우주 농업 기술 중 우주에서 해조류·조류를 재배하는 기술

인류는 더 이상 우주를 단순한 탐사의 대상으로만 보지 않는다. 장기 우주 체류 및 외행성 거주 가능성이 현실화되면서, 폐쇄된 환경에서의 식량 자급 시스템은 필수적인 인프라가 되었다. 이러한 조건에서 특히 주목받는 것이 해조류와 조류(藻類)다. 이들은 지구에서도 극한 환경에서 살아남는 생명체로, 빠른 생장 속도, 높은 단백질 및 비타민 함량, 산소 생산 능력 등을 갖추고 있다.

 

 

기존의 식물 재배 시스템은 많은 공간, 물, 영양분을 필요로 하지만, 해조류와 조류는 미세한 공간에서도 고밀도 생장이 가능하고, 자원 소비가 적으며, 생명 유지에 직접 기여하는 다기능 자원으로 평가받는다. 이 글에서는 우주에서 해조류 및 조류를 재배하기 위한 기술 구조, 환경 조건, 생태계 내 역할, 실증 실험 사례 등을 중심으로 그 가능성과 한계를 상세히 분석한다.

 

해조류·조류의 특징과 우주 식량으로서의 장점

해조류와 조류는 지구상에서 가장 오래된 생물 중 하나이며, 고광합성 효율, 빠른 생장 속도, 높은 단백질 비율 등의 특성을 가진다. 예를 들어, 스피룰리나(Spirulina)와 클로렐라(Chlorella)는 건조 기준 단백질 함량이 각각 60~70%에 달하며, 철, 칼슘, 마그네슘, 비타민 B12 등도 풍부하게 포함하고 있다.

이러한 조류는 광합성 과정에서 이산화탄소를 흡수하고 산소를 생성하기 때문에, 우주 공간의 폐쇄 생태계 내에서 기체 순환 유지에 기여할 수 있다. 동시에 수분과 자원을 거의 소비하지 않고, 고밀도로 재배할 수 있는 구조는 제한된 우주 기지 내부에서 공간을 절약하며 식량과 공기를 동시에 생산할 수 있는 이점을 제공한다.

또한, 일부 조류는 면역 기능 강화, 항산화 작용, 장내 미생물 균형 유지 등 건강 기능성 식품으로도 활용될 수 있어, 단순 영양 공급 이상의 가치를 가진다. 이는 우주인의 심리적 안정, 건강 유지, 복구 회복력 등에 직결되는 요소로 작용할 수 있다.

 

광생물 반응기: 조류 재배의 핵심 장치

우주에서 조류를 재배하기 위해서는 자연조건을 인공적으로 모사할 수 있는 시스템이 필요하다. 그 중심에 있는 것이 바로 광생물 반응기(Photobioreactor)다. 이는 밀폐된 용기 내에서 빛, 이산화탄소, 영양분, 온도, pH, 교반 조건 등을 정밀 제어하여 조류를 재배하는 장치다.

이 시스템은 일반적으로 투명 튜브형, 패널형, 또는 백 타입으로 설계되며, 내부에 조류 배양액이 지속적으로 순환되면서 LED 광원으로 인공 광합성을 유도한다. 특히 우주 환경에서는 중력 부족과 유체 흐름 제어의 어려움이 존재하므로, 광생물 반응기는 폐쇄형 순환 구조로 액체를 제어하며, 마이크로 펌프, 모세관 효과, 스펀지 구조 등을 활용해 영양분 전달과 가스 교환을 수행한다.

NASA와 ESA는 이미 ISS 내에서 소형 광생물 반응기를 활용한 조류 배양 실험을 수행했으며, ClairBio, MELiSSA 프로젝트, BioNutrients 프로젝트 등은 이러한 기술을 확장해 우주 장기 체류에 필요한 산소 + 단백질 + 항산화물질의 통합 생산을 목표로 개발되고 있다.

 

조류 생장에 필요한 환경 조건과 우주 적용 전략

조류는 단순해 보이지만, 생장에 필요한 조건은 민감하게 작용한다. 적정 광량, 온도(2030℃), pH(68), 영양 염류(N, P, K, Mg 등), CO₂ 공급, 산소 제거, 교반 등이 조화롭게 유지되어야 한다. 우주 환경에서는 중력이 거의 없기 때문에, 가스가 액체에 제대로 녹지 않거나, 침전이 어려운 문제가 발생한다.

이를 해결하기 위해 개발된 전략이 바로 기체-액체 교환 모듈, 마이크로버블 기술, 정밀 센서 기반 피드백 루프 시스템이다. 광생물 반응기에 내장된 센서가 CO₂, O₂ 농도, pH, 광 투과율 등을 실시간으로 감지하고, 자동으로 조절함으로써 조류의 생장 조건을 최적화한다.

또한 우주 방사선은 미세 생명체에 큰 영향을 줄 수 있기 때문에, 방사선 차폐 기술과 유전적 내성 조류의 선별도 중요한 기술 요소다. 최근에는 유전자 편집 조류를 이용해 방사선 내성과 고효율 광합성 특성을 가진 종을 개발하는 연구도 진행되고 있다. 이는 향후 화성이나 달에서 야외 배양을 가능하게 할 수 있는 기반 기술로 주목된다.

 

조류와 생태계 통합: 폐쇄형 시스템에서의 다기능성

우주 조류는 단순한 ‘단백질 공급원’을 넘어서 폐쇄형 생태계의 핵심 구성 요소로 기능할 수 있다. 조류는 이산화탄소 흡수 → 산소 생성 → 단백질 생산 → 폐기물 재활용 → 미생물과의 공생이라는 순환 루프를 형성할 수 있다.

예를 들어, 인간이 배출한 CO₂는 광생물 반응기 내부에서 조류가 흡수하여 산소로 전환하고, 남은 바이오매스는 건조 또는 분말화하여 식사에 포함되거나, 다시 미생물 퇴비화 과정에 투입된다. 동시에 조류 배양액은 미세미생물 군집의 성장 기반이 되며, 이는 식물의 뿌리 생장 촉진 또는 병원균 억제 등 간접적인 식물 생장에도 도움을 줄 수 있다.

ESA의 MELiSSA 프로젝트는 이를 실제 시스템으로 구현 중이며, ‘Micro-Ecological Life Support System Alternative’이라는 이름 아래 조류를 포함한 폐쇄형 생물학적 생태계 순환을 실험하고 있다. 이 시스템은 인간, 식물, 미생물, 조류가 에너지, 기체, 물, 영양소를 서로 교환하며 자급 가능한 생존 인프라를 구축하는 데 중심이 된다.

 

결론: 우주 농업 기술 중 조류 기술은 우주 생태계 구축의 열쇠가 된다

해조류와 미세조류는 더 이상 미래 식량의 ‘대안’이 아니라, 우주 생존을 위한 핵심 생명 기술이다. 조류는 소량의 자원으로 다량의 산소와 단백질을 생산할 수 있으며, 폐쇄형 생태계 내부에서 순환과 자급이라는 필수 조건을 충족시킨다. 광생물 반응기와 같은 첨단 장치의 발전과 함께, 조류 재배는 우주 거주지의 기본 인프라로 자리 잡아가고 있다.

앞으로 유전자 기술, 자동화, AI 기반 센서 기술과 결합면서, 조류는 화성, 달, 우주 정거장 등의 생명 유지 시스템 속에서 인간과 함께 살아가는 동반자가 될 것이다.
조류는 가장 작지만, 우주에서 인류 생존을 가능케 할 가장 강력한 생명체다.