인공태양 ‘KSTAR’에 주목해야 하는 이유
인공태양 ‘KSTAR’에 주목해야 하는 이유
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  • 승인 2018.03.13 10:29
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[일렉트릭파워 고인석 회장] 정부의 에너지전환 정책에 따라 원전과 석탄발전 축소가 불가피해 지면서 에너지안보를 책임질 새로운 대체에너지로 ‘핵융합에너지’가 주목받고 있다.

핵융합은 태양이 에너지를 발생하는 원리와 같다. 가벼운 원자핵들이 결합해 더 무거운 원자핵이 되는 과정에서 에너지가 발생하는 원리다. 이 에너지로 물을 끊여 발생한 수증기로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것이 핵융합발전이다.

핵융합에너지를 얻기 위해선 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 만들어야 한다. 또 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는 핵융합장치와 연료인 중수소·삼중수소가 필요하다. 수억 ℃의 플라즈마 상태에서 수소원자핵들이 융합해 태양에너지와 같은 핵융합에너지를 만들게 된다. 핵융합장치는 태양과 같은 원리로 에너지를 만들어 낸다고 해서 ‘인공태양’이라 불린다.

사실 1억℃가 얼마큼 뜨거운 온도인지 짐작할 수도 없다. 제철소 용광로 평균온도가 2,000℃ 이상 하니 어림 계산으로 가늠해 볼 뿐이다.

‘인공태양’ 중에 가장 진보한 핵융합장치가 토카막(Tokamak)이다. 토카막은 태양처럼 핵융합반응이 일어나는 환경을 만들기 위해 초고온의 플라즈마를 자기장을 이용해 가두는 핵융합장치다. ‘한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR)’도 토카막형 핵융합장치다.

KSTAR는 1995년부터 2007년까지 12년에 걸쳐 국내 기술로 개발된 초전도핵융합장치다. 2008년 최초 플라즈마 달성에 성공했다. 국제핵융합실험로(ITER)와 동일한 초전도 재료로 제작됐다.

KSTAR는 현재 운용되고 있는 핵융합장치 중 가장 앞선 성능을 보이고 있다. 국가핵융합연구소에 따르면 KSTAR는 지난해 7,000만℃ 초고온 상태에서 72초 동안 고성능 플라즈마를 안정적으로 유지하는 데 성공했다. KSTAR의 목표는 1억℃의 초고온 플라즈마 상태를 300초간 안정적으로 지속하는 것이다.

핵융합에너지가 주목받은 이유는 무한한 자원과 안전성 때문이다. 핵융합에너지는 바닷물에 풍부한 중수소와 지표면에서 쉽게 추출할 수 있는 리튬을 원료로 하기 때문에 자원고갈에 대한 부담이 현저하게 낮다. 삼면이 바다인 우리에게 매우 유리한 에너지인 셈이다.

핵융합연료 1g은 석유 8t에 해당하는 에너지 생산이 가능하다고 한다. 욕조 절반가량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬 양만으로 한사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있을 정도로 에너지효율이 높다.

무엇보다 핵융합발전이 매력적인 이유는 이산화탄소 발생이 없어 온실가스 배출문제에서 자유롭다는 점이다. 원전의 0.04%에 불과한 소량의 방사능에 의해 중·저준위방사성폐기물이 일부 발생하지만 최대 100년 이내에 모두 재활용이 가능하다는 게 전문가들 견해다.

또 원자로 내부에 연료를 미리 채운 상태에서 핵분열 연쇄반응을 이용하는 원전과 달리 핵융합로는 연료인 중수소나 삼중수소를 외부에서 공급받는 시스템이기 때문에 연료공급이 중단되면 1~2초 안에 자동으로 멈춰 설비 폭발이나 방사능 누출과 같은 위험이 없다.

핵융합에너지가 상용화되려면 아직 가야할 길이 멀지만 반드시 실현시켜야 할 기술임에는 틀림없다. 안전하고 깨끗한 에너지를 선사할 ‘대한민국 태양’이 하루빨리 떠오르길 기대해본다.


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