새로운 원자력을 만나다! – 뉴스레터 8호

UNIST 원자력공학과 윤의성 교수

연구실 카드뉴스 #11. FPAR LAB -... - UNIST MANE Student Council | Facebook

단 세 가지 조건,

1. CO2(이산화탄소)를 발생하지 않는 에너지

2. 안정적인 기저 전력을 제공하는 에너지

3. 늘어나는 에너지 수요를 만족시킬 수 있는 확장 가능한 에너지

수많은 친환경 에너지 생산 기술들이 앞다투고 있지만 위 세 가지 조건을 동시에 만족시키는 에너지는 어떤 것들이 있을까? 아마도 원자력 에너지뿐일 것이다.

현재 우리나라는 앞서 언급한 어느 한 조건도 무시할 수 없는 상황이다. CO2를 당장 줄이지 못하면 유럽과 미국에서 몇 년 안에 도입할 탄소국경세를 피하지 못해 무역의존도가 큰 우리나라의 수출품들은 가격 경쟁력을 잃고 수익을 내기가 힘들어진다. 국가 근간이 되는 기저 전력이 불안정하면, 일반적으로 멈추지 않고 가동되는 국가적 전략 수출 물품인 반도체의 생산 공정이 순간적인 정전으로 인해 수십억 손실이 일어나며 원래의 최적화 공정상태로 회복하는데 몇 달의 시간이 소요될 수 있다. 지구는 온실 효과로 뜨거워지고 올 해도 폭염이 예고되고 있어 늘어나는 에너지 수요를 충족하면서도 동시에 CO2의 관리가 절실히 필요하다. 폭염이 올수록 냉방기기의 사용으로 전력량은 폭증하고 에너지 생산을 위해 CO2가 발생하는 악순환이다. 국내 뿐만 아니라 세계적으로도 이런 어려운 상황들을 타개할 수 있는 현실적인 방법으로 원자력 에너지를 빼놓고서는 이야기하기 힘들다.

이러한 필수적인 원자력 에너지 중 현재 상용 원자로의 핵분열 에너지와 다른 에너지 생산방식으로 주목받고 있는 것 중 하나가 핵융합 에너지이다. 핵분열과 핵융합은 질량결손으로부터 에너지를 생산하는 원리는 같지만, 핵분열은 무거운 원소가 나뉘며 에너지가 발생하는데 반해 핵융합은 가벼운 원소가 합쳐지며 에너지가 발생된다. 핵융합 에너지는 바닷물에서 연료를 얻어 연료 고갈의 걱정이 없으며, 이러한 연료를 가스와 같은 플라즈마 상태로 연소하고 재료 개발을 통해 방사성 폐기물의 양을 근원적으로 줄이는 방향으로 개발되고 있다. 또한 핵융합 플라즈마의 특성상 상온에서 플라즈마 상태를 유지할 수 없어 폭발의 위험이 없다. 보통 우리 주변의 핵융합 에너지는 아이언맨과 같은 공상과학 영화에서 자주 등장하고 ‘30년 후에도 30년’과 같은 농담으로 다뤄지다보니 인류 궁극의 기술로 불리면서도 먼 미래에 이루어질지도 모르는 기술로 여겨져 왔다.

하지만 주요 선진국들의 계획을 보면 핵융합은 어느 새 우리 눈 앞에 성큼 다가와 있다. 우리나라를 포함한 세계 선진국들이 협력하여 건설하고 있는 ITER 핵융합 실험로가 2025년 첫 플라즈마 운전을 시작하여 20년 가량의 운영이 진행될 것은 이미 잘 알려진 사실이다. 근래에는 핵융합 상용로 건설을 보다 앞당기기 위해 ITER 참여 각국에서 공격적인 핵융합로 개발 계획과 전략을 따로 발표하며 그 열기가 매우 뜨겁다. 중국은 2030년대 DEMO(CFETR) 건설을 위해 이미 연구시설(CRAFT) 기공식을 가졌으며, 영국의 Tokamak Energy사는 ST40으로 2030년까지 상업적 규모의 핵융합 에너지 생산을, 미국 MIT는 개선된 초전도 자석을 사용하여 2025년에 소형핵융합로(SPARC)를 완성하고 2035년까지 전력생산(ARC)을 목표하고 있다. 다른 ITER 참가국들과의 경쟁에서 뒤처지지 않도록 우리나라 또한 KSTAR 실험로를 넘어 국가적 차원에서의 실증로 및 상용로 연구개발 지원이 필요한 시점이라 할 수 있겠다. 이와 같은 인류의 범세계적 노력들로부터 무한 청정에너지를 빨리 만나볼 수 있기를 기대한다.

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