미 항공우주국 나사(NASA)는 2024년까지 인간을 다시 달에 보내려는 아르테미스 계획을 발표하는 등 달에 재진출하려는 움직임이 높아지고 있다. 달은 인간의 생존에 적합한 환경은 아니지만 연구자들은 다양한 방법으로 달 환경을 개선하는 방법을 모색하고 있으며 달 퇴적물에서 산소를 효율적으로 추출하는 방법을 개발했다고 한다.
당연한 얘기지만 산소는 인간이 살아가기 위해 필수적이다. 달에는 산소가 없는 게 당연하다고 생각하기 십상이지만 실제로는 달 표면을 덮고 있는 표토(regolith)는 많은 산소 원자를 포함하고 있다. 이런 표토에서 산소 원자를 추출해 인간에게 살기 좋은 환경을 정돈할 가능성이 있는 것이다.
달에서 채취한 표토 샘플을 분석한 결과를 보면 표토 무게 중 40∼45%가 산소 원자인 것으로 판명됐다고 한다. 산소 원자를 이용하는 데 있어서 큰 문제가 있다는 것. 글래스고대학 화학자인 베다니 로맥스(Bethany Lomax)는 “산소는 귀중한 자원이지만 산화물로 광물이나 유리와 과학으로 결합되어 있기 때문에 곧바로 사용할 수 없다”고 지적한다.
이런 이유로 그의 연구팀은 표토에서 산소 원자를 추출하는 방법을 개발해 실험을 실시했다. 실제 표토 샘플을 실험에 쓸 수 없지만 분석한 표토의 과학적 특성과 입자 크기를 지상 물질로 재현한 모의 표토를 실험에 사용했다고 한다.
모의 표토로 산소를 추출하는 이전 방식은 수소 원자를 이용해 산화철을 환원해 물을 생성한 다음 물을 전기 분해해 산소를 분리하는 수법을 이용했다. 하지만 이런 기술은 과정이 복잡할뿐더러 비효율적이거나 효율을 높이는 경우 표토가 녹을 만한 고온으로 가열할 필요도 있기 때문에 그다지 실용적이지 않았다고 한다.
연구팀은 화학 환원해 물을 생성하는 과정을 생략하고 모의 표토를 직접 전기 분해하는 방식을 택했다. 산소 추출은 용융염 전해라는 방법을 이용해 이뤄졌는데 기존 방식보다 높은 효율을 달성할 수 있다는 이유에서다.
연구팀은 먼저 모의 표토 분말을 바구니에 넣어 전해질로 염화칼슘을 첨가하고 혼합물을 섭씨 950도로 가열했다. 그리고 전류를 흘리면 전기 분해가 일어나 산소가 추출되는 구조다. 실험 결과 처음 15시간에서 75% 산소를 추출할 수 있었고 50시간에는 모의 표토 분말에서 96% 산소를 추출하는데 성공했다. 추출된 산소 중 3분의 1이 재사용 가능한 상태에서 발견되고 나머지는 반응 용기의 부식에 의해 잃었다. 하지만 그래도 기존 방식보다 높은 효율로 산소를 추출하는데 성공했다. 또 부식에 의해 추출한 산소가 없어지는 문제는 기술 개선으로 해결될 것으로 보이고 있다고 한다.
또 모의 표토 분말에서 산소를 제거한 결과 남은 물질은 합금으로 생성됐다고 한다. 합금은 다른 용도로 재사용할 수 있다. 전문가들은 이 같은 과정은 달 개척에 필요한 연료와 생명 유지에 필요한 산소에 접근이 가능해지는 건 물론 현장 제조용 합금 등 다양한 활용이 가능할 것이라고 밝히고 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.