우주 탐사의 새로운 전기가 될 수 있는 차세대 로켓 연료가 등장했다. 미국 올버니대(University of Albany) 연구진이 기존 알루미늄 기반 연료보다 에너지 밀도가 150% 높은 붕소 기반 화합물을 합성하는 데 성공했다고 유니버스 스페이스텍과 에너지 리포트 등 다수 외신이 전했다.

붕소의 잠재력

붕소는 오래전부터 높은 에너지 밀도로 주목받아 왔다. 일반 탄화수소 연료의 에너지 밀도(30.7~36.6kJ/㎤)를 크게 웃도는 136.4kJ/㎤를 기록하며 로켓 추진체 후보군으로 거론돼 왔다. 이번에 연구진이 주목한 화합물은 '망간 다이보라이드(MnB₂)'다. 불안정한 구조와 비대칭성이 결합해 폭발적인 에너지 방출 가능성을 갖춘 것으로 분석됐다.

구조적 특성과 합성 방법

연구진은 MnB₂의 원자 배열을 컴퓨터 모델로 분석한 결과, 육각 격자가 비대칭적으로 배열된 구조가 스프링처럼 에너지를 저장하는 효과를 낸다는 사실을 확인했다. 불이 붙으면 긴장이 풀리듯 강력한 에너지가 방출되는 것이다. 연구팀은 섭씨 3,000도의 전류를 가하는 '아크 멜터(arc melter)' 장비로 망간과 붕소 분말을 합성해 이 독특한 구조를 구현했다.

이 화합물은 같은 질량 기준으로 알루미늄보다 20% 더 많은 에너지를, 같은 부피 기준으로는 150% 더 높은 에너지를 내는 것으로 확인됐다. 이 물질은 보관시 안전성을 갖추고 있어 점화제(등유 등)가 있어야만 연소가 시작된다.

우주 탐사와 산업적 의미

MnB₂가 상용화될 경우, 연료가 차지하는 비중을 줄이고 그만큼 더 많은 탑재체를 실을 수 있게 된다. 현재 스페이스X의 '팰컨 헤비' 로켓은 약 411톤을 연료로 사용해 저궤도에 64톤가량의 탑재체를 올릴 수 있다. 하지만 MnB₂가 도입되면 같은 공간에서 훨씬 많은 연료 효율을 기대할 수 있어 달 기지 건설이나 화성 탐사 같은 중장기 목표에도 탄력이 붙을 전망이다.

또한 MnB₂는 로켓 연료를 넘어 자동차 촉매 변환기, 플라스틱 분해 촉매 등 다양한 산업적 활용 가능성도 제시된다. 

연구를 주도한 마이클 영(Michael Yeung) 올버니대 교수는 "연료 저장 공간을 줄여 로켓의 효율을 높이는 것이 핵심"이라며 "MnB₂는 그 가능성을 실질적으로 보여주는 사례"라고 평가했다.

붕소 기반 연료는 오랫동안 이론적 가능성에 머물렀지만, 이번 연구로 실험실 수준의 합성이 가능해지면서 새로운 도약의 기회를 맞았다. 전문가들은 MnB₂의 상용화가 실현된다면 우주 탐사의 효율성을 획기적으로 높이고, 우주 산업의 판도를 바꾸는 계기가 될 것으로 보고 있다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 지오사이언스(Geosciences), 미국 화학학지(Journal of the American Chemical Society) 등에 게재됐다.