우주 미생물 활용 식량 생산 기술의 가능성과 도전

우주에서의 식량 생산, 왜 미생물인가

우주 탐사 미션이 단기 체류에서 장기 거주로 전환되고, 달·화성 기지 구축이 현실로 다가오면서 식량 자급은 더 이상 선택이 아닌 필수 과제가 되었다. 기존의 식량 운반 방식은 한계가 분명하다. 지구에서 우주로 식량을 운반하는 데에는 막대한 비용과 시간이 소요되며, 무엇보다 한정된 공간과 중량 문제로 인해 장기 임무에는 적합하지 않다. NASA는 1kg의 물체를 ISS로 보내는 데 평균 1만~2만 달러가 소요된다고 보고하고 있으며, 이 비용은 거리와 임무 기간이 길어질수록 기하급수적으로 늘어난다. 즉, 지속 가능한 우주 거주를 위해서는 반드시 현지 자급 식량 시스템이 필요하다.

이러한 조건 속에서 미생물 기반 식량 생산 기술은 혁신적 대안으로 떠오르고 있다. 우선 미생물은 생명 유지에 필수적인 단백질, 탄수화물, 비타민, 지방 등을 효율적으로 생성할 수 있다. 일부 미생물은 광합성 없이도 유기 폐기물을 분해하며 영양소를 축적하고, 짧은 주기로 대량 배양이 가능해 속도와 공간 효율성 측면에서도 탁월하다. 일반적인 작물이 발아에서 수확까지 수 주에서 수개월이 걸리는 반면, 미생물은 하루 이틀이면 수확 가능할 정도로 빠르다. 이는 극한 환경에서 생존의 안정성을 보장할 수 있는 속성이기도 하다.

또한 미생물은 무중력, 고방사선, 폐쇄 공간이라는 우주 특수 환경에서도 높은 생존률을 보이며, 다양한 생물학적 기능을 수행한다. 예를 들어, 일부 박테리아는 유기 폐기물을 분해하여 바이오가스를 생성하거나, 암모니아를 질산염으로 전환해 식물 생장에 필요한 영양소를 공급한다. 조류 계열 미생물은 광합성을 통해 산소를 생산하며, 동시에 이산화탄소를 흡수하여 대기 질 관리 기능도 수행한다. 이는 미생물이 단순한 식량을 넘어서, 자원 재활용과 생태계 유지까지 포괄하는 복합 기능 생명체로 기능한다는 점에서 중요하다.

무엇보다 미생물은 설계 가능성이 높다. 유전자 편집 기술(CRISPR/Cas9 등)을 활용하면, 특정 조건에 최적화된 특수 균주를 개발하거나, 필요 영양소를 과잉 생성하도록 유도할 수 있어 맞춤형 식량 생산 기술로 진화할 수 있다. 이처럼 미생물 기반 식량 생산 기술은 단순히 대체 식량을 넘어, 우주 자립 생태계의 핵심 인프라로 발전할 가능성을 지닌다.
우주의 극한 조건에서 ‘작고 보이지 않는 존재’들이야말로, 인류의 생존을 가장 조용히, 그러나 가장 강력하게 뒷받침하는 동반자가 될 수 있다.

미생물을 활용한 식량 생산 기술 개요 

우주 미생물 식량 기술은 전통 농업이나 식물 중심의 식량 시스템과는 접근 방식 자체가 완전히 다르다. 식물은 뿌리, 줄기, 잎, 광합성 기관, 광주기 반응 등 복잡한 생리 구조를 갖고 있어 생장 조건이 까다롭고 관리가 어렵다. 반면 미생물은 단세포 또는 다세포 초기 단계의 단순 구조 생물이기 때문에, 폐쇄된 환경에서도 높은 생산성을 발휘할 수 있으며, 이는 우주 식량 기술의 이상적인 특성과 잘 부합한다. 특히 좁은 공간에서 많은 영양소를 짧은 시간에 생산할 수 있는 점은 화물량 제한이 심각한 우주 미션에 결정적 이점이 된다.

가장 대표적인 기술은 **단세포 단백질(Single-cell Protein, SCP)**이다. SCP는 곰팡이(예: 퓨사리움), 효모(예: 사카로미세스), 조류(예: 스피룰리나), 박테리아(예: 메틸로박테륨) 등을 배양하여 단백질 덩어리로 활용하는 방식이다. 단백질 함량은 생물 종에 따라 40~80%에 달하며, 이는 기존 식물이나 육류보다도 높다. 특히 메탄을 기반으로 한 메탄영양균은 우주 기지 내 폐기물에서 메탄을 추출해 자원화하는 순환 구조에 적합하다. SCP는 이미 지구에서도 비상 식량, 군사용 식품, 미래 대체 식품으로 상용화 연구가 활발히 진행 중이며, 우주에서는 이를 더욱 소형화하고 자동화된 모듈로 구현하려는 시도가 이어지고 있다.

두 번째 축은 발효 미생물 기반 식품 생산이다. 이는 프로바이오틱스나 젖산균처럼 발효 과정을 통해 기존 식재료의 영양 성분을 강화하거나, 전혀 새로운 형태의 고영양 식품을 생산하는 기술이다. 예를 들어, 전분 기반 발효에 특정 균주를 활용하면 단백질과 아미노산이 풍부한 발효 바를 만들 수 있으며, 일부 효모는 비타민 B군, 철, 칼슘을 집중 생성할 수 있다. 이 기술은 미생물의 생화학적 반응을 조절하여 영양소 구성을 설계할 수 있다는 점에서 정밀 식량 기술로 평가된다.

세 번째는 광합성 조류 및 사이아노박테리아를 활용한 식량+생명유지 복합 시스템이다. 대표적인 생물이 스피룰리나, 클로렐라, 아나배나 등으로, 이들은 광합성으로 이산화탄소를 흡수하고 산소를 생성하며, 동시에 단백질, 항산화 물질, 필수 아미노산을 생성할 수 있다. 특히 물 속에서도 자랄 수 있어 수경 순환 시스템과의 통합이 용이하고, 배양밀도에 따라 산소 생산량을 조절할 수 있기 때문에, 우주 생명 유지 시스템에서 식량+산소 생산의 핵심으로 활용된다.
이처럼 미생물 기반 식량 기술은 단순한 '대체 식품'을 넘어, 우주 자급 생태계의 유기적 구성원으로서 기능하는 새로운 식량 시스템으로 진화하고 있다.

우주 실험과 실제 적용 사례 

미생물 기반 식량 생산 기술은 이제 단순한 연구 개념을 넘어, 실제 우주 임무와 실험을 통해 구체적인 적용 사례가 축적되고 있다. NASA는 1970년대부터 클로렐라(Chlorella), 스피룰리나(Spirulina), 아나배나(Anabaena) 등 광합성 미세조류를 우주에서 배양하는 실험을 진행해왔다. 이들 미생물은 이산화탄소를 흡수하고 산소를 생성하며, 단백질과 영양소를 함유한 ‘생명 유지용 식량’으로 기능할 수 있다는 점에서 주목을 받았다.
특히 스피룰리나는 지구에서도 건강식품으로 판매되고 있을 만큼 단백질 함량(건조 중량의 약 60%)과 미네랄 함량이 우수하며, 소화 흡수율이 뛰어나 우주인의 소화 부담을 줄여주는 장점이 있다.

ESA(유럽우주국)의 **MELiSSA 프로젝트(Micro-Ecological Life Support System Alternative)**는 미생물 중심의 완전 폐쇄형 생태계 구축을 목표로 진행 중이다. 이 시스템에서는 인간이 배출하는 폐기물, 오줌, 이산화탄소를 미생물을 통해 정화하거나 분해하고, 다시 영양소나 식량, 산소로 전환해 순환하는 구조를 만든다. MELiSSA는 우주 정거장 뿐만 아니라 화성 장기 탐사 기지 구축에도 응용될 수 있는 모델로, 미생물이 단순한 식량 생산 단계를 넘어 생명 순환 시스템 전체의 핵심 축이라는 사실을 보여준다.

또한 최근에는 민간 기업과 스타트업의 참여도 활발해지고 있다. 미국의 바이오기업 Solar Foods는 이산화탄소, 전기, 미생물만을 이용해 단백질 가루 ‘Solein’을 만드는 데 성공했으며, 이는 장기적으로 우주식으로 상용화될 가능성이 높다.
다른 스타트업들은 미생물 기반 3D 프린팅 식량 시스템을 개발 중이며, 필요할 때 필요한 양만큼 미생물을 배양하고 가공식으로 출력해 식사로 제공하는 것을 목표로 하고 있다.

 

우주 미생물 식량 기술 실제 적용 사례 비교표

실험/기술	기관	미생물 종류	주요기능	특이사항
스피룰리나 배양	NASA	Spirulina	단백질 생산, 산소 생성	우주 내 생명유지 보조 식량으로 실험
MELiSSA	ESA	다양한 미생물	폐기물 정화, 수분 재생, 식량 생산	폐쇄 생태계 기반 순환 시스템 구축
Solein (단백질 가루)	Solar Foods (민간)	수소 산화균	단백질 생산	이산화탄소와 전기만으로 생성
미생물 3D 프린팅	스타트업(미국)	조류·효모	개인 맞춤형 식사 제작	장기 탐사 임무에 적합한 자동화 시스템

기술적·생물학적 도전 과제 

미생물을 활용한 식량 기술이 아무리 효율적이라 해도, 실제 우주 환경에서 적용하려면 반드시 해결해야 할 기술적·생물학적 도전 과제가 존재한다.
첫 번째는 유전적 안정성 문제다. 미생물은 우주 방사선, 미세중력, 자외선 등의 스트레스에 노출되면 DNA에 돌연변이가 발생할 수 있다. 이는 생장 속도, 대사 경로, 독소 생성 등 예측 불가능한 결과를 초래할 수 있으며, 식용 안전성에도 직접적인 영향을 미친다. 특히 SCP 기술은 인체에 직접 흡수되는 단백질을 생성하므로, 안정성은 절대적으로 확보되어야 한다.

두 번째는 배양 환경의 정밀 제어 기술이다. 미생물은 아주 미세한 온도·pH·습도 변화에도 민감하게 반응하며, 균일한 배양 환경이 유지되지 않으면 오염, 독성 물질 생성, 생장 저하로 이어질 수 있다. 우주선이나 정거장 내에서는 공간과 자원이 한정되어 있기 때문에, 이러한 변수를 자동으로 감지하고 조절할 수 있는 고정밀 센서, 자율 제어 시스템이 필요하다.

세 번째는 미생물 식품의 식감·향·심리적 수용성 문제다. 아무리 고영양이라도, 미생물 특유의 냄새나 질감이 불쾌하다면, 우주인의 식사 순응도는 낮아질 수밖에 없다. 장기 체류 시에는 음식이 갖는 정서적 안정 기능도 매우 중요한데, 미생물 기반 식품이 이 역할을 얼마나 충족시킬 수 있을지에 대한 연구는 아직 초기 단계다.

사회적 수용성과 심리적 장벽 

기술적인 난관 못지않게 중요한 것은 사람이 그것을 받아들이느냐의 문제, 즉 사회적 수용성과 심리적 저항이다. 미생물이라는 단어는 많은 이들에게 ‘세균’, ‘감염’, ‘불결함’ 같은 부정적인 인식을 불러일으키며, 이를 식량으로 받아들이는 것은 심리적 거부감을 유발한다.
특히 우주라는 밀폐되고 고립된 공간에서 식사는 생존 이상의 의미를 갖는다. 식사는 우주인의 심리적 안정을 위한 핵심 활동 중 하나이며, 소통·위로·정체성의 수단이 되기도 한다. 따라서 미생물 식품이 이러한 정서적 기능까지 대체할 수 있을지에 대한 의문은 여전히 존재한다.

이런 문제를 해결하기 위해 연구자들은 가공 형태 개선, 향미 강화, 식사 디자인 기술 등을 활용해 미생물 식품의 심리적 저항을 줄이고 있다. 예를 들어, SCP를 크래커나 시리얼 바 형태로 가공하거나, 기존 음식과 혼합해 식감과 맛을 유사하게 만드는 방식이 있다. 또한 향신료 추출 기술과 천연 향 강화 기술을 결합해 식욕을 자극하는 방식으로 설계하고 있다.
뿐만 아니라, 우주인을 대상으로 한 미생물 교육 프로그램도 병행되며, 과학적 이해를 통해 불안감을 해소하고 수용성을 높이는 노력이 이루어지고 있다.

우주 식량의 새로운 패러다임을 여는 열쇠

미생물 활용 식량 기술은 단순한 ‘식량 대체 기술’을 넘어서, 우주 생존 전략의 본질을 바꾸는 새로운 생명 시스템 패러다임을 제시하고 있다. 식물 중심의 식량 재배는 아름답고 생태학적으로 친숙하지만, 공간, 시간, 자원 효율성 면에서는 한계가 분명하다. 반면 미생물은 생명 최소 단위로서 필수 영양소 생성, 자원 재활용, 폐기물 정화, 산소 공급 등 다기능을 수행할 수 있으며, 이는 자립형 우주 기지 설계에서 ‘생명 유지용 기술 인프라’의 핵심축이 된다.

또한 자동화, 센서, 인공지능 기술과 결합되면 미생물 배양은 사람의 개입 없이도 스스로 작동하는 자가 순환 시스템으로 진화할 수 있다. 이는 장기 무인 탐사 임무, 심우주 비행, 다중 행성 탐사에서 매우 유용하며, 인류의 우주 확장 가능성을 기술적으로 뒷받침하는 요소가 된다.
장기적으로는 이 기술이 지구에도 다시 적용된다. 기후 변화, 농지 감소, 전염병 등으로 식량 안보가 위협받는 상황에서, 도심이나 사막, 극지방 같은 농업이 불가능한 지역에서도 식량을 생산할 수 있는 대안 기술로 작동하게 된다.

결국, 미생물 식량 기술은 ‘보이지 않는 존재’들이 ‘가장 필수적인 역할’을 수행하는 구조다. 이것은 과학적 진보를 넘어, 인류가 식량을 바라보는 철학, 생명과 자원의 관계를 재해석하는 계기가 될 수 있다.
우주 식량의 미래는 거대한 농장이 아니라, 미생물 1g 속에 담겨 있을지 모른다.