원자 핵 반응 이용한 친환경 대체에너지
'분열'과 '융합' 상반된 원리 활용해 초고열 생산
핵융합 방식이 폐기물 적고 효율ㆍ안정성 더 높아
석유, 천연가스 등이 대표하는 화석연료가 조만간 바닥날 것이라는 우려와, 화석연료로 인한 지구온난화 문제를 해결해야 한다는 세계적인 공감대는 기존 에너지 문제를 일거에 해결하면서 친환경적이고도 안전한 `꿈의 에너지원' 발굴 노력으로 이어지고 있습니다.
풍력, 조력, 태양열 등은 세계가 필요로 하는 에너지의 일부를 공급하긴 하겠지만 기존 화석연료를 대체하는 주력 에너지 공급원이 되기는 힘든 만큼 규모의 경제를 실현할 수 있는 신에너지 원이 필요하기 때문입니다. 이는 석유소비 세계 7위, 석유 정제능력 세계 5위, 전력소비 세계 12위의 세계 10대 에너지 소비국인 우리나라의 당면과제이기도 합니다. 우리나라는 에너지 수입액만 연간 600억~700억달러에 이르고 이산화탄소 배출량도 세계 9위에 이르는 실정입니다. 이 때문에 국내 기술을 이용한 안정적인 에너지원 확보의 필요성은 점점 커지고 있습니다. 이 가운데 `핵융합발전'이 최적의 대체에너지로 주목받고 있습니다.
◇원자력 이용 에너지 생산 `공통점'=핵융합발전은 원자의 핵이 반응하는 과정에서 발생하는 에너지를 이용한다는 점에서 기존 원자력발전, 즉 핵분열발전과 비슷합니다. 즉, 핵융합발전도 기술적으로는 원자력발전의 일종이라고 할 수 있습니다. 그렇지만 내부를 들여다보면 완전히 상반된 물리현상을 이용하는 것을 알 수 있습니다.
원자력발전은 우라늄이나 플루토늄 같은 불안정한 물질이 보다 안정된 상태로 변하기 위해 원자핵 분열을 할 때 발생하는 열을 증기로 만들어 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 둘로 쪼개지면서 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나옵니다. 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어나고 계속해 이런 연쇄반응이 일어나면서 막대한 에너지가 방출됩니다. 우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 3톤을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.
원자핵이 갈라지는 핵분열과 달리 핵융합은 중수소와 같은 가벼운 원자핵 2개가 핵력이라는 거대한 힘에 의해 충돌해 하나의 다른 원자핵으로 합쳐지면서 막대한 에너지를 발생시키는 것입니다. 태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들은 바로 핵융합반응을 이용해 에너지를 발생시킵니다. 별의 중심은 1억도 이상의 초고온이면서, 고체ㆍ액체ㆍ기체가 아닌 제4의 물질상태인 플라즈마 상태인데, 이런 상태에서는 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어납니다. 이 융합과정에서 질량이 줄어들면서 핵분열 에너지보다 훨씬 큰 양의 에너지가 나옵니다. 핵융합 반응은 핵분열 반응과는 비교할 수 없는 초고열을 발생시키기 때문에 거기에 견딜 수 있는 용기를 만드는 게 난제입니다. 지구상에서 존재하지 않는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들고, 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는 핵융합장치와, 연료인 중수소, 삼중수소가 필요합니다.
핵융합발전이 실용화되면 인류의 에너지 고민은 거의 해결될 것이라는 게 전문가들의 전망입니다. 원료인 중수소가 바닷물이나 강물 등 모든 물 속에 0.015%의 비율로 함유돼 있기 때문입니다. 즉 지구상의 바닷물 양은 1.5×10의 18제곱톤(1조톤의 150만배)이나 되며, 바닷물 1톤 속에 들어있는 중수소로부터 얻을 수 있는 에너지는 석탄 270톤을 태웠을 때 나오는 에너지와 같습니다. 그러므로 바닷물 속 중수소로부터 얻을 수 있는 에너지만도 인류가 4억년 이상 사용할 수 있는 양이라고 합니다.
핵융합발전이 가진 장점 때문에 세계 각국이 상용화 기술 확보에 경쟁적으로 나서고 있으며, 특히 우리나라를 포함한 EU, 일본, 미국 등 7개국은 ITER라는 기구를 만들고 핵융합발전 실험로 공동 건설을 추진하고 있습니다. 우리나라는 이와 별도로 한국형 핵융합연구장치인 `KSTAR'를 독자적으로 개발, 이 분야를 선도하고 있습니다.
◇핵융합발전 친환경성에 `주목'=핵융합발전은 특히 안전성과 친환경성 면에서 원자력발전에 크게 앞선다는 평가를 받고 있습니다. 원자력발전은 일반적인 고장에는 매우 안전한 편이지만 냉각계통의 고장 등 통제불능 상황에서는 문제가 심각해질 우려가 있습니다. 반면 핵융합발전은 연료가 가스 상태로 공급되기 때문에 노심에는 3~5초간 장치를 가동할 수 있는 연료만 들어있어, 원전사고와 같은 대규모 에너지 유출이 불가능할 뿐만 아니라 저절로 꺼지도록 설계돼 있어 100% 안전하다는 게 전문가들의 설명입니다.
또 원자력발전은 고준위 방사성 폐기물을 발생시키고 주요 구조물을 영구적으로 폐기해야 하는 것과 달리, 핵융합발전은 고준위 방사성 폐기물 발생이 없고, 방사능의 양도 원자력발전의 0.04%에 그칩니다. 건설비는 원자력발전이 약 20억달러, 핵융합발전이 약 40억달러지만, 핵융합발전이 상용화되면 비용은 더 낮아질 전망입니다. 핵융합발전은 이러한 장점으로 인해 원자력이 주는 부정적 이미지를 벗고 친환경 청정에너지로 자리잡을 수 있을 것으로 기대됩니다.
'분열'과 '융합' 상반된 원리 활용해 초고열 생산
핵융합 방식이 폐기물 적고 효율ㆍ안정성 더 높아
석유, 천연가스 등이 대표하는 화석연료가 조만간 바닥날 것이라는 우려와, 화석연료로 인한 지구온난화 문제를 해결해야 한다는 세계적인 공감대는 기존 에너지 문제를 일거에 해결하면서 친환경적이고도 안전한 `꿈의 에너지원' 발굴 노력으로 이어지고 있습니다.
풍력, 조력, 태양열 등은 세계가 필요로 하는 에너지의 일부를 공급하긴 하겠지만 기존 화석연료를 대체하는 주력 에너지 공급원이 되기는 힘든 만큼 규모의 경제를 실현할 수 있는 신에너지 원이 필요하기 때문입니다. 이는 석유소비 세계 7위, 석유 정제능력 세계 5위, 전력소비 세계 12위의 세계 10대 에너지 소비국인 우리나라의 당면과제이기도 합니다. 우리나라는 에너지 수입액만 연간 600억~700억달러에 이르고 이산화탄소 배출량도 세계 9위에 이르는 실정입니다. 이 때문에 국내 기술을 이용한 안정적인 에너지원 확보의 필요성은 점점 커지고 있습니다. 이 가운데 `핵융합발전'이 최적의 대체에너지로 주목받고 있습니다.
◇원자력 이용 에너지 생산 `공통점'=핵융합발전은 원자의 핵이 반응하는 과정에서 발생하는 에너지를 이용한다는 점에서 기존 원자력발전, 즉 핵분열발전과 비슷합니다. 즉, 핵융합발전도 기술적으로는 원자력발전의 일종이라고 할 수 있습니다. 그렇지만 내부를 들여다보면 완전히 상반된 물리현상을 이용하는 것을 알 수 있습니다.
원자력발전은 우라늄이나 플루토늄 같은 불안정한 물질이 보다 안정된 상태로 변하기 위해 원자핵 분열을 할 때 발생하는 열을 증기로 만들어 그 힘으로 터빈을 돌려 전기를 생산하는 것입니다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 중성자를 흡수하면 원자핵이 둘로 쪼개지면서 많은 에너지와 함께 2~3개의 중성자가 나옵니다. 이 중성자가 다른 원자핵과 부딪치면 또다시 핵분열이 일어나고 계속해 이런 연쇄반응이 일어나면서 막대한 에너지가 방출됩니다. 우라늄 1g이 핵분열할 때 나오는 에너지는 석유 9드럼, 석탄 3톤을 태울 때 나오는 에너지와 맞먹는다고 합니다.
원자핵이 갈라지는 핵분열과 달리 핵융합은 중수소와 같은 가벼운 원자핵 2개가 핵력이라는 거대한 힘에 의해 충돌해 하나의 다른 원자핵으로 합쳐지면서 막대한 에너지를 발생시키는 것입니다. 태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들은 바로 핵융합반응을 이용해 에너지를 발생시킵니다. 별의 중심은 1억도 이상의 초고온이면서, 고체ㆍ액체ㆍ기체가 아닌 제4의 물질상태인 플라즈마 상태인데, 이런 상태에서는 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 핵융합반응이 일어납니다. 이 융합과정에서 질량이 줄어들면서 핵분열 에너지보다 훨씬 큰 양의 에너지가 나옵니다. 핵융합 반응은 핵분열 반응과는 비교할 수 없는 초고열을 발생시키기 때문에 거기에 견딜 수 있는 용기를 만드는 게 난제입니다. 지구상에서 존재하지 않는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들고, 이 플라즈마를 가두는 그릇 역할을 하는 핵융합장치와, 연료인 중수소, 삼중수소가 필요합니다.
핵융합발전이 실용화되면 인류의 에너지 고민은 거의 해결될 것이라는 게 전문가들의 전망입니다. 원료인 중수소가 바닷물이나 강물 등 모든 물 속에 0.015%의 비율로 함유돼 있기 때문입니다. 즉 지구상의 바닷물 양은 1.5×10의 18제곱톤(1조톤의 150만배)이나 되며, 바닷물 1톤 속에 들어있는 중수소로부터 얻을 수 있는 에너지는 석탄 270톤을 태웠을 때 나오는 에너지와 같습니다. 그러므로 바닷물 속 중수소로부터 얻을 수 있는 에너지만도 인류가 4억년 이상 사용할 수 있는 양이라고 합니다.
핵융합발전이 가진 장점 때문에 세계 각국이 상용화 기술 확보에 경쟁적으로 나서고 있으며, 특히 우리나라를 포함한 EU, 일본, 미국 등 7개국은 ITER라는 기구를 만들고 핵융합발전 실험로 공동 건설을 추진하고 있습니다. 우리나라는 이와 별도로 한국형 핵융합연구장치인 `KSTAR'를 독자적으로 개발, 이 분야를 선도하고 있습니다.
◇핵융합발전 친환경성에 `주목'=핵융합발전은 특히 안전성과 친환경성 면에서 원자력발전에 크게 앞선다는 평가를 받고 있습니다. 원자력발전은 일반적인 고장에는 매우 안전한 편이지만 냉각계통의 고장 등 통제불능 상황에서는 문제가 심각해질 우려가 있습니다. 반면 핵융합발전은 연료가 가스 상태로 공급되기 때문에 노심에는 3~5초간 장치를 가동할 수 있는 연료만 들어있어, 원전사고와 같은 대규모 에너지 유출이 불가능할 뿐만 아니라 저절로 꺼지도록 설계돼 있어 100% 안전하다는 게 전문가들의 설명입니다.
또 원자력발전은 고준위 방사성 폐기물을 발생시키고 주요 구조물을 영구적으로 폐기해야 하는 것과 달리, 핵융합발전은 고준위 방사성 폐기물 발생이 없고, 방사능의 양도 원자력발전의 0.04%에 그칩니다. 건설비는 원자력발전이 약 20억달러, 핵융합발전이 약 40억달러지만, 핵융합발전이 상용화되면 비용은 더 낮아질 전망입니다. 핵융합발전은 이러한 장점으로 인해 원자력이 주는 부정적 이미지를 벗고 친환경 청정에너지로 자리잡을 수 있을 것으로 기대됩니다.
