전 세계가 탄소 중립을 목표로 힘쓰고 있습니다. LNG나 석유, 석탄 등의 화석 연료로 발전을 하기보다는 태양광이나 풍력 등의 친환경 에너지로 전기를 생산하고, 운송 수단인 자동차도 전기 자동차를 쓰려고 노력하고 있습니다.
하지만 태양광이나 풍력 같은 에너지는 일정하게 전력을 공급하기 어렵다는 문제가 있습니다. 해가 지거나 날씨가 흐리고, 바람이 잘 안불게 되면 전력이 부족하게 됩니다. 실제로 올 해 북유럽에서 바람이 잘 안불어서 풍력 발전에 차질이 발생했고, 부족한 전력을 LNG 등을 이용한 발전으로 공급하려고하다보니 국제 천연가스 가격이 치솟기도 했습니다.
게다가 이러한 자연 에너지는 전지구적으로 고르게 분포하지 않습니다. 영국같은 곳은 대서양에서 바람이 풍부하게 불어오지만 흐린 날씨 때문에 태양광 발전에는 적합하지 않습니다. 마치 석유가 일부 지역에 몰려있는 것과 비슷합니다. 때문에 안전성 문제가 있는 원자력 발전소에 대한 필요성이 다시금 제기되고 있습니다.
궁극의 친환경, 핵융합 에너지
사실 궁극의 친환경 에너지는 핵융합 에너지를 이용한 발전입니다. 수소를 이용한 핵융합 반응을 통해 에너지를 발생시키는 핵융합 발전은 탄소를 발생시키지 않는 청정에너지입니다. 에너지 원은 중수소와 삼중수소인데 바닷 물이 있는 곳에서 쉽게 만들어 낼 수 있습니다. 게다가 방사능 걱정도 없습니다.
핵융합 발전의 원료인 중수소와 삼중수소를 수천도의 온도로 가열해 '플라즈마' 상태로 만든 다음, 수소원자핵을 고주파를 이용해서 1억도 이상의 초고온으로 만듭니다. '+' 전하를 띄는 두 개의 수소 원자핵은 서로 밀어내려는 힘이 있습니다. 이 힘을 넘어서야 핵융합 반응이 일어나는데요. 온도가 높다는 것은 입자의 운동에너지가 높다는 것을 의미합니다. 즉, '+' 전하끼리 밀어내는 힘을 넘어서는 운동에너지를 만들기 위해서 1억도 이상의 초고온이 필요한 것입니다. 1억도가 넘어가면 자연적으로 핵융합 반응이 시작된다고 합니다.
문제는 1억도를 견딜 수 있는 물질이 없다는 것입니다. 제 아무리 단단한 강철이라도 수천도의 온도에서 이미 녹아버리기 시작합니다. 대신 플라즈마가 자기적 성질을 띈 다는 점을 이용해서 도넛 구조의 전자기 물질을 통해 형성된 인공 자기장에 플라즈마를 가두고 에너지를 생산하는 방식을 연구하고 있습니다.
KSTAR는 국내 기술로 완성한 초전도핵융합연구 장치입니다. 2008년부터 초고온 플라즈마의 장시간 유지를 위한 기술 확보를 위해 연구를 하고 있습니다. 2018년에는 핵융합 플라즈마 이온온도 1억도에 도달했고, 이후 매년 유지시간을 연장하고 있습니다. 2020년에는 20초 연속 운전에 성공하면서 세계 최장 기록을 달성했는데요. 이번 실험에서는 10초 더 늘려서 다시 한번 세계 최장 기록을 갱신하게 되었습니다.
한국의 핵융합 기술이 세계 정상급이라는 것을 의미합니다.
KSTAR는 앞으로 운전시간 연장을 위해 전원장치를 개선하고 내벽온도 상승을 억제할 텅스텐 디버터 설치를 계획중입니다. '내부수송장벽(ITB, Internal Transport Barrier)' 모드의 안정성 유지를 위한 연구를 지속해서 2026년까지 1억도 초고온 플라즈마를 300초 동안 유지하는 것을 목표로하고 있습니다.
물론 이 기술을 확보하는 것이 바로 핵융합 발전으로 모든 에너지 문제가 해결되는 것을 의미하지는 않습니다. 아직 가야할 길이 많은데요. 그래도 꾸준하게 연구성과가 나오고 있고, 핵융합 에너지에 대해서 한국이 기술을 선도하고 있는 것을 확실해보입니다. 앞으로도 꾸준히 투자하고 지원해서 에너지 혁명을 이끌었으면 좋겠습니다.
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