[공공투데이 서울=박영호 기자] 한국핵융합에너지연구원(핵융합연)은 한국의 인공태양 '케이스타'(KSTAR)가 핵융합 발전 최적 온도인 섭씨 1억도의 초고온 플라스마를 20초 동안 운전하는 데 성공했다는 소식을 지난 24일 공식화 했다.
전날 문재인 대통령이 '탄소중립' 선언에 이틀 앞선 발표가 나와 모두가 인공태양 에너지에 관심이 쑬렸다. 한국에서 개발한 인공태양이 1억℃ 초고온 플라즈마를 20초간 유지하며 전세계가 어렵다는 고난도의 핵융합 기술 개발에 성공한 것이다.
이른바 '인공태양'이라고 불리우는 차세대 에너지원은 말그대로 태양에서 에너지원을 얻는 전기 생산 발전과 같은 기술로 국내 큰 에너지원을 끌어 낼수 있다는 게 연구진의 개발 계획이다.
특히 글로벌 기후변화에 대응하기 위한 친환경적 신재생에너지원이 필요한 시점에서 이러한 인공태양 성공 발표는 정부에게도 반가운 소식일 수 밖에 없다. 친환경적이면서 안전하고, 또한 핵융합 장치의 크기도 작으면서 에너지 밀도가 원바력보다 10배나 커 효율성이 뛰어나, 차세대 에너지원으로 꼽히고 있다.
앞서 문 대통령은 26일 청와대에서 주재한 2050 탄소중립 범부처 전략회의에서 “2050년 탄소중립은 거스를 수 없는 세계적 대세가 됐다"면서 “범정부 추진 체계부터 강력히 구축해 탄소중립 사회로의 이행을 속도감 있게 추진해 나가겠다”고 확고한 신념을 전했다.
이를 가속화 하기위한 정부 차원의 대통령 직속 '2050 탄소중립위원회'를 설치, 산업통상부와 더 큰 힘을 보탤수 있도록 에너지 정책과 관련된 기구를 신설하는 방안을 추진한다고 했다. 연내 유엔(UN)에 온실가스 배출량을 줄이기 위한 내용을 골자로 '저탄소 발전잔략'을 제출하기로 했다.
하지만 국내 사정은 그리 녹녹치만은 않은게 사실이다. 현재 석탄 등 화력 발전에 대한 비중이 높고 이를 채워줄 신재생에너지가 부족한 점이 '조기 탄소중립 실현'을 가로막고 있기 때문이다.
이런 상황에서 인공태양은 원자력 발전소나 석탄발전소 보다 강력한 대체 에너지원이 될수 있어, 정부가 예의주시 하고 있는 이유다. 하지만 이를 기대는 하면서도 아직 걸음마 수준인 인공태양을 믿고 가기에는 여의치 않은게 현실이다. 또한 많은 부딪혀야 할 과제들이 남아 있는 만큼 정부가 인공태양에 의지하기에는 사실상 어렵기 때문이다.
핵융합연은 플라즈마를 섭씨 1억도 이상에서 300초 이상 연속 운전하는데 성공할 경우 인공 태양이 곧바로 상용화 될수 있다고 보고 내년 30초, 2023년 50초, 2024년 100초 이상 연속 운전 일단 폭표를 두고 있다.
다만 앞서 문 대통령이 언급한 중·장기적 2050년 '탄소중립' 추진 계획까지 맞춰 인공태양을 상용화 하고 핵융합 발전소를 건설해 전기를 대량 생산 하겠다는 의지와도 잘 맞아 떨어지고 있어 앞으로 인공태양이 국내 기후변화에 어떤 영향을 가져올지 주목되는 부분이다.
인공태양에 대한 기술적 면을 들여다 보면, 태양의 핵융합 반응을 지상에서 만들려면 KSTAR와 같은 핵융합 장치 내부에 중수소와 삼중수소를 넣고 핵을 구성하는 이온과 전자로 분리된 플라즈마 상태로 만든 후, 1억℃ 이상 초고온으로 가열하고 유지해야만 한다. 그동안 다른 핵융합 장치들은 순간적으로 1억℃ 이상 초고온 플라즈마를 만들어냈지만 10초의 벽을 넘지 못했다. 이는 다른 장치의 한계와 핵융합로 내 안정적으로 초고온 플라즈마를 장시간 유지할 수 있는 운전기술을 확보하지 못했기 때문인데 한국 기술이 이를 가능하게 했다.
남은 과제는 1억도 이상의 온도를 유지하면서 높은 압력에서도 안정적으로 움직일 수 있는 플라스마 상태를 확보하는 것이다. 또 이러한 상황에서 운전 시간도 늘려야 한다. 핵융합연은 플라스마를 섭씨 1억도 이상에서 300초 이상 연속 운전하는 데 성공하면 인공태양을 상용화할 수 있다고 내다봤다.
앞서 KSTAR는 2018년 최초로 이온온도 1억℃의 플라즈마를 1.5초 가동에 성공한 이후, 매년 세계 기록을 경신하고 있다. 이번 결과는 지난해 세계 최고 운전 기록인 8초를 2배 이상 연장한 성과다.
이와 관련 윤시우 핵융합연 케이스타 연구센터장은 "'국제핵융합실험로(ITER)'가 2035년 핵융합 에너지 효율성 실증에 성공해 대규모의 핵융합 반응이 이뤄진다면, 지금으로부터 30년 뒤 상용로 건설이 가능할 수 있다고 본다"고 말했다.
한편 핵융합에너지는 1990년대부터 유럽과 미국, 일본 등을 중심으로 상용화 하기 위한 연구가 활발히 진행됐다. 한국은 후발주자였지만 2007년 KSTAR를 완공한 이후 국내 연구역량을 세계적으로 인정받았다.
2025년 ITER 완공후 본격적인 실험을 통해 핵융합 상용화에 필요한 공학 기술의 검증이 이뤄질 예정이다. 연구진은 이후 2040년대 핵융합실증로를 건설하고, 2050년대 핵융합을 이용한 전기생산을 실증하게 되면, 상용로 건설이 가능하다고 보고 있다.
/박영호 기자
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