우주 농업 기술 중 단백질 확보를 위한 우주 내 식량 구성 전략

지구에서 인간은 다양한 식재료를 통해 단백질을 손쉽게 섭취할 수 있다. 육류, 어류, 계란, 콩, 견과류 등 단백질원이 풍부하고 접근도 용이하다. 그러나 우주에서는 상황이 완전히 다르다. 식량의 저장 기간, 부피, 중량, 재배 가능성, 환경 자원 소비 등 모든 것이 제한되기 때문에, 단백질이라는 필수 영양소를 확보하는 전략은 생존을 위한 핵심 과제로 떠오른다. 

 

 

장기 우주 임무나 화성·달 정착을 목표로 한 계획이 현실화되면서, 단백질 공급을 위한 다양한 대체 식량 시스템이 개발되고 있다. 우주 내 단백질 공급은 더 이상 단순히 ‘먹는 문제’가 아니라, 인간의 면역, 근육 유지, 세포 회복, 심리 안정 등 전반적 생명 유지와 직결되는 구조다. 이 글에서는 우주 내에서 단백질을 안정적으로 공급하기 위한 식량 구성 전략을 네 가지 방향—식물성 단백질, 곤충 단백질, 미세조류 기반, 재배형 단백질 대체 기술—으로 나누어 상세히 설명한다.

 

식물성 단백질 작물의 선별과 재배 전략

우주 농업에서 가장 먼저 검토되는 단백질 공급원은 바로 식물성 작물이다. 특히 콩, 완두콩, 렌틸콩, 퀴노아, 아마란스 등은 단백질 함량이 높고, 탄수화물과 섬유질, 일부 지방까지 함께 제공할 수 있어 우주 식량 구성에서 매우 유리한 작물로 분류된다.

NASA와 ESA는 실제로 콩과 식물에 대한 다수의 우주 재배 실험을 진행해 왔다. 콩은 100g당 약 36g의 단백질을 포함하고 있으며, 비타민 B군과 칼슘, 철분도 풍부하다. 게다가 콩은 질소고정 박테리아와 공생하는 특성을 갖고 있어, 폐쇄형 생태계에서 토양 내 질소 수준을 일정하게 유지하는 데에도 도움이 된다. 이는 장기 우주 기지에서 영양 균형 유지와 자원 순환 측면에서 매우 이상적인 구조다.

또한 퀴노아나 아마란스는 단백질 필수 아미노산 구성비가 우수하고, 비교적 생장 속도가 빠르며, 건조 저장성도 뛰어나기 때문에 고열량 + 고단백 복합 식량원으로 주목받는다. 이들 식물은 무토양 수경재배, LED 광원 기반 환경에서도 잘 생장하여, 스마트팜과 연동된 우주 농업 구조에 적합하다.

 

곤충 단백질: 공간 절약형 고단백 솔루션

곤충은 지구에서도 차세대 단백질 공급원으로 부상하고 있으며, 우주 환경에서는 적은 공간, 낮은 자원 소비, 높은 단백질 효율성이라는 장점을 바탕으로 가장 실용적인 대체 단백질로 평가된다. 특히 귀뚜라미, 밀웜, 검정파리 유충(Black Soldier Fly) 등은 100g당 50~70g의 단백질을 포함하고 있어, 그 효율성 면에서 육류보다도 뛰어나다.

곤충 사육은 폐쇄형 소규모 모듈로 운영할 수 있으며, 우주 기지 내부에서 식물 폐기물이나 인간의 식량 부산물을 사료로 사용할 수 있어 폐기물 자원화 측면에서도 장점이 크다. NASA는 이미 귀뚜라미의 소형 사육 유닛 프로토타입을 개발해 고단백 분말 형태로 처리하는 방식을 테스트한 바 있으며, ESA는 곤충 기반 단백질을 식물성 재료와 혼합한 재구성 식품 개발 프로그램을 추진 중이다.

곤충 단백질은 또한 필수 아미노산 구성이 풍부하고, 소화율이 높으며, 프로바이오틱스와 키틴 등 부가적 건강성분도 제공할 수 있어, 면역력 유지와 근육 손실 방지에 실질적으로 기여한다. 다만, 심리적 거부감을 낮추기 위한 가공 기술(예: 파우더 처리, 식품 프린팅)이 함께 개발돼야 한다.

 

미세조류 기반 단백질: 한정된 자원에서 최적의 출력

우주 식량 전략에서 미세조류(microalgae)는 가장 미래지향적인 단백질 공급원으로 평가된다. 스피룰리나(Spirulina), 클로렐라(Chlorella), 하이마토코쿠스(Haematococcus) 같은 조류는 단위 부피당 생산성이 매우 높고, 광합성으로 산소를 생성하면서 단백질과 비타민, 항산화물질까지 제공할 수 있다.

특히 스피룰리나는 건조 중량 기준으로 최대 70% 이상이 단백질이며, 철, 칼슘, B12, 베타카로틴 등 다양한 영양소가 포함되어 있어 우주 거주자 건강 유지에 탁월한 효과를 보인다. 클로렐라 역시 빠른 생장 속도와 강한 환경 적응력으로, 미세중력 환경에서의 대사 기능 유지 가능성이 여러 실험에서 검증되고 있다.

이들 조류는 폐쇄형 광생물 반응기(Photobioreactor)에서 재배되며, 이산화탄소 흡수 및 산소 방출 기능을 겸해 인간과 식물, 미생물이 공존하는 순환형 생태계에서 중추적 역할을 할 수 있다. 또한 분말, 젤리, 캡슐 등 다양한 형태로 가공 가능해 식사의 다양성과 효율성을 동시에 충족시킨다.

 

우주 농업 기술 중 인공·재조합 기반 단백질 대체 기술

미래 우주 식량 시스템에서는 식물이나 곤충, 조류 외에도 세포 배양 기술, 인공 단백질 합성, 재조합 미생물 기반 단백질 생성이 중요한 역할을 할 것으로 예상된다. 이른바 우주형 바이오팩토리다.

예를 들어, 유전자 조작 미생물을 이용해 카세인, 헤모글로빈, 류신 등 특정 단백질을 발효 생산하거나, 식물세포 또는 동물세포를 배양해 고기 유사 조직을 만들어내는 기술이 이미 지상에서 상용화 초기 단계에 진입했다. 이런 기술은 식품 안전성, 질감, 조리 가능성까지 통제 가능하다는 점에서 우주에서도 기대를 모은다.

또한, NASA는 2020년대 초반부터 우주 발효 시스템(UFS, Space-based Fermentation System) 개발을 통해, 미생물이 고단백 분말이나 비타민 복합체를 자체 생성하게 하는 프로젝트를 진행 중이다. 이는 식량 창고 의존도를 낮추고, 필요한 시점에 맞춤형 영양소를 생산하는 자급형 시스템으로 발전하고 있다.

이런 기술은 초기 인프라 구축에는 에너지와 장비가 필요하지만, 장기 우주 기지에서는 소규모 공간에서 다량의 영양소를 지속 생성할 수 있어 궁극적으로 가장 효율적인 단백질 공급원이 될 수 있다.

 

결론: 단백질 확보는 우주 생존 전략의 필수 축이다

우주에서 단백질을 확보한다는 것은 단순히 식량을 공급하는 차원을 넘어서, 인간 생존을 지속적으로 유지하는 시스템의 일부로 작용한다. 감자나 밀처럼 탄수화물 위주의 작물만으로는 장기 체류 시 건강 유지가 어렵고, 근육량 감소, 면역력 저하, 회복력 저하 등의 문제가 발생할 수 있다. 이를 해결하기 위해 식물성 단백질, 곤충 단백질, 미세조류, 그리고 인공 합성 단백질까지 다층적이고 복합적인 단백질 공급 전략이 필요하다.

각 전략은 단점과 한계를 보완하며 함께 융합되는 방향으로 발전하고 있으며, 이 모든 방식은 폐쇄형 생태계, 자동화, AI 제어, 자원 순환 시스템과 통합될 때 그 진가를 발휘한다. 결국 단백질 확보는 ‘무엇을 먹는가’의 문제가 아니라, ‘어떻게 살아남고 지속 가능한 생태계를 설계할 것인가’의 질문에 대한 해답이다.