우주에서 물을 구하는 두가지 방법

화성 탐사과정에서 모래 폭풍을 만나 일행과 떨어져 실종된 맷 데이먼(과학자 마크 와트니 역할)이 화성에서 혼자 생존하는 과정을 그린 영화 '마션'의 하이라이트는 탈출보다 감자를 키우는 과정이다.

실험용으로 가져갔던 감자를 재배해 식량으로 사용하는 과정에서 가장 중요한 물을 만드는 모습은 많은 관객들의 호기심을 자아냈다.


영화에서 맷 데이먼은 탈출선의 추진연료인 '하이드로진(수소와 질소 화합물)에서 이리듐 촉매를 활용해 수소를 분리하고, 산소발생기에서 얻은 산소와 결합시켜 물을 만드는 과정을 보여준다. 실제 우주에서 가능한 일인지를 두고, 영화 상영 이후 과학적 분석과 논란이 일기도 했다.

2015년 맷 데이먼이 주연한 영화 '마션' 포스터

영화처럼 이런 일이 실제 화성이나 우주에서 가능할까.


화성의 대기에는 95% 가량이 이산화탄소(CO2)여서 산소를 얻는 것은 수소만 있으면 어렵지 않을 것으로 보인다. 탄소와 수소를 결합시켜 메탄을 만들고 산소를 떼어내는 과정이 가능하고, 실제로도 화성의 대기에서는 메탄과 소량의 산소가 발견되고 있다. 메탄에서 수소를 추출하고 이를 산소와 결합하면 물을 얻을 수도 있다.

지구 상공 400km 지점에서 매일 지구를 16바퀴씩 돌고 있는 국제우주정거장(ISS)에서는 이런 방법이 아닌 다른 두 가지 방법으로 물을 얻고 있다.

첫번째는 지구에서 가져간 물을 정수기를 통해 정화해서 재사용하는 방법이다. 인체의 70%가 물인데 인체에서 나오는 땀이나 눈물, 소변 등도 정수해서 실제 사용하고 있다.

우주는 무중력 상태이기 때문에 이런 수분을 그냥 두면 공중에 떠 다니고 기계의 고장 요인도 돼 진공청소기와 같은 흡입력이 강한 집수기로 물을 모아서 정수해서 재활용한다.

우주개발시대에 만들어진 제품으로는 이같은 정수기나 진공청소기 외에도 전자레인지나 연료전지 등이 있다.

두번째 물을 만드는 방법으로는 연료전지를 활용하는 방법이다. 산소와 수소를 연료전지를 통해 결합시키는 과정에서 나오는 물과 전기를 우주정거장 내에서 사용한다.

우주정거장 내에서 호흡하기 위해 산소가 필요한데, 이를 얻기 위해서는 태양광 패널에서 받은 전기로 물을 산소와 수소로 전기분해해서 이를 활용한다. 우선 물을 호흡하는데 필요한 산소로 분리하고, 이 산소호흡 이후 나오는 이산화탄소를 활용해 다시 물을 만드는 과정의 순환을 반복하는 것이다.

과거에는 물을 전기분해해 나온 산소는 호흡하는 데 쓰고, 수소는 버렸는데, 우주정거장 내 호흡과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 처리하기 위해 이 수소를 활용하면서 물을 다시 얻었다.

수소와 이산화탄소를 결합시키면서 물(H2O)과 메탄(CH4)이 발생하는데, 이 메탄은 활성탄으로 흡착하고, 물은 마시거나 씻는데 활용한다.