태양계 이야기 928 - 박테리아를 이용해서 화성 표면에서 연료를 만든다

(Photobioreactors the size of four football fields, covered with cyanobacteria, could produce rocket fuel on Mars. Credit: BOKO mobile study)

화성 대기에는 이산화탄소가 풍부하고 지표 아래에는 얼음 형태의 물이 있을 가능성이 있습니다. 그리고 지구보다는 태양광이 약하지만, 지속적으로 태양에너지를 받을 수 있습니다. 이런 사실을 종합하면 화성 표면에서 로켓 연료와 기타 자원을 자체 조달하는 일이 얼마든지 가능합니다.

문제는 화성 표면에 연료 생산 시설을 설치하기 위해서는 막대한 연료와 비용이 필요하다는 것입니다. 배보다 배꼽이 더 커지지 않기 위해선 최대한 가볍고 효율적인 생산 방법이 필요합니다. 조지아 공대 (Georgia Institute of Technology)의 과학자들은 미생물이 해결책이 될 수 있다는 연구 결과를 발표했습니다.

연구팀은 화성 현지에서 물과 이산화탄소를 조달한 후 두 가지 미생물을 이용한 로켓 연료 생산 방법을 제안했습니다. 우선 시아노박테리아 (cyanobacteria)가 태양 에너지와 물, 이산화탄소를 이용해 당류 (sugar)를 만들면 이를 유전공학적으로 만든 대장균이 대사해 2,3-뷰테인다이올(2,3-butanediol), (CH3CHOH)2))로 합성하는 것입니다.

2,3-뷰테인다이올은 살충제나 플라스틱의 원료 물질 중 하나로 로켓 연료로도 사용이 가능하다고 합니다. 산화제로는 시아노박테리아가 내놓는 산소를 이용하면 충분합니다. 연구팀은 미생물을 사용한 바이오 ISRU (bio-ISRU, biotechnology based in situ resource utilization)가 다른 화학 공정을 이용한 방법보다 3배 정도 에너지 효율이 우수하다고 보고 있습니다. 미생물 자체가 복잡한 화학 공장으로 증식을 통해 쉽게 확장이 가능하기 때문에 지구에서 복잡한 생산 시설을 가져가는 것보다 훨씬 낫다는 것입니다.

아이디어는 그럴 듯해 보이지만, 연구팀이 예시로 든 바이오 생산 시설을 화성 표면에 건설하는 데는 천문학적인 비용이 들 가능성이 높습니다. 다만 언젠가 인류가 화성에 정착하기 위해서는 반드시 현지 자원을 이용한 생산 시설이 필요하다는 점을 생각하면 이런 기초 연구는 꼭 필요합니다.

참고

https://phys.org/news/2021-10-martian-rocket-biofuel-mars.html

Nicholas S. Kruyer et al, Designing the bioproduction of Martian rocket propellant via a biotechnology-enabled in situ resource utilization strategy, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26393-7

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