깊어져 가는 겨울
전 세계를 덮친 에너지 위기
무한 청정에너지로 가는 길을 미국이 열었다.
미국이 '인공태양'으로 불리는 핵융합 발전 실현에 필요한 첫 관문에 도달했다는 공식 발표다.
제니퍼 그랜홈 미국 에너지부 장관은 13일 ‘로런스 리버모어 국립연구소’(LLNL)에 있는 핵융합 연구 시설 ‘국립 점화 시설’(NIF) 연구팀이 지난 5일 핵융합 ‘점화’에 처음으로 성공했다고 발표했다.
핵융합 점화는 핵융합을 일으키기 위해 투입한 에너지보다 더 많은 에너지를 핵융합 반응으로 생산하는 것을 뜻한다.
점화에 성공하면 에너지를 추가로 투입하지 않더라도 핵융합 반응이 지속적으로 연쇄적으로 일어날 수 있기 때문에 핵융합 연구의 중대한 이정표로 평가된다.
킴벌리 부딜 LLNL 연구소장은 “실험실 환경에서조차 캡슐을 점화하지 못하면 관성 가둠 방식을 활용한 핵융합 발전을 기대할 수 없다”며 “우리는 매우 오랫동안 이 근본적인 첫 발걸음을 내딛지 못해 핵융합 연구에 진전이 없었다”라고 설명했다.
NIF 연구팀은 중수소와 삼중수소가 들어 있는 BB탄 크기의 금속 캡슐에 강력한 레이저를 쏴 내부를 초고압 초고온 상태로 만들어 핵융합을 일으키는 ‘관성 가둠 핵융합’(Inertia Confinement Fusion) 방식을 연구해왔다.
부딜 연구소장은 “이번에는 한 번에 하나의 캡슐을 점화했지만, 상업적으로 핵융합 에너지를 생산하려면 1분 이내에 더 많은 점화가 일어나야 한다”며 “기반 기술 연구에 노력과 투자를 집중하면 몇십 년 내에 발전소를 지을 수 있을 것”이라고 말했다.
그러나 안정적인 핵융합 발전으로 가는 길에는 여전히 넘어야 할 장애물이 많다. 핵융합에 필요한 레이저 장비는 상업 발전소에서 사용하기에는 너무 크고 비싸다.
또 최초에 에너지를 공급한 뒤 추가적인 에너지 투입 없이 핵융합 반응이 연쇄적으로 일어나야 하는데 NIF 시설에서는 한 번에 한 건의 핵융합 반응만 가능하다고 연구소측은 밝혔다. 핵융합 발전은 과학계에서 '꿈의 에너지원'이라 불린다.
풍부한 연료, 높은 효율, 적은 유해 물질 배출이 강점이기 때문이다.
전력 공급도 안정적으로 할 수 있는 데다가 사고 위험도 기존 원자력 발전 방식(핵분열)에 비해 낮고 사용후연료·시설 문제 등도 거의 없다.
이번 발표로 미국은 핵융합발전의 가장 중요한 관문을 넘어섰다고 미 에너지부는 밝혔다.
한층 더 가까워진 인공태양..
기술의 발전이 무서운속도로 진화하고 있다.
그렇다면 한국 핵융합기술은 어디까지 갔나?
한국 핵융합에너지연구원의 KSTAR 연구본부는 올해 KSTAR 플라스마 실험에서 핵융합 발전의 핵심 조건인 1억 도 초고온 플라스마 운전을 30초간 유지하는 데 지난 7월 성공했다.
국내 연구진이 연구 장치에서 인공태양을 구현해 1억℃ 이온온도 기준 세계 최장 기록이다.
핵융합 발전소를 가동하려면 100초 운전이 최소 기준인데, 연구진은 향후 2-3배 여유도를 둔 300초 운전을 달성하겠다는 목표다. 핵융합에너지 분야는 아직 어느 나라도 주도권을 갖지 못했다.
우리나라를 비롯해 유럽연합(EU)과 러시아, 미국, 일본, 인도, 중국 등이 참여해 국제 핵융합 실험로(ITER)를 공동 건설하며 핵융합에너지 구현에 속도를 내고 있다. 국제 사회에서 한국 연구진은 선두권 그룹으로 평가된다.
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