“우주서 산소 자급” 자석이 물 분해 2배 가속

자기장이 물 분해 전극서 기포 분리해

우주 공간에서 물을 수소와 산소로 분해해 소형 로켓 엔진에서 연소시켜 추력을 얻는 모습./미 항공우주국(NASA)

우주 탐사에서 산소는 필수 자원이다. 우주인이 숨 쉴 공기가 되고, 우주선의 연료를 태워 추진력도 만든다. 그렇다고 산소 탱크를 우주까지 지고 갈 수 없다. 지금까지 국제우주정거장(ISS)에서는 복잡한 기계 장치를 이용해 물을 전기 분해해 산소를 얻었다.

과학자들이 우주에서 산소를 생산하는 속도를 획기적으로 높일 방법을 찾았다. 물 분해 장치에 자석을 붙이는 방법이다. 물 분해 속도가 높아지면 전력 소모나 부품 고장 가능성도 그만큼 줄어들어 장기 우주 탐사에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.

미국 조지아 공대, 독일 브레멘대를 포함한 국제 연구진이 19일 국제 학술지 ‘네이처 화학(Nature Chemistry)’에 자석을 활용해 물 전기 분해 속도를 기존 대비 최대 240%까지 높이는 데 성공했다고 밝혔다.

전기 분해는 전기에너지를 이용해 물을 산소와 수소로 쪼개는 과정이다. 지구에서 물 전기 분해가 잘 되는 이유는 기포가 위로 뜨는 부력 때문이다. 전극에서 발생한 산소와 수소 기포가 자연스럽게 떨어져 나가며 분해 반응이 원활히 이어진다.

하지만 우주처럼 중력이 거의 없는 환경에서는 기포가 전극 표면에 달라붙는다. 콜라에 있는 기포가 위로 뜨지 않고 유리컵 내부에 붙어 있는 것과 비슷하다. 이 때문에 산소 생산량이 크게 줄어드는 문제가 있었다. 장치를 흔들거나 물질을 섞는 교반기를 돌리는 방식이 제안됐지만, 오히려 에너지를 더 소비해 실용성이 떨어졌다.

연구진은 미세 중력 환경을 재현한 뒤 네오디뮴 자석을 전기분해 장치에 적용했다. 그러자 자석의 자기장이 전극 주변에 영향을 주면서 산소 기포가 더 쉽게 떨어져 나갔다. 실험 결과, 지구에서 얻을 수 있는 효율과 거의 비슷한 수준까지 분해 효율을 높일 수 있었다. 자석 하나로 보조 장치 없이도 물 분해의 효율을 크게 높이면서 전력 소모와 고장 가능성을 낮춘 것이다.

이번 연구는 아직 개념 증명 단계이지만 상용화 가치가 워낙 커서 벌써 주목을 받고 있다. 달이나 화성에 얼음 상태로 있는 물을 분해하기 쉬워지면 장기 우주 탐사에서 핵심 자원인 산소를 자급자족할 가능성이 커지기 때문이다.

연구진은 “앞으로 실제 우주 환경에서 추가 실험이 필요하지만, 미래의 우주 여행에서 사용할 수 있는 물 분해 장치를 개발하는 데 중요한 단서가 될 것”이라고 밝혔다.

참고 자료

Nature Chemistry(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-025-01890-0

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