NEO 채굴: 희귀 금속 재료의 공급을 유지하기 위해

향후 10년 동안 인류가 직면하게 될 가장 큰 기술적 문제는 희토류 금속과 같은 가용 자원의 수입니다. 인구가 지속적으로 증가하고 전기 자동차, 배터리, 휴대폰 및 기타 휴대용 장치와 같은 기술 응용 분야에서 희토류 금속의 사용이 증가함에 따라 이러한 제품을 만드는 데 필요한 자원에 대한 수요가 기존의 공급 라인과 전 세계 금속 매장량에 압박을 가하고 있습니다. 이러한 희귀 금속과 화합물은 사용량이 급격히 증가하면 지구에서 완전히 제거될 것입니다(Hayes, 2020). 일부 해결책은 우선 배터리와 같은 희토류 제품의 재활용 효율을 높여서 이러한 제품을 만드는 데 더 적은 재료가 필요하도록 하는 것입니다. 이러한 해결책은 지금 당장 실현 가능합니다. 하지만 이러한 해결책만으로는 희토류의 공급을 장기적으로 유지하는 데 도움이 되지 않습니다. 첨단 기술을 구축하기 위한 재료 공급과 함께 기술 개발을 지속할 수 있는 가장 잠재력이 큰 해결책은 근지구물체(NEO)의 채굴이라는 점진적인 해결책이 필요합니다.

소행성 채굴은 일반적으로 소행성 채굴이라고 합니다. 소행성대, 심지어 지구 궤도 근처에도 첨단 기술 사회에 필요한 물질이 담긴 소행성이나 기타 천체가 지나갑니다. 가장 가치 있는 것은 주로 금속으로 구성된 M형 소행성입니다. 이러한 금속 소행성은 철/니켈 물질로 구성된 경우가 많습니다. 일부 소행성에는 코발트, 금, 백금과 같은 다른 귀중한 금속도 포함되어 있는 것으로 생각됩니다(Lewis, 1998),(Elvis, 2021). 특히 리튬 이온 배터리를 사용할 때 고품질의 니켈과 코발트는 배터리 기능에 필수적입니다. 지구상에서 이러한 재료는 비인간적이거나 열악한 작업 조건이 있는 일부 지역으로 제한되어 있습니다.

NEO의 또 다른 범주는 물을 함유한 것입니다. 유엔은 향후 10년이 지나면 지구 인구가 85억 명으로 증가하여 10억 명의 4분의 3이 늘어날 것으로 예측하고 있습니다(유엔, 2015). 마찬가지로 카스텔로(2021)는 지구 표면의 70%가 물이며, 담수는 3%에 불과하다는 사실을 발견했습니다. 접근이 불가능한 담수를 모두 고려하면 0.4%만이 사용 가능하고 마실 수 있는 물입니다. 나머지 0.4%는 2030년까지 예상되는 85억 명의 인구가 공유하게 될 것입니다. 앞서 언급했듯이 일부 NEO는 물을 포함하고 있으며, 밀폐된 공간에서 열과 같은 간단한 기술로도 풍부한 물을 공급할 수 있습니다. 이 물은 지구에서 탈수, 가뭄 또는 물 부족을 피하기 위해 분배될 수 있습니다.

하지만 이러한 기술과 인프라를 개발하는 것이 쉽지도, 저렴하지도, 빠르지도 않다는 점을 분명히 말씀드리고 싶습니다. 그럼에도 불구하고 이는 인류의 생존과 발전에 필수적입니다. 금속, 물, 기타 필수 화합물의 유입은 건설, 항공, 자동차, 재생 에너지 등 기술 및 식량 이외의 산업과 지구상의 거의 모든 산업에서 필요로 하는 스트레스를 완화할 것입니다.

이러한 물질은 접근이 용이할 뿐만 아니라 결과적으로 저렴해질 것입니다. 예를 들어 에너지 저장 분야에서 소행성에서 1등급 니켈이 상당량 채굴되면 배터리 가격을 크게 낮출 수 있으며, 이러한 절감 효과는 소비자에게 돌아갈 것입니다. 이러한 낙수 효과는 에너지 저장 장치와 전기 자동차의 접근성을 높일 것입니다. 건물용 강철이나 차체용 알루미늄과 같은 단순한 응용 분야에서도 생산 비용을 크게 낮출 수 있습니다.

우주 산업 현대화의 의도하지 않은 결과는 궤도나 달 표면에서 소행성을 포획하고 채굴하거나 지구로 운반할 수 있는 인프라를 구축하는 것입니다. 이러한 인프라는 우주 산업을 발전시킬 것입니다. 더 적은 재정 투자로 더 많은 사람들이 우주에 접근할 수 있는 환경을 조성함으로써 우주에서 채굴된 금속은 새로운 궤도 우주 정거장이나 달 식민지를 위한 건설 자재를 제공할 수 있습니다. 이러한 새로운 구조물은 재료를 채굴하고 정제하는 데 도움이 될 것입니다. 결과적으로 지구를 떠나는 로켓은 지구가 아닌 우주에서 건축 자재를 조달할 수 있기 때문에 더 작고 더 많은 승객을 태울 수 있게 될 것이며, 지상에서 가져오는 화물의 필요성이 줄어들 것입니다. 또한 궤도에 도달하는 데 필요한 연료의 양을 줄임으로써 비용을 최소화할 수 있습니다. 승객이 많고 탑재량이 적은 로켓은 연료가 적기 때문에 궤도 발사에 드는 1인당 비용이 급감하게 됩니다(Weinzierl & Sarang, 2021). 광산업체들은 기지나 궤도 정거장을 건설할 때 다른 태양 내 임무를 위한 기회를 제공함으로써 개발 비용을 상쇄할 수 있습니다. 화성이나 태양계의 다른 곳으로의 미션은 이러한 항구 건설을 통해 실현 가능해질 것입니다.

이 아이디어는 야심차고 쉽지 않은 일이지만, 인류는 다음 세기까지 생존하기 위해 NEO 채굴과 그 이상의 일을 수행해야 합니다. 희토류 금속과 물을 확보하면 80억 또는 90억 인구가 삶의 질을 떨어뜨리지 않고도 지속 가능한 지구 환경을 조성할 수 있습니다. 건축 자재에 대한 접근성이 높아지면 새로운 건물과 인프라를 더 저렴하게 개발하고 건설할 수 있습니다. 마지막으로 소행성 채굴은 인류가 안전한 태양계 내 종족이 될 수 있는 분기점으로, 태양계를 통해 인류의 생명체를 공급하고 지구에 심각한 외상이 발생했을 때 보다 안전한 종족을 만들 수 있습니다.

참고 문헌

카스텔로, J. (2021, March 6). 지구상의 식수 비율은 얼마입니까? 세계 물 보호 구역. https://worldwaterreserve.com/water-crisis/percentage-of-drinkable-water-on-earth/.

Elvis, M. (2021). 소행성: 소행성 : 사랑, 두려움, 탐욕이 우주에서 우리의 미래를 결정하는 방법. 예일 대학 출판부.

Hayes, C. (2020, September 14). 원자재가 고갈되면 어떻게 될까요? RSS. https://eandt.theiet.org/content/articles/2020/09/what-will-happen-when-the-raw-materials-run-out/.

Lewis, J. S. (1998). 하늘을 채굴하다: 소행성, 혜성 및 행성의 알려지지 않은 재물. 애디슨-웨슬리.

United Nations. (2015). 인구 2030 : 지속 가능한 개발 계획을위한 인구 통계 학적 도전과 기회. 유엔, 경제 사회부, 인구과. https://www.un.org/en/development/desa/population/publications/pdf/trends/Population2030.pdf.

Weinzierl, M., & Sarang, M. (2021, February 12). 상업적 우주 시대가 여기에 있습니다. 하버드 비즈니스 리뷰. https://hbr.org/2021/02/the-commercial-space-age-is-here.

참고: 이 기사는 Stanford Advanced Materials College Scholarship 2021에 제출된 기사입니다.