無限하게 私用하는 꿈의 에너지, 燃料 걱정 없는 時代가 온다

무한히 사용하는 꿈의 에너지, 연료 걱정 없는 시대가 온다!

 

국가과학기술연구회 ・ 2020. 9. 21. 14:11

 

 

​

미디어 속 숨은 과학 찾기, 요즘 과학 ​ 아는 만큼 보인다! 그동안 TV나 극장에서 봐왔던 많은 작품에 실은 무궁무진한 과학 기술 이야기가 숨어있었다는 사실, 알고 계셨나요? 모르고 지나쳤던 미디어 속 과학 기술 이야기, 요즘 과학에서 속속들이 찾아드립니다!!

​

​

<패신저스>ⓒ네이버 영화

​

‘크리스 프랫’과 ‘제니퍼 로렌스’ 등 할리우드 특급 흥행배우들이 주연을 맡은 영화 <패신저스> SF 영화를 기대했던 관람객들에게는 로맨스 영화를 본 것 같다는 비판도 받았지만, 우주판 타이타닉이라는 소리를 들을 정도로 많은 사람들의 감동 또한 불러일으킨 작품인데요. 이 영화는 우주 한가운데서 동면 장치 고장으로 혼자 깨어난 남자와 그 남자로 인해 예정보다 90년 일찍 잠에서 깬 한 여자를 둘러싸고 벌어지는 이야기를 다루고 있어요.

​

영화의 주 무대인 최첨단 우주선 ‘아발론호’는 광속의 50%라는 빠른 속력을 유지하며 목적지까지 120년이라는 긴 세월을 움직일 수 있었다고 하죠. 대체 어떻게 별다른 연료 주입 없이도 120년 동안 우주를 이동하는 것이 가능했을까요? 바로 핵융합 장치로 만드는 핵융합 에너지를 사용하기 때문인데요.

​

<패신저스>ⓒ네이버 영화

​

핵융합 에너지는 태양과 같이 강력한 에너지를 오랜 시간 동안 만들어낼 수 있기 때문에 ‘인공태양’이라는 별칭도 갖고 있어요.

 

태양이 약 50억 년 동안, 그리고 앞으로도 50억 년 이상 빛과 열을 방출할 수 있는 원리가 바로 뜨거운 중심부에 있는 수소 원자핵들이 높은 온도와 중력으로 융합되는 핵융합이기 때문이에요. 물질을 구성하는 원자에는 양성자와 중성자로 이루어진 원자핵이 존재하는데요. 초고온에서 원자핵과 전자가 분리되며 플라즈마 상태가 된 가벼운 원자핵들이 고온에서 서로 충돌하면서 합쳐져 더 무거운 원자핵으로 변하는 과정에서 높은 열이 생기며 많은 에너지를 발산하는 원리죠.

​

현재 우리가 원자력 발전에서 주로 사용하는 핵분열의 경우에도 다른 화석 연료보다 효율이 좋다는 공통점을 갖고 있지만 방사능 등 환경 문제가 지속적으로 제기되고 있는데요.

 

핵융합은 온실가스 등을 배출하지 않는 친환경 에너지라는 점에서 꼭 필요한 미래의 에너지원이라 할 수 있죠.

 

특히 지구에서의 핵융합은 바닷물에 존재하는 중수소와 흙에서 추출할 수 있는 리튬을 이용해 생성한 삼중수소를 원료로 사용하는데, 그 효율도 상당해서 핵융합 연료 1g만 사용해도 석유 8톤과 맞먹는 에너지를 생산한다고 해요.

 

절반 수준의 바닷물과 노트북 배터리 크기의 리튬만 있으면 한 사람이 30년간 이용할 수 있는 전기를 만들어낼 수 있다 하니, 영화 패신저스 속 우주선처럼 120년간 우주를 이동할 수 있는 것도 상상 속의 일만은 아니겠죠?

​

ⓒ국가핵융합연구소

​

그런데 문제가 있어요. 핵융합 에너지를 얻기 위한 핵융합 장치는 초고온의 플라즈마를 진공용기 속에 넣고, 자기장을 이용해 플라즈마가 벽에 닿지 않게 가두어 핵융합 반응을 만들고, 이를 통해 에너지를 만들어 내야 하는데요.

 

지구상에 존재하지 않는 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 만들어야 하고, 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는 핵융합 장치와 연료인 중수소와 삼중수소가 필요하기 때문에 실용화하기 위해서는 천문학적인 연구개발 비용과 뛰어난 기술력이 필요해요.

 

그래서 이러한 문제점들을 해결하기 위해 우리나라를 비롯해 미국, 유럽연합, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개 선진국들이 힘을 합쳐 국제공동 핵융합 실험로 건설 운영사업 즉, ‘ITER 공동개발사업’을 추진하고 있어요.

​

ⓒ국가핵융합연구소

​

ITER 공동개발사업은 역사상 가장 큰 규모의 국제공동연구 개발사업으로 7개 선진국들이 비용을 공동 분담하는 형식이기 때문에 우리나라의 경우 10%의 비용 분담으로 100%의 투자 효과를 낼 수 있어요.

 

우리나라는 2040년대 핵융합발전소 건설 능력 확보 및 기술 상용화를 위해 초전도 도체, 진공용기 본체 및 포트, 조립장비류, 전원공급장치, 블랑켓 차폐블록, 열차폐체, 진단장치, 삼중수소 저장 및 공급장치 등 9개 조달품목을 할당받아 제작 및 조달하는 것을 목표로 삼고 있죠.

​

ⓒ국가핵융합연구소

​

그중 핵융합로의 가장 안쪽에 위치하는 진공용기는 핵융합 반응이 일어나는 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 발생시키고 유지할 수 있도록 고진공 환경을 구현하는 그릇 역할을 하게 되는데요.

 

국가과학기술연구회 소관 연구기관인 국가핵융합연구소에서는 지난 4월, ITER 장치의 핵심 품목인 진공용기의 첫 번째 섹터를 완성했어요. 9개의 섹터로 나뉘어 제작되는 ITER 진공용기는 최종 조립 시 도넛 모양의 초대형 구조물로 높이 13.8m, 외경 19.4m, 총 무게는 5천 톤에 달하게 돼요.

​

이번 완성된 섹터 6번은 진공용기 조립 설치의 기준점으로 가정 먼저 설치되어야 다른 섹터들의 조립 설치가 순차적으로 진행될 수 있고, 가장 먼저 제작되는 만큼 각종 기술적 난제들을 먼저 해결해야 하는 어려움이 있어 ITER 건설 과정의 아이스 브레이커로 불리기도 했는데요.

 

진공용기 최초 섹터의 완성은 수많은 기술적 난제를 극복하면서 ITER 건설이 본격 장치 조립 설치 단계에 들어서게 됨을 의미한다 할 수 있어요.

​

ⓒ국가핵융합연구소

​

그리고 지난 8월에는 ITER에 공급하는 부품인 ‘블랑켓 차폐블록’의 첫 완성품이 추가로 개발되었는데요. 블랑켓 차폐블록은 초고온 플라즈마와 핵융합 결과물인 중성자로부터 ITER 주요 장치를 보호하는 일종의 방패 역할을 하게 돼요.

 

이러한 블록 440개가 진공용기 내벽을 둘러싸도록 퍼즐처럼 연결해 설치되고, 한국은 이중 220개를 맡고 있죠. ITER 한국사업단은 2025년까지 한국이 담당한 220개 차폐 블록을 제작해 조달을 완료할 예정이에요.

​

​

지금의 흐름에 따르면 오는 2040년대에는 핵융합 에너지를 사용할 수 있을 것으로 예상된다고 하는데요.

 

그렇게 되면 인류는 바닷물이 고갈되지 않는 한 거의 무한한 에너지 자원으로 전기를 만들어낼 수 있을 거예요.

 

마치 패신저스 속 ‘120년간 연료 주입 없이 주행하는 우주선’처럼 말이죠. 이론상으로 완벽한 에너지기 때문에 상상 속에서나 존재하던 기술이 현실이 된다면 언젠가는 환경오염 걱정 없이 에너지를 마음껏 사용할 수 있는 날이 오지 않을까요?

 

멀게만 느껴졌던 미디어 속 과학기술이 일상이 되는 날까지, 국가과학기술연구회가 함께하겠습니다.

​

​

​

​

[출처] 무한히 사용하는 꿈의 에너지, 연료 걱정 없는 시대가 온다!|작성자 국가과학기술연구회