 머스크가 '페로브스카이트'에 베팅하는 진짜 이유

최근 글로벌 산업계의 시선이 다시 한번 우주로 향하고 있습니다. 그 중심에는 일론 머스크가 이끄는 스페이스X와 인공지능 기업 xAI의 합병 소식, 그리고 텍사스에 구축 중인 거대 데이터 센터 '콜로서스(Colossus)'가 있습니다. "우주에 데이터 센터를 짓겠다"는 구상은 더 이상 공상과학 소설의 이야기가 아닙니다. 하지만 여기에는 거대한 걸림돌이 하나 있습니다. 바로 '에너지'입니다.

지상에서는 밤이나 구름 때문에 태양광 발전에 제약이 생기지만, 우주에서는 24시간 내내 태양 에너지를 쏟아낼 수 있습니다. 하지만 문제는 이 막대한 전력을 생산할 장치를 어떻게 경제적으로 우주에 올리느냐는 것이죠. 일론 머스크가 최근 차세대 태양전지 소재인 '페로브스카이트'에 주목하는 이유가 바로 여기에 있습니다.

 

 

왜 실리콘은 우주의 방사선을 버티지 못할까?

지상에서 우리가 흔히 보는 태양광 패널의 95%는 실리콘 기반입니다. 하지만 우주 환경에서 실리콘은 사실상 '퇴출' 대상입니다. 1958년 발사된 세계 최초의 태양광 위성 '밴가드 1호'는 실리콘 패널을 장착해 약 9%의 효율을 기록하며 우주 에너지 시대의 서막을 열었습니다. 하지만 실리콘은 치명적인 약점이 있습니다. 태양 직사광선을 바로 받는 우주에서는 온도가 급격히 올라가는데, 실리콘은 고온에서 효율이 뚝 떨어질 뿐만 아니라 우주 방사선에 노출되면 수명이 급격히 단축됩니다.

그래서 현재 대부분의 위성은 '갈륨 비소(GaAs)' 기반 패널을 사용합니다. 20% 후반대의 높은 효율을 자랑하며 고온과 방사선에도 강한 내구성을 보입니다.

"우주에서는 효율이 전부다. 아무리 비싸도 상관없다. 수리가 불가능한 극한 환경에서 군사적 우위를 점하고 임무를 완수하기 위해서는 내구성과 성능이 최우선이기 때문이다."

국가 주도의 우주 개발 시대에는 이 논리가 통했습니다. 하지만 일론 머스크의 생각은 다릅니다. 그는 100GW 규모의 우주 태양광을 구상하고 있는데, 갈륨은 가격이 너무 비싸고 공정이 복잡해 그만한 규모를 감당할 수 없습니다. 바로 여기서 '페로브스카이트'라는 게임 체인저가 등장합니다.

 

'0.5마이크로미터'의 마법: 종이처럼 접는 태양전지

비용 효율성을 위해 러시아 로켓을 사는 대신 자체 제작(수직 통합)을 선택했던 머스크에게 페로브스카이트는 거부할 수 없는 유혹입니다. 이 소재의 가장 큰 매력은 압도적인 '가벼움'입니다.

기존 실리콘 웨이퍼가 빛을 충분히 흡수하기 위해 약 200마이크로미터(μm) 두께가 필요한 반면, 페로브스카이트는 단 0.5마이크로미터면 충분합니다. 머리카락 두께의 수백 분의 일 수준이죠. 소재가 얇으니 가볍고, 유연(Flexibility)합니다. 이는 우주 발사 비용 절감과 직결됩니다.

상상해 보십시오. 우주선 안에서 마치 낙하산이나 종이접기처럼 쪼그려 접혀 있던 거대한 태양광 패널이 우주 공간에 도달했을 때 돛처럼 펼쳐지는 모습을 말입니다. 페로브스카이트는 머스크가 추구하는 '저비용·고효율 우주 운송' 철학에 완벽하게 부합하는 소재입니다.

 

33.7%의 벽을 깨라: 탠덤(Tandem) 기술의 혁명

태양전지에는 '쇼클리-퀘이서 한계(33.7%)'라는 이론적 효율 장벽이 존재합니다. 단일 소재로는 태양 빛의 33.7% 이상을 전기로 바꿀 수 없다는 법칙이죠. 여기서 '밴드갭(Bandgap)'이라는 개념이 등장합니다. 밴드갭은 전자가 전기를 흐르게 하기 위해 넘어야 할 '에너지 장벽'입니다. 장벽이 너무 낮으면 에너지가 열로 새어버리고, 너무 높으면 약한 에너지를 아예 흡수하지 못합니다.

엔지니어들은 이 한계를 넘기 위해 '다중 접합(탠덤)'이라는 묘수를 찾아냈습니다. 1+1 구조로 층을 쌓는 것이죠.

• 상부층 (페로브스카이트): 높은 밴드갭을 활용해 고에너지 광자를 잡아냅니다.

• 하부층 (실리콘 또는 다른 소재): 상부층을 통과한 저에너지 광자를 마저 흡수합니다.

이런 식으로 서로 다른 영역의 빛을 분담해서 받으면 이론상 40% 이상의 효율도 가능합니다. 현재는 페로브스카이트끼리 쌓는 '올-페로브스카이트 탠덤' 기술까지 연구되고 있으며, 이미 실리콘과 결합해 33.9%의 효율을 달성하며 마의 장벽을 넘어섰습니다.

 

한국의 기술력 vs 중국의 양산 능력: 누가 먼저 깃발을 꽂을 것인가?

페로브스카이트의 '두뇌'는 한국입니다. 일본에서 처음 아이디어가 나왔지만, 이를 고체화하여 실제 태양전지로 쓸 수 있게 만든 것은 성균관대학교 박남규 교수팀(2012년)입니다. 이후 한국은 UNIST 등 연구진을 통해 세계 최고 수준의 공인 효율(26.3%) 기록을 쏟아냈습니다.

글로벌 기술 표준의 척도인 미국 재생에너지 연구소(NREL) 인증 기록에서도 한국은 늘 선두권입니다. 기업인 한화솔루션은 상용화가 가능한 M10 사이즈 셀에서 28.6%의 효율을 달성하며 양산 준비를 마쳤습니다.

하지만 중국의 공세가 무섭습니다. 중국 기업 GCL은 2025년 6월까지 1GW급 대규모 양산 공정을 가동하겠다고 선언했습니다. 중국의 론지(LonGi) 같은 기업은 34.8%의 효율을 달성했다고 주장하지만, 이는 아직 NREL 같은 공인 기관의 인증을 거치지 않은 수치입니다. 그럼에도 불구하고 중국은 압도적인 소재·부품·장비(소부장) 공급망을 앞세워 시장 장악을 시도하고 있습니다.

 

결론: '머스크 변수'가 가져올 불확실성과 미래

현재 태양광 시장은 총성 없는 전쟁터입니다. 미국이 중국산 패널에 고율 관세를 매기자 중국은 동남아시아 4개국을 우회하는 편법을 썼고, 미국은 이마저도 차단했습니다. 이런 기술 패권 전쟁 속에서 '머스크'라는 변수가 등장한 것입니다.

비용 효율성을 위해서라면 국적을 가리지 않는 머스크가 한국의 '압도적 기술력'을 택할까요, 아니면 중국의 '거대한 양산 공급망'을 택할까요? 만약 머스크가 우주 데이터 센터를 위해 중국의 솔루션을 선택한다면, 한국으로서는 기술 종주국의 위상을 뺏길 수도 있는 고전적인 위기 상황입니다.

과연 한국은 독보적인 NREL 공인 효율과 원천 기술을 무기로 '우주 태양광'의 표준이 될 수 있을까요? 아니면 중국의 거대한 양산 파도에 밀리게 될까요? 우주를 향한 에너지 패권 전쟁은 이제 막 카운트다운을 시작했습니다.