[지식보관소] 꿈의 에너지 핵융합 발전을 상용화하기 어렵게 만들었던 난제 중 하나가 해결되었다.

 

 

얼마 전 미국의 연구팀은

핵융합 발전의 난제 중의 하나인

토카막 내에서

장기적으로 고밀도의 플라즈마를 유지시킬 수 있는 방법의 돌파구를 찾아냈으며

이 내용은 국제 학술지 네이처지에 게시가 되었습니다.

 

 

 

자연 핵융합 발전소인 태양은

무려 3.9x10^26W의 에너지를 계속해서 생산하고 있습니다.

이게 얼마나 엄청난 양이냐면

인류가 지금까지 만들어낸 모든 에너지보다

태양이 1초 동안 만들어내는 에너지가 더 많을 정도죠.

 

그런데 더 놀라운 건

이런 태양이 앞으로 적어도 50억 년 이상 동안

더 많은 에너지를 만들어낸다는 것입니다.

 

이게 가능한 이유는

태양이 무진장 크기는 하지만

핵융합 발전의 효율이 말도 안 되게 높기 때문입니다.

 

 

1g의 수소가 태양에서 핵융합을 해서 만들어내는 에너지는

약 6.3x10^14J에 육박하며

이는 석탄 화력발전소가

거의 8톤의 석탄을 태워야지 얻을 수 있는 에너지입니다.

 

이는 태양의 에너지 효율이

인간의 석탄발전소보다 무려 800만 배나 좋다는 의미이고

만약에 태양이 핵융합으로 에너지를 만드는 게 아니라

태양 무게의 석탄으로 이루어져 있다면

태양은 100억 년이 아니라

고작 1300년 만에 에너지가 고갈이 되었겠죠.

 

때문에 인류는 이런 엄청난 에너지 효율을 가진

핵융합 발전을 상용화하기 위해서

100년 넘게 엄청나게 많은 연구를 하고 있지만

초고온의 플라즈마를 제어하는 게 쉽지 않아서

핵융합 발전 상용화는

우리 세대 안에는 힘들다는 전망도 많이 있는 상황이었습니다.

뭐 지금까지는 말이죠.

 

얼마 전 미국의 연구팀은

핵융합 발전의 난제 중의 하나인 토카막 내에서

장기적으로 고밀도의 플라즈마를 유지시킬 수 있는 방법의 돌파구를 찾아냈으며

이 내용은 국제 학술지 네이처지에 게시가 되었습니다.

 

현재 우리나라의 세계적인 핵융합 연구소인 KSTAR의 경우

고성능 플라즈마 운영 모드인 H-모드를 사용하고 있습니다.

 

H-모드는 핵융합 장치를 운전할 때

특정 조건에서 플라즈마를 가두는 성능이 약 2배로 증가하는 현상으로

이런 H-모드의 강점 덕분에

KSTAR는 얼마 전에 1억도의 플라즈마를

48초 동안 유지하는 세계 기록을 달성할 수가 있었죠.

 

뿐만 아니라 현존하는 토카막

아니 모든 방식에서 가장 오랫동안

1억도의 플라즈마를 유지할 수 있는 운영 방식이

전부 다 H-모드이기 때문에

H-모드가 현재까지 핵융합 발전에 가장 큰 희망이었습니다.

 

하지만 이번에 미국 연구팀은

H-모드보다 플라즈마를 가두는 성능이

무려 50%가 더 높은 새로운 모드를 발견해 낸 것인데요.

 

단순히 이론적인 검증이 아니라

실험로에서 1억 도의 플라즈마를 무려 2.2초 동안 가두면서

데이터로 입증이 된 것이죠.

 

여기에서

“아니 KSTAR는 이미 48초의 세계 기록이 있으니까

2.2초 동안이라는 이 기록은 거의 쓸모없는 연구 아니야?”라고 생각할 수도 있는데

연구팀이 사용한 원자로는 직경이 고작 1.6m에 불과한

매우 작은 프로토타입 수준의 실험으로 실험했다는 것이며

이 실험로에서

플라즈마의 안정성이 H-모드보다

최대 50%가 더 높았음이 확인이 되면서

10년 넘게 최고의 플라즈마 안전 운영성을 가졌다는 H-모드보다

높은 안정성의 모드를 발견한 것입니다.

 

이는 핵융합 상용화의 가장 큰 난제였던

플라즈마의 운영 안정성을

H-모드보다 더 높일 수는 없다는 그 장애물을 돌파한 사건이며

미래에는 핵융합 발전이 공상 과학이 아니라

실제로 실현될 수 있다는 희망을 줄 수준의 실험 결과인 것이죠.

 

현재 우리나라를 포함한 세계 여러 선진국들은

지구의 에너지 위기와 온난화를 극복하기 위해서

세계 최대의 핵융합 발전 실험로인 ITER를 건설하고 있습니다.

 

지금은 플라즈마에서 발생하는 핵융합 에너지에 비해서

투입되는 에너지가 너무나도 커서

발전하는 게 불가능하지만

이론상 300초 이상 1억도의 플라즈마를 지속할 수가 있다면

말 그대로 꿈의 에너지 시대가 도달할 수가 있습니다.

 

이건 마치 인류가 처음에 불을 피울 때

연기가 나기 시작할 때는

계속해서 에너지를 투입해야 하지만

한 번 점화가 되고 나면

연료만 보충하면 계속해서 엄청난 에너지를 만들어내는 것과 비슷한 것이죠.

 

“핵융합 발전이 상용화되어 봐야

전기세가 조금 싸지는 정도 아니냐?”라고 생각하는 분들이 있는데,

우리나라처럼 산유국이 아닌데도

전기세가 저렴한 편인 나라에서는

직접적인 전기료 혜택은 큰 체감이 없긴 합니다.

 

하지만 우리가 사용하는 상당수의 제품 생산에서 배송까지

결국 단가에서 가장 큰 부분이

에너지 비용이기 때문에

전반적인 생활 물가에 미칠 파급력은

상상하는 것 그 이상이 될 것으로 기대가 됩니다.

 

거기에다가 현재 지구온난화를 현실적으로 해결할 방법은

인간의 숫자를 절반 미만으로 줄이거나

핵융합 발전 상용화뿐이라는 것을 생각하면

사실 반드시 달성해야만 하는 기술적 과제인 셈이죠.

 

계속해서 들려오는 희망적인 소식을 생각하면

삼체인이 방해하지 않는 이상

우리 세대 안에

핵융합이 상용화되는 것을 볼 수 있지 않을까 기대가 됩니다.

그럼 이만.