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‘인공태양’ 미래의 에너지를 향해
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‘인공태양’ 미래의 에너지를 향해
  • 이성주 기자
  • 승인 2020.12.29 23:19
  • 댓글 0
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기후변화 등 환경오염으로 인한 부작용↑
핵융합에너지가 청정에너지가 될 수 있을까
ⓒ한국핵융합에너지연구원
ⓒ한국핵융합에너지연구원

[프롤로그=이성주] 지난달 25일 한국핵융합에너지연구원(KFE, 원장 유석재)는 인공태양 KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)가 1억도 초고온 플라즈마를 20초간 유지하는 데 성공했다고 발표했다. 이는 세계 최고 기록으로 지난해 KSTAR가 기록한 초고온 플라즈마 운전 기록인 8초를 2배 이상 갱신한 성과이다. 

◇ 핵융합이란?

초고온, 고밀도 상태인 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지구에서 만들기 위해서는 KSTAR와 같은 핵융합 장치 내부에 연료를 넣고 핵을 구성하는 이온과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 만든 후, 이온온도를 1억도 이상 초고온으로 가열하고 유지해야 한다.

그동안 다른 핵융합 장치들은 순간적으로 1억도 이상 초고온 플라즈마를 달성하는 데는 성공했지만, 이를 10초 이상 유지하는 벽을 넘지 못했다. 이는 상전도 장치의 운전 한계*와 핵융합로 내에 안정적으로 초고온 플라즈마를 장시간 유지할 수 있는 운전기술의 개발이 어려웠기 때문이다.
* 상전도 장치의 운전 한계 : KSTAR와 같은 초전도 자석을 이용한 핵융합 장치와 달리 상전도 구리 자석을 사용한 기존 핵융합 장치는 플라즈마를 가두기 위한 강력한 자기장 형성을 위해 높은 전류를 오랫동안 자석에 흘리게 되면, 저항으로 자석의 과도한 온도상승이 일어나 장시간 연속운전이 어려움 

◇ 1억도·20초 유지, 세계 최고 기록

KSTAR는 ‘20년도 실험에서 지난해 달성한 차세대 플라즈마 운전 모드 중 하나인 내부수송장벽(Internal Transport Barrier, ITB)모드3)의 성능을 향상시키는 노력을 통해, 기존 초고온 플라즈마 운전의 한계를 넘어 장시간 플라즈마를 유지하는 데 성공할 수 있었다고 전했다.

핵융합(연) 윤시우 KSTAR 연구센터장은 “1억도 초고온 플라즈마의 장시간 운전기술은 핵융합에너지 실현을 위한 핵융합 핵심 과제로, 이번 KSTAR의 초고온 플라즈마 20초 유지 성과는 장시간 고성능 플라즈마 운전기술 확보를 위한 중요한 전환점이 될 것으로 본다”고 의미를 밝혔다.

또한 초고온 플라즈마 운전 연구를 함께 수행한 서울대 원자핵공학과 나용수 교수는 “KSTAR 실험을 통해 장시간 초고온 운전에 성공함으로써 핵융합에너지 실현을 위한 핵융합로 운전 기술 개발에 한 발짝 더 나아가게 되었다.”라고 의의를 부여했다.

지난 8월부터 장치 운전을 시작한 KSTAR는 오는 12월 10일까지 플라즈마 발생 실험을 지속할 계획으로, 고성능 플라즈마 운전 및 플라즈마 붕괴완화 실험 등 국내외 공동연구 실험을 포함해 총 110건의 플라즈마 실험을 수행하게 된다. 

KSTAR의 최종 운전 목표는 2025년까지 1억도 초고온 플라즈마의 300초 연속운전을 달성하는 것이다. 

◇ 핵융합에너지가 과연 미래의 에너지가 될까

ⓒ한국핵융합에너지연구원
ⓒ한국핵융합에너지연구원

전 세계적으로 선진국에 속한 국가들이 앞다퉈 참여하고 있는 연구가 핵융합 관련 연구이다. 핵융합 연구 초기부터 핵융합이 미래의 에너지가 되리라 전망해왔다. 실제로 핵융합 시 엄청난 에너지가 발생하기 때문에 그러한 기대가 아주 틀린 것은 아니다. 하지만 핵융합에너지가 미래의 에너지가 되는 것은 다른 문제이다.

미래의 에너지는 현재와는 다르게 청정에너지여야만 한다. 에너지를 확보하기 위해서 환경오염을 일으키거나 막대한 자원을 소모하는 것은 이제는 불가능하며, 일어나서는 안 되는 일이기 때문이다. 그렇다면 핵융합에너지는 청정에너지일까.

많은 이들이 꺼리는 원자력에너지도 이전에는 청정에너지 취급을 받았다. 그러나 수많은 원자력 사고 이후 이러한 이야기는 공허한 외침에 불과하다는 걸 알게 됐다.

핵융합에너지는 핵분열을 통한 것보다는 환경오염이 적긴 하다. 하지만 핵융합 시에도 방사능 오염이 발생할 수밖에 없다. 또한 연료가 되는 중수소는 바닷물을 전기 분해해서 얻게 되는데, 필수적으로 바닷물이 필요로 할 수밖에 없다. 바닷물이 지구 표면의 70% 이상을 뒤덮고 있지만, 그렇다고 하더라도 한정적인 자원임이 분명하다. 

물론 기존의 다른 에너지들보다는 환경오염이 덜 하다는 것은 사실이다. 그러나 우리가 이미 알고 있는 청정에너지와는 비교할 수 없다. 이 같은 이유로 인해 정부에서는 최근 그린뉴딜 정책을 발표하면서 청정에너지에 해당하는 주요 신재생에너지로 풍력과 태양광을 꼽았다. 

핵융합에너지가 실용화되기까지는 앞으로도 가야 할 길이 많이 남았다. 그 과정에서 앞서 이야기 한 문제들이 해결될 가능성도 있다. 그러므로 그 전에 청정에너지가 확실한 풍력·태양광과 같은 다른 에너지에 집중하는 것도 필요하지 않을까. 



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