이곳에다 현재 일어나는 지구문제의 답을 쓸수없는 이유.... > 자유 게시판

쇼핑저널 버즈] 국제유가가 하늘 높은 줄 모르고 치솟고 있다. 중대형차 대신 경차가 큰 인기를 끌고 있고 도시를 수놓던 한강다리의 야간조명도 꺼야 할 상황이다. 기름 한 방울 나지 않는 우리나라는 에너지 절약 외에는 뾰족한 방법이 없어 답답한 노릇. 물론 방법이 아주 없는 것은 아니다. 기름을 태워 전기를 만드는 화력발전소 대신 원자력발전소를 세우면 국제유가와 상관없이 저렴한 가격에 에너지를 만들 수 있다.

실제로 국제유가 영향으로 인해 세계적으로 원자력발전소 건설 계획이 잇따라 발표되고 있다. 러시아는 오는 2010년 완공을 목표로 원자력발전소 5기를 짓고 있으며 중국은 올해 2기가 가동에 들어가며 8기를 추가로 건설한다. 일본도 3기가 건설중이며 12기를 추가로 세울 예정이며 인도네시아, 인도, 베트남, 이집트, 터키 등도 원자력발전소에 흥미를 보이고 있다.

하지만 원자력발전소는 화력 발전소에 비해 이산화탄소가 덜 나와 지구 온난화를 막을 수 있다지만 러시아 체르노빌 사태에서 살펴보듯 위험성도 만만치 않다. 여기에 방사능에 오염된 폐기물을 따로 보관해야 한다.

대체 에너지로 조명 받고 있는 태양광, 파력, 조력, 풍력 등도 경제성이나 기술적인 어려움이 많아 근본적인 해결 방법이 아니다. 이도 저도 아니라면 석유가 바닥나기 전에 빨리 다른 에너지를 찾아야 한다. 가장 유력한 후보로 떠오르고 있는 것이 바로 핵융합이다.

■ 순식간에 화력발전소 3기 분량 전기 만들어내핵융합이라는 단어가 다소 생소할 수 있지만 우리가 살고 있는 우주에서는 흔하디 흔한 현상이다. 태양을 비롯해 밤하늘에 떠 있는 수많은 별이 모두 핵융합발전을 한다고 생각하면 이해가 쉽다. 핵융합발전의 가장 큰 매력은 무엇보다 발생하는 에너지량이 크고 연료 제한도 거의 없다는 점이다. 여기에 환경오염 물질도 거의 발생하지 않는다. 그런데 이렇게 좋은 걸 왜 이제까지 안 했느냐고? 다 이유가 있어서다.

자세한 이유를 살펴보기 전에 원자력발전 원리부터 간단하게 살펴보자. 원자력발전은 말 그대로 원자의 힘을 이용해 전기를 만들어낸다. 물질은 원자로 이루어져 있고 원자는 다시 원자핵과 전자로 나뉜다. 원자핵은 외부에서 자극이 가해지면 갈라지게 되는데 이때 중성자나 양성자와 같은 핵 입자와 함께 에너지가 발생한다.

이 과정에서 떨어져 나온 중성자와 양성자가 다른 원자핵에 부딪쳐 같은 과정이 반복되는데 이것이 바로 기본적인 원자력 발전의 원리인 핵분열 연쇄반응이다. 쉽게 말해 핵분열 연쇄반응이 짧은 시간 내에 급격하게 이루어지는 것이 원자폭탄이고 반대로 천천히 일어나게 만드는 것을 원자력발전이다.

고유가 시대를 맞아 원자력 발전이 다시 각광받고 있다. (사진 : 한국수력원자력)	핵융합은 원자가 합쳐지는 과정에서 발생하는 질량차 에너를지를 이용한다. 사진은 국제핵융합실험로 ETER 모형

핵분열 연쇄반응을 활용한 원자력발전과 달리 핵융합은 말 그대로 원자핵을 하나로 합칠 때 발생하는 에너지를 이용한다. 원리가 정반대인 셈이다. 국가핵융합연구소 권면 단장은 "익히 알려진 것처럼 핵융합은 환경오염이 적고 원료 공급이 손쉽지만 핵융합 반응 자체를 만들어내기가 어렵다"면서 "핵융합 반응을 일으키려면 원자를 플라즈마 상태로 만들어 이를 가두고 뜨거운 열을 가해야 하는데 이 과정이 만만치 않다"고 전했다.

자세히 설명하면 이렇다. 예를 들어 '물'이 주변 온도에 따라 고체, 액체, 기체로 바뀌는 것처럼 플라즈마도 어느 일정 조건이 만들어질 때 물질이 존재하는 상태를 뜻한다. 그런데 핵융합에서 사용하는 플라즈마는 온도가 무려 1억 5,000만에서 2억도 정도에 이르러야 한다. 이처럼 뜨거운 온도를 버틸 수 있는 물질은 지구상에 존재하지 않는다.

플라즈마 온도가 뜨거워 이를 담아둘 수 없다면 외부 물질과 접촉하지 않고 공중에 띄우면 된다. 이때 사용하는 것이 '토카막'이다. 토카막은 자기장을 만들어 고온의 플라즈마를 공중에서 제어하는 역할을 한다. 하지만 여기에도 문제는 있다. 바로 토카막을 작동시키기 위해 전자석에 전류를 흘리면 엄청난 전기 저항이 발생해 열이 발생한다는 것.

트로이달 초전도자석 구조물은 강한 자기장으로부터 자석을 보호하는 역할을 한다.	진공 용기는 내부에서 발생하는 열은 물론 외부에서 공기가 들어오지 못하도록 해준다.

권면 단장은 "기존 토카막에서 발생하는 발열 문제를 해결하려면 초전도 자석을 사용해야 한다"면서 "초전도 상태에서는 전기 저항이 발생하지 않아 핵융합에서 필요한 플라즈마를 충분히 담아둘 수 있다"고 말했다. 그래서인지 초전도 자석을 이용한 토카막은 "세상에서 가장 뜨거운 물질을 담는 세상에서 가장 차가운 그릇"이라고 부르기도 한다.

■ 난관 많지만 장기적인 관점에서 바라봐야현재 핵융합에 사용하는 원료는 바닷물에서 추출한 중수소와 지구상에서 손쉽게 얻을 수 있는 삼중수소(리튬)를 쓴다. 일단 연료는 큰 걱정이 없는 셈이다. 다만 중수소와 삼중수소를 사용하게 되면 원자력발전소 만큼은 아니지만 방사능 폐기물이 발생한다. 주로 내부에서 사용한 옷이나 장갑, 각종 공구가 그것.

권면 단장은 "핵융합 과정에서 발생한 방사능 폐기물은 고준위가 아닌 저준위 상태"라며 "50년 정도면 반감기가 끝나고 기존 원자력발전소에서 발생한 방사능 폐기물에 비하면 훨씬 양호한 수준"이라고 말했다. 또한 그는 "헬륨3을 사용하면 아예 방사능 폐기물이 발생하지 않아 청정 에너지로 손색이 없다"고 설명했다.

초전도 자석을 쓰면 최고 2억도에 이르는 고온의 플라즈마를 공중에 띄워 제어가 가능하다.	핵융합을 실용화하려면 기술적인 문제 외에 운영 경험도 반드시 필요하다. 사진은 작년 9월 완공한 한국형 핵융합 장치 K스타

참고로 원자력발전소의 저준위 방사능 폐기물 반감기는 300년이며 비닐봉투가 자연상태에서 완전히 분해하기까지 50년이 걸린다. 헬륨3은 삼중수소 대신 사용이 가능하지만 지구상에는 극소량만 얻을 수 있다.

다만 대기가 없는 달이라면 태양풍에 의해 헬륨3이 다량으로 매장되어 있을 가능성이 높다. 최근 미국, 중국, 일본, 러시아 등에서 그 동안 중단했던 달 탐사를 다시 시작한 이유도 헬륨3 때문이다. 달에서 헬륨3을 우주왕복선 화물칸에 25톤만 가지고 온다면 1년 동안 미국이 사용할 수 있는 전기를 만들어 낼 수 있을 정도다.

권면 단장은 "핵융합은 단기간 내에 효과를 기대하기 어려우므로 보다 장기적인 관점에서 바라봐야 한다"고 전한다.

이제 핵융합에 남은 문제는 경제성과 안정성, 그리고 운영 경험을 쌓는 일이다. "우리나라의 경우 작년에 완공한 K스타와 함께 국제핵융합실험로 ETER에 참여하고 있으며 특히 장치건설기술과 초전도 토카막은 톱 클래스 수준"이라며 "현재 만들어진 핵융합의 경우 1∼2초 정도만에 화력발전소 3개 분량만큼의 전기를 만들어 냈지만 이를 지속적으로 유지시키기 위해서는 아직 가야할 길이 멀다"고 권면 단장은 덧붙였다.

전문가들은 국제핵융합실험로가 일정대로 완공된다고 해도 2015년에야 가동이 가능하고 실용화 단계까지 이르려면 2050년까지는 기다려야 할 것으로 전망한다. 권면 단장은 "핵융합은 단기간 내에 효과를 기대하기 어려우므로 보다 장기적인 관점에서 바라봐야 한다"면서 "무엇보다 고유가 시대를 맞아 근본적인 차세대 에너지로 각광받고 있는 핵융합에 대한 국민들의 꾸준한 관심과 성원이 무엇보다 중요하다"고 전했다.

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이수환 기자(shulee@ebuzz.co.kr)

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