실용적인 핵융합 발전을 위한 최신 연구 동향과 전망

 

실용적인 핵융합로는 원자핵 융합 반응을 이용하여 에너지를 발생시키는 원자로의 일종입니다. 원자핵 융합 반응은 태양에서 일어나는 것과 같은 현상으로, 가벼운 원자들이 서로 충돌하여 더 무거운 원자로 합쳐지면서 엄청난 에너지를 방출하는 것입니다. 이러한 에너지는 노심용융이나 방사능 유출 걱정 없이 저렴하고, 탄소 배출물이 없고, 언제든지 사용할 수 있는 에너지원이 될 수 있습니다.

하지만 지구에서 핵융합 반응을 통제하고 유지하는 것은 매우 어려운 과제입니다. 핵융합 반응을 일으키기 위해서는 1억도가 훨씬 넘는 고온의 플라스마 상태가 필요하며, 이를 자석이나 레이저 등으로 감싸서 격리해야 합니다. 그동안 수십 년 동안 수십억 달러에 달하는 연구비를 들여도 아직 투입되는 에너지보다 더 많은 에너지를 생산할 수 있는 핵융합로를 건설하지 못했습니다.

그러나 최근에는 핵융합 발전을 연구하는 다양한 기관과 스타트업들이 성과를 내기 시작했습니다. 대표적인 예로는 "국제핵융합실험로 (ITER)"가 있습니다. ITER는 프랑스에 위치한 거대한 도넛 모양의 원자로로, 35개국이 참여하여 건설하고 있습니다. ITER는 2025년에 가동을 시작할 예정이며, 2035년에는 투입되는 에너지의 10배 이상의 에너지를 생산할 수 있는 핵융합 반응을 달성할 계획입니다.

또 다른 예로는 "코먼웰스 퓨전 시스템스 (Commonwealth Fusion Systems)"라는 스타트업이 있습니다. 이 회사는 MIT와 협력하여 강력한 자석을 개발하였으며, 이 자석을 이용하여 소형의 핵융합로 프로토타입을 제작하고 있습니다. 코먼웰스는 2030년대 초에 핵융합 발전을 통해 전력을 공급할 수 있을 것이라고 주장합니다.

이 외에도 여러 가지 방식으로 핵융합 발전을 연구하고 있는 기관과 스타트업들이 있습니다. 예를 들어, 로렌스 리버모어 국립 연구소 (Lawrence Livermore National Laboratory) 산하 "국립점화시설 (National Ignition Facility)"은 레이저를 이용하여 작은 연료 구슬에 압축과 가열을 가해 핵융합 반응을 일으키려고 시도하고 있습니다. 헬리온 에너지 (Helion Energy), 토카막 에너지 (Tokamak Energy), 제너럴 퓨전 (General Fusion) 등의 스타트업들은 자신들만의 독특한 핵융합로 디자인을 개발하고 있습니다.

핵융합 발전은 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있는 미래 기술 중 하나입니다. 그러나 아직도 많은 과학적이고 공학적인 난제들이 남아 있으며, 실용적인 핵융합로를 건설하고 운영하는 것은 쉽지 않습니다. 핵융합 발전이 실현되기 위해서는 지속적인 연구와 투자가 필요합니다.

 

 

 

(핵융합 발전의 장점과 단점)

장점:
-현재의 원자력 발전보다 독성 폐기물을 덜 발생시켜 더 친환경적입니다.

-수소나 헬륨과 같은 가벼운 원자들을 연료로 사용하기 때문에 연료원이 매우 풍부하고 저렴합니다.

-노심용융이나 방사능 유출 걱정 없이 저렴하고, 탄소 배출물이 없고, 언제든지 사용할 수 있는 에너지를 제공할 수 있습니다.

 

단점:
-실제로 핵융합을 통해 에너지를 효율적으로 얻기에는 초고온 상태 유지 등의 기술적 제약을 해결해야 한다는 것이 문제점이 될 수 있습니다.

-삼중수소를 만드려면 리튬이 필요한데, 이 리튬은 소금광산에서 추출되며, 이 또한 수입해야 하므로 우리나라는 결국 에너지를 간접적으로 수입해야 합니다.

-생산된 전력의 80%가 자기장을 만드는데 쓰인다. 초전도체 자석을 쓰는 경우에는 전력의 60%가 초전도체의 냉각에 쓰인다.

-핵융합발전시 나오는 중성자와 연료인 삼중수소로 인해 중저위 방사능 폐기물 또한 나온다.