우주 식량 쓰레기 제로화를 위한 폐기물 순환 기술

우주에서의 식량 쓰레기 문제는 곧 생존의 위협이다

우주라는 환경은 지구와 달리 자원의 무한한 소비가 불가능하며, 제한된 공간과 에너지, 저장 용량, 보급 속도 속에서 생존이 이뤄진다. 그 안에서 발생하는 식량 쓰레기 문제는 단순히 위생이나 공간의 문제가 아닌, 임무 전체의 성공 여부에 직결되는 생존의 조건이다. 식량 낭비는 공급 부족을 초래하며, 포장 폐기물은 저장 공간을 점유하고, 음식물 쓰레기는 세균 번식과 악취, 폐쇄 공간 내 오염 위험을 증가시킨다. 우주선이나 우주 기지에서는 음식이 곧 에너지이며, 동시에 자산이다. 따라서 남기지 않는 식사, 버리지 않는 시스템은 우주에서의 삶을 지속 가능하게 만드는 핵심 개념이 된다.

실제 국제우주정거장(ISS)에서는 우주비행사 1명이 하루에 소비하는 식량이 평균 1.8kg이며, 그중 음식물 찌꺼기, 포장재, 조리 잔재로 약 0.8kg의 폐기물이 발생한다. ISS는 이 폐기물을 캡슐에 담아 소각하거나 재진입시켜 대기 중에 태우는 방식으로 처리해왔지만, 이는 운송 비용과 에너지 낭비가 매우 크며, 순환 구조로는 완전히 실패한 모델이다. 이런 한계를 해결하기 위해 NASA는 더 이상 소각을 통한 일회성 폐기물 처리 대신, 자체 순환형 폐기물 자원화 기술 개발에 집중하고 있으며, 이것이 바로 ‘우주 쓰레기 제로화’를 위한 기술적 대응의 출발점이다.

폐기물 없는 식사: 기술이 설계한 순환형 식량 시스템

우주 폐기물 순환 시스템의 중심은 **CELSS(Closed Ecological Life Support System)**와 MELiSSA다. 이 두 시스템은 우주인이 배출하는 모든 유기성 폐기물—음식물 찌꺼기, 인분, 오줌, 폐수, 포장 잔재물 등—을 수거하고, 이를 다시 산소, 물, 비료, 식물성 재료로 변환시켜 식량 자원으로 환원하는 완전한 순환형 생태계를 목표로 한다. NASA의 Advanced Life Support 프로젝트는 혐기성 미생물 분해, 고온 압착 처리, 플라즈마 가스화, 바이오가스 생성 시스템을 조합하여 유기 폐기물을 에너지원과 비료, 배양수로 전환하는 시스템을 개발했다. 이 기술은 실제로 산소를 생산하는 식물 성장 챔버와 연결되어, 우주 내 자급식량 시스템과 통합 운영이 가능하다.

ESA의 MELiSSA 프로젝트는 더욱 정교하다. 총 5단계 생물학적 처리 과정으로 구성되어 있으며, 폐기물을 미생물 및 조류로 분해·정제하고, 이를 통해 순환수, 영양분, 산소, 그리고 단백질 식량 자원을 생산한다. MELiSSA는 음식물 찌꺼기를 1차 분해하고, 질소화 과정과 광합성을 통해 산소와 수분을 정화하며, 최종적으로 인류가 재섭취 가능한 바이오매스를 형성하는 미생물 기반의 완전 자립형 생태계다. 특히 미세조류(알지) 기반 시스템은 단위 면적당 생산성이 높고, 단백질 함량이 높으며, 조리 전처리 없이 바로 식량화가 가능하기 때문에 우주 자원 효율성 측면에서 매우 효과적이다.
즉, 미래의 우주 식사는 곧 ‘버려진 것’에서 다시 만들어지는 자가순환형 구조를 기반으로 하며, 쓰레기란 존재하지 않는 개념으로 바뀌게 된다.

포장 쓰레기 제로화를 위한 기술적 대응 전략

우주 식량 포장재는 고온, 저온, 진공, 방사선, 충격 등 다양한 조건을 견뎌야 하기 때문에 보통 3~5중 고분자 필름으로 구성된다. 이러한 포장은 식량의 위생과 안정성은 보장하지만, 재활용이 불가능한 복합 소재이기 때문에 일단 사용되고 나면 다시 사용할 수 없는 쓰레기로 남게 된다. 특히 다층 알루미늄 라미네이트 필름은 지구에서도 처리가 어렵기 때문에, 우주에서는 더욱 문제다. NASA는 이를 해결하기 위해 생분해성 고기능 포장재를 실험 중이다. 옥수수 전분, 해조류, 곤충 키틴 등을 기반으로 한 고내열 생분해 필름은 일정 기간 후 자동으로 분해되거나, 고온 처리 시 바이오 연료로 변환 가능하다.

또한 식용 포장재도 실험 단계에 돌입했다. 식용 셀룰로오스, 젤라틴 기반 필름, 곤약 막, 우유 단백질 케이스인으로 구성된 포장은 음식과 함께 섭취되며, 식사 후 남지 않는 완전 비폐기성 시스템이다. ESA는 최근 포장 내부에 스마트 센서를 내장해 내부 산소 농도, 온도, 가스 방출 여부를 실시간으로 측정하는 기술도 적용하고 있다. 이는 식품 부패를 사전에 감지해 폐기율을 낮추고, 오염된 식재료가 소비되는 것을 차단하는 기능도 동시에 수행한다.
이처럼 포장단계에서부터 쓰레기를 고려하고, 소비 이후의 분해/재활용을 설계하는 방식은 **‘식품 유통 구조 자체를 순환형으로 재설계하는 전략’**이며, 이는 우주뿐 아니라 지구에서도 식품산업 전반의 대전환을 예고하고 있다.

우주 폐기물 순환 기술의 실제 적용 사례: ISS와 중국의 우주 실험

국제우주정거장(ISS)에서는 2000년대 초반부터 식량 폐기물 저감을 위한 실질적인 기술 도입이 시작되었다. 초기에는 단순히 음식 섭취 후 포장 및 찌꺼기를 압축하거나, 비상 캡슐에 넣어 지구 대기권 재진입 시 소각하는 방식이었지만, 이는 근본적인 해법이 될 수 없었다. 이에 따라 NASA는 ISS 내 **재배 실험 모듈(Veggie Lab)**을 구축해 식물성 식량을 자급함과 동시에, 식물 잔재와 음식물 찌꺼기를 미생물 처리기로 회수하는 미니 순환형 폐기물 처리 시스템을 실험했다. 이 시스템은 미생물 탱크, 기화 처리기, 필터링 챔버, 자가 열 발생 장치 등으로 구성되어 있으며, 하루 2kg 이하의 유기 폐기물을 최대 80% 이상 회수 가능한 수준까지 기술이 발전했다.

중국 또한 ‘톈궁(天宫)’ 우주정거장에서 식물재배-폐기물 회수-산소 생성-물 재사용의 폐쇄형 순환 생명유지 시스템을 자체 개발해 실험하고 있다. 특히 중국의 경우, 미세조류와 곤충 기반의 폐기물 재활용 단백질 생산 기술을 도입하여, 식사 잔재를 곧바로 고단백질 원료로 전환하는 ‘고속 순환형 미생물 연계 시스템’을 채택하고 있다. 이는 30일 이상 체류하는 우주 비행사에게 안정적인 식량 공급과 폐기물 문제의 해결을 동시에 제공하는 구조다.
이러한 실험들은 향후 달 기지, 화성 기지 건설 시 적용될 완전 자급식 순환형 우주 생태계의 기초 기술로 간주되고 있으며, 우주 문명 건설의 전제 조건으로 평가받고 있다.

쓰레기 없는 우주 식량 시스템이 지구 문명을 바꾼다

우주 폐기물 순환 기술이 지구에서 갖는 의미는 단지 ‘환경 보호’ 이상의 가치다. 지속 가능한 도시 시스템, 스마트푸드 유통 구조, 탄소 제로 식문화, 식량 안보라는 거시적 사회 구조 개혁에도 결정적인 기여를 할 수 있기 때문이다. 이미 일본과 싱가포르, 아랍에미리트(UAE) 등 일부 국가는 우주 기술 기반 폐기물 순환 시스템을 도시형 스마트팜에 적용해 음식물 쓰레기 제로화 도시 모델을 구축하고 있다. 이 시스템은 음식물 쓰레기를 수거한 후, 고온 미생물로 분해하여 도시 내 농업에 비료로 재사용하고, 일부는 바이오가스로 전환하여 농장 냉난방 에너지로 활용된다.

한국 또한 폐기물 순환형 급식 시스템 실험을 확대하고 있다. 일부 초등학교와 병원 급식소에는 AI 기반 음식 섭취량 측정기, 자동 잔반 분석기, 미생물 발효기, IoT 연동 음식물 쓰레기 관리 시스템이 도입되고 있으며, 이 과정에서 수거된 음식물은 고체 연료, 바이오비료, 가정용 퇴비로 전환된다. 또한, 스타트업 중심으로는 우주식 기반 ‘스마트 잔반 감축형 밀키트’도 개발되고 있으며, 이는 가정 내에서 자동으로 식사량을 조절하고 남김 없이 소화할 수 있는 1인 맞춤형 식사 시스템이다.
이처럼 우주 쓰레기 제로 기술은 지구의 외식산업, 급식 시스템, 도시계획, 식품 유통 체계 전체를 재구성할 수 있는 문명 전환 기술로 확장되고 있다.

미래 전망: AI, 로봇, 위성까지 연결된 완전 순환 생태계

다가오는 10~30년 내에는 우주 폐기물 순환 기술이 AI, 로봇, 위성 기술과 연결되어 더욱 정밀하고 자동화된 시스템으로 발전할 것이다. NASA는 이미 AI가 우주인의 식사 상태와 폐기물 발생량을 실시간으로 분석하고, 이를 기반으로 식사 제공량, 재배 계획, 폐기물 처리량을 자동 조절하는 AI 폐기물-식량 통합 관리 플랫폼을 개발 중이다. 이 플랫폼은 각 우주인의 식사 행동, 생체 리듬, 감정 상태, 대사량을 고려하여 ‘남기지 않는 맞춤 식사’를 설계하며, 동시에 발생한 찌꺼기를 처리할 수 있는 자원화 루트를 스스로 지정한다.

또한, 위성과 연동된 원격 모니터링 시스템을 통해 폐기물의 축적 현황, 기체 발생량, 수분 회수 효율, 미생물 상태 등을 분석하고, 이상 징후를 사전에 감지하여 순환 시스템 전체의 위험을 자동 방지할 수 있다. 로봇이 투입되어 미생물 챔버를 청소하거나, 압축 폐기물을 수거하고, 남은 포장을 다시 자원화하는 업무도 자동화될 예정이다. 지구에서도 이와 유사한 ‘가정형 순환형 폐기물 자동 처리기’와 ‘AI 맞춤식 소비 최적화 식사 시스템’이 보급되면, 식사라는 일상 행위 자체가 낭비 없는 고도 기술 시스템으로 바뀔 것이다.

궁극적으로, 우주에서 개발된 폐기물 제로 식사 기술은 지구 문명 전체를 낭비 없는 지속 가능한 생태 시스템으로 재설계하는 데 필수적인 기술적, 철학적 자산이다. 더 이상 ‘버림’이라는 개념이 존재하지 않는 식탁 위의 문명—그 출발점은 바로 우주에서의 한 끼를 지키기 위한 노력으로부터 비롯되고 있다.