1g으로 석유 8t량 에너지생산…脫원전 대안‘핵융합발전’뜬다

고갈우려없는 바닷물이 주원료 방사성 폐기물도 재활용 가능 사고발생시 방사능 누출위험 ‘0’ 핵융합硏 ‘KSTAR’개발 독자운용 상용화 위해 핵심기술 확보 박차

정부의 에너지분야 정책기조가 사실상 원자력 발전을 중단하는 쪽으로 가닥이 잡히면서 이를 대체할 안정적인 에너지원 확보에 관심이 집중되고 있다. 태양광, 풍력발전 등의 신재생에너지만으로는 원전 발전을 대체할 수 없다는 것이 전문가들의 지적이다.

이 같은 상황에서 최적의 대체에너지 생산기술로 주목받는 것이 바로 ‘인공태양’이라 불리는 핵융합발전이다.

▶1g으로 석유 8t량 에너지 생산= 핵융합은 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 인위적으로 모사해 전기에너지를 얻는 기술이다. 핵융합 발전에 사용되는 원료는 바닷물에 풍부하게 함유된 중수소와 삼중수소(리튬)다.

에너지 효율도 다른 신재생에너지에 비해 월등히 높다. 핵융합 연료 1g은 석유 8톤에 해당하는 에너지 생산이 가능하며, 욕조 반 분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬의 양만으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있다.

발생된 방사성 폐기물은 중저준위 폐기물로 짧게는 10년에서 길어도 100년 이내에는 모두 재활용이 가능해진다. 따라서 원자력발전처럼 장기적 폐기물 처리시설이 필요치 않다.

또 연료공급이 중단되면 1~2초 내로 운전이 자동 정지돼 발전소 폭발이나 방사능 누출 위험으로부터도 자유롭다. 핵융합연구소는 핵융합에너지 상용화 연구를 위해 지난 2007년 최첨단 토카막 방식을 이용한 핵융합연구장치인 ‘KSTAR’를 국내 독자기술로 개발해 운용하고 있다.

토카막(Tokamak)은 1억도 이상의 고온 플라즈마를 가두기 위해 D자 모양의 초전도 자석으로 자기장을 발생시켜 플라즈마가 진공용기 내에서 안정적 상태를 유지하도록 제어하는 역할을 한다.

▶고성능 플라즈마 등 핵심기술 확보= KSTAR는 우리나라를 포함해 EU, 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 등 7개국이 참여한 핵융합 분야 국제 공동 프로젝트 ‘국제핵융합실험로’(ITER)의 약 25분의1 규모다.

오영국 KSTAR 연구센터 부센터장은 “KSTAR를 운용해 얻는 실험자료와 기술을 ITER 완공때까지 제공하는 한편 한국형 핵융합 실증로 건설에 필요한 독자적 연구를 수행하고 있다”고 설명했다.

KSTAR는 고성능 플라즈마 운전조건인 ‘H-모드’의 구현에 성공한 이래 기술고도화를 거쳐 지난해 70초 이상의 H-모드 유지에 성공했다. H-모드란 특정조건에서 핵융합장치가 플라즈마를 가두는 효율이 2배 증가하는 상태로 생산성을 높이기 위해서는 장시간 유지해야만 한다.

또 핵융합 연구의 최대 난제 중 하나로 꼽혔던 ‘플라즈마 경계면 불안정성 현상(ELM)’의 제어에 최초 성공하기도 했다. ELM이 발생하면 플라즈마 내부의 많은 에너지가 유출되면서 토카막 내벽에 큰 손상을 줄 수 있어 반드시 제어해야만 하는 현상 중 하나다.

핵융합 연구의 최종 목표는 상용화, 즉 발전이다. EU와 일본은 2040년대 데모플랜트 건설에 착수해 2050년대 본격 상용화를 통해 전력생산에 돌입한다는 전략이다.

오 부센터장은 “우리나라도 KSTAR에서 상용화를 위한 연구개발을 발전소 데모 단계로 넘어간다는 기본계획을 설정한 상태“라며 “향후 국내 핵융합 실증로 구축을 위한 연구개발에 집중해 오는 2040년대 핵융합 발전으로 전기를 생산하는 것이 최종 목표”라고 말했다.

구본혁 기자/nbgkoo@