UbiQD로 햇빛을 모으기
2026년 10월 7일
읽는 데 4분
더 깨끗하고 풍요로운 세상을 위한 보편적인 양자점.
글: 제네비브 마이클스
그림: 주앙 마르쿠스 펠릭스
헌터 맥다니엘은 “원래 석유는 광자였다”고 말한다. 수백만 년 전, 선사 시대의 생물들은 햇빛을 이용해 성장했고, 이후 땅속에 묻혀 압력을 받으며 오늘날 우리가 채굴하는 석유로 변했다.
“모든 형태의 에너지는 태양 에너지일 뿐, 단지 효율이 낮을 뿐입니다.” 그가 말을 이었다. “어렸을 때 그 사실을 깨달았을 때 정말 신이 났어요. 아버지가 석유·가스 업계에서 일하셨기 때문에 그 일이 얼마나 힘들고 더러운지 직접 봤거든요. ‘햇빛을 직접 에너지로 바꿀 수 있다면, 굳이 다른 에너지원까지 쓸 필요가 있을까?’라고 생각했던 게 기억나요.”
그 호기심은 2014년 맥다니엘이 설립한 UbiQD의 원동력이 되고 있습니다. UbiQD의 많은 제품은 햇빛을 모아, 지구상의 생명체(그리고 언젠가는 우주에서도)를 더 잘 지탱할 수 있도록 조절합니다.
UbiQD의 양자점은 보편적인 사용을 염두에 두고 개발되었습니다. 카드뮴이 함유되지 않아 다른 솔루션에 비해 유해성이 적고 가격도 저렴합니다. 이 양자점은 광대한 면적에 적용되거나 사람이 직접 다루는 물체에 사용되는 농업 및 청정 에너지와 같은 분야에 특히 적합합니다.
보편성을 위해 합성됨
맥다니엘은 전기공학을 거쳐 재료과학 분야로 진출한 뒤 양자점 연구에 뛰어들었다. 그는 “양자점 분광학의 대부”로 불리는 빅터 클리모프의 지도 아래 로스앨러모스 국립연구소에서 박사후 연구원으로 재직하던 시절, 양자점을 개발하고 이가 햇빛과 어떻게 상호작용할 수 있는지 시제품을 제작하기 시작했다.
UbiQD의 양자점은 구리, 인듐, 황을 사용하는 3원 반도체입니다. 구리와 인듐은 유해한 카드뮴 원소를 대체합니다. 맥다니엘은 “주기율표에서 구리와 인듐은 카드뮴을 양쪽에서 둘러싸고 있으므로, 이는 타당한 선택입니다”라고 말합니다. “이 세 원소가 결함이 형성될 수 있는 경로를 더 많이 만들어내기 때문에, 이는 좀 더 특이한 반도체입니다.”
학계 생활을 접고 나자, 그는 자신이 연구실에서 개발한 기술을 시장에 선보일 기회를 포착했다. “내가 이 일을 하지 않으면 아무도 하지 않을 것이라는 사실을 깨달았습니다.”라고 그는 말한다. “저는 누구보다 이 기술을 잘 알고 있었고, 이 회사를 설립하기에 가장 적합한 위치에 있었습니다. 그것은 마치 도덕적 의무처럼 느껴졌습니다. 나 자신과 다른 사람들을 위해 꼭 시도해야 할 일이라고 생각했죠.”
햇빛, 적색편이된
온실용으로 설계된 발광 필름인 UbiQD의 주력 제품 ‘UbiGro’는 농작물 수확량을 최대 40%까지 늘릴 수 있습니다. 이 제품은 양자점을 활용해 햇빛의 스펙트럼을 광합성 효율이 가장 높은 파장 대역 쪽으로 적색 이동시킵니다. 이는 전기 재배용 조명과 유사한 효과를 내지만, 인공 조명을 전혀 사용하지 않습니다.
UbiGro는 식물 위에 매달아 놓는 시트 형태로 설치하거나, 온실 지붕으로 사용하는 유연한 플라스틱 형태로 설치할 수 있습니다. 가정용 정원사를 위한 소형 ‘발광 랜턴’ 형태로도 출시되어 있습니다. 맥다니엘은 “정원사들이 빛을 비춘 주변의 식물이 더 크고 무성하게 자란 사진을 우리에게 보내주곤 합니다”라고 말합니다.
NASA는 이 기술이 가장 극한의 환경인 우주에서 농업을 어떻게 지원할 수 있을지에 관심을 가지고 있다. 2018년, NASA는 UbiQD와 협력하여 장기 우주 임무는 물론, 향후 달이나 화성 식민지에서의 식량 생산을 위한 ‘UbiGro’ 기술을 연구하기 시작했다. 맥다니엘은 “우주에는 자외선이 훨씬 더 많이 존재하는데, ‘ 쇼에이의 ’ 양자점은 이를 광합성에 필요한 빛으로 변환하는 데 매우 뛰어나다”고 말했다.
“NASA는 기본적으로 달에 첫 번째 온실을 지을 때 우리에게 다시 연락하겠다고 했습니다. 지금까지는 아직 그런 일이 없었지만, 조만간 있을 겁니다.”
달에서는 2주 동안 이어지는 추운 밤 때문에 온실을 땅속에 묻어야 합니다. UbiGro는 NASA와 협력하여 지하 온실 솔루션을 개발했는데, 광섬유 케이블을 이용해 표면에서 햇빛을 지하로 끌어온 다음, 이를 최적화하여 식량을 재배하는 방식입니다.
인류를 이끄는 양자점
우주 식민지로서의 잠재력에도 불구하고, 맥다니엘은 지구상의 삶에 도움이 될 수 있다는 점에 더 큰 기대를 걸고 있다. 농업은 그야말로 어디에나 존재한다. 지구상에는 약 540억 제곱피트의 온실이 있는 것으로 추산된다.
맥다니엘은 “온실에서 연간 생산량을 늘릴 수 있다면, 이는 매우 중요한 일입니다. 재배자들은 대개 손익분기점에 근접해 있기 때문이죠”라고 말합니다. “식량과 에너지는 사람들에게 식량을 공급하고 인류에게 동력을 제공하는 등 큰 영향을 미치는 분야입니다.”
이 광섬유 솔루션은 빽빽한 수관 아래에서 작물을 재배하는 데에도 활용될 수 있으며, 나무 꼭대기 위에서 작물의 성장에 최적화된 빛을 아래로 전달해 줄 수 있다. 헌터는 “NASA는 민간 분야에도 응용할 수 있는 제품을 찾고 있다”며, “우주에만 유용하고 지구에는 쓸모없는 기술에는 자금을 지원하지 않으려 한다”고 말했다.
태양 에너지의 미래를 여는 창
UbiQD는 양자점을 활용해 태양광 패널이 햇빛을 최적화할 수 있는 방법을 모색하고 있습니다. 식물과 마찬가지로 태양광 패널도 특정 파장의 빛을 더 효율적으로 변환하므로, UbiGro와 유사한 필름을 태양광 패널에 맞게 개발할 수 있을 것입니다. 또한 양자점은 광자(photon)를 흡수하고 방향을 전환하는 도파관으로도 활용될 수 있습니다.
UbiQD는 이 두 기술을 ‘태양광 창문’에 결합했습니다. 이 창문은 햇빛을 프레임 가장자리로 유도하여, 그곳에서 작은 태양전지를 통해 전기로 변환하는 유리판입니다. 2016년부터 2021년까지 이 회사는 해당 개념을 개발하고 시제품을 제작하기 위해 미국 국립과학재단(NSF)으로부터 여러 차례 연구비를 지원받았습니다.
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2023년, 스페이스X는 태양광 창 샘플을 우주로 보내 궤도상에서 어떻게 작동하는지 확인했습니다. 맥다니엘은 “우리가 우주에 보내진 최초의 양자점이었다”고 말합니다. “그것은 아마도 저지구 궤도에서 진행된 가장 큰 규모의 태양광 시범 프로젝트였을 것입니다. 샘플들은 실제로 로켓을 타고 우주로 올라갔습니다.”
UbiQD의 모든 발명품이 햇빛을 활용하는 것은 아닙니다. 이 회사는 여권이나 화폐와 같은 용도로 사용되는 위조 방지 잉크와 안료도 생산합니다. 이 분야 역시 매우 보편적인 영역입니다. 즉, 이 점들은 수백만 개의 제품에 인쇄할 수 있을 만큼 가격이 저렴해야 할 뿐만 아니라, 소비자가 취급해도 안전해야 합니다.
“저는 항상 더 단순하고 기술적 요소가 덜한 활용 사례에 끌려왔습니다. 비용을 낮추고 양자점을 대규모로 보급하는 기업이 되겠다는 것이 목표였습니다.”
맥다니엘은 “저를 비롯해 이 회사의 많은 직원들은 긍정적인 영향을 미치고 싶다는 열망에 힘입어 일해 왔습니다”라고 말합니다. 이 회사는 미국 내에서 사업을 계속해 왔으며, 현재 본사가 위치한 뉴멕시코주에 시설을 건설 중입니다. 이 공장은 원주민 부족의 땅에 지어지고 있어, 주 내 원주민 공동체에 혜택을 주고 있습니다.
“지구에는 우리가 필요로 하는 것보다 훨씬 더 많은 에너지가 있습니다. 현명하게 대처한다면, 그 에너지를 단순히 생존하는 데 그치지 않고 번영하기 위해 더 효과적으로 활용할 수 있습니다. 바로 그 때문에 우리는 양자점을 활용해 햇빛을 수집하는 방식을 최적화하고자 하는 데 큰 의욕을 가지고 있습니다.”
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