核融合은 果然 黃金알을 낳는 거위가 될까.

‘꿈의 에너지’ ‘人工太陽’이라고도 불리는 水素 核融合을 實現하려는 野心찬 프로젝트가 本軌道에 올랐다. 11月21日 프랑스 파리 엘리제궁에서는 김우식 副總理 兼 科學技術部 長官과 유럽聯合(EU) 代表가 參席한 가운데 ‘國際核融合實驗爐(ITER)’ 共同硏究에 關한 協定을 맺는 調印式이 열렸다.

이 國際 共同硏究에는 韓國과 ITER 建設 敷地를 誘致한 EU 外에도 美國, 日本, 中國, 印度, 러시아 等 7個國이 參與 意思를 밝혔다. 2016年까지 프랑스 카다라슈 地方에 들어서는 ITER는 向後 10年 동안 運營되면서 核融合의 成功 可能性을 점치는 任務를 맡게 된다. 空想의 世界에서나 볼 수 있었던 核融合이 未來의 에너지源으로서의 可能性을 가질지 關心이 쏠리고 있다.

ITER는 核融合으로 實際 電氣를 生産할 수 있는지를 檢證하기 위한 實驗裝置다. 바닷물 1ℓ에는 水素 同位元素인 重水素 0.03g과 三重水素가 少量 들어 있다. 이들 水素 粒子를

1億℃(太陽 內部 溫度는 1500萬℃) 가까운 超高溫으로 加熱하면 質量을 잃으면서 大量의 에너지가 放出된다. 이것이 바로 核融合 現象이다. 여기서 生産된 熱로 물을 데워 電氣를 生産하면 核融合 發展이 된다.



韓國 9% 持分 따라 8380億원 出資

바닷물 한 바가지(1ℓ)에는 石油 300ℓ와 맞먹는 量의 에너지가 담겨 있다. 重水素 200g과 三重水素 300g이면 原子爐 2期가 生産하는 電氣를 낼 수 있다는 뜻이다.

實際로 지난해 美國과 日本 硏究陣은 核融合 反應을 통해 에너지 生産에 쓰인 에너지보다 더 많은 에너지를 얻는 데 成功했다. 産出한 에너지와 投入한 에너지의 비인 ‘에너지增幅率=1’李 넘어서면 一旦 商業性이 있다고 判斷할 수 있다. 게다가 에너지를 만드는 過程에서 放射性 廢棄物이나 溫暖化의 主犯인 二酸化炭素 같은 ‘쓰레기’를 輩出하지도 않는다.

美國과 日本, EU 等 先進國들이 核融合에 注目하는 것도 이처럼 未來 에너지 霸權을 主導할 수 있는 가장 可能性 있는 技術이기 때문이다.

프로젝트에 들어가는 總 投資費는 50億8000萬 유로(藥 6兆980億원). 이 가운데 우리나라는 9.09%의 持分(藥 8380億원)을 現金과 現物로 나눠 出資하게 된다.

하지만 ITER 事業이 安着하기까지 迂餘曲折이 많았다. 建設敷地를 놓고 프랑스를 비롯한 EU와 日本이 神經戰을 벌인 것.

日本은 아오모리(靑森) 縣 롯카쇼(六ケ所) 村에, EU는 現在 建設 豫定地인 프랑스 카다라슈에 誘致하려고 熾烈한 競爭을 벌였다. 이 過程에서 日本과 EU를 中心으로 參加國들이 둘로 나뉘어 팽팽한 줄다리기를 벌이기까지 했다. 當時 韓國과 美國은 日本을, 中國과 러시아는 프랑스를 各各 支持했다. 結局 지난해 日本 政府가 ITER의 誘致를 抛棄하고 EU에 讓步한다는 方針을 定하면서 事態는 一段落됐다.

EU와 日本이 敷地 誘致에 血眼이 됐던 理由는 潛在力을 갖춘 核融合爐를 誘致한다는 點 外에도 派生되는 經濟的 效果가 크기 때문이다.

一旦 誘致만 되면 地域經濟 寄與度가 110億 달러에 이르고 일자리도 10萬 個나 創出될 것으로 豫想됐던 것. 또 自國의 硏究者들에게 가장 가까운 곳에 最高의 硏究環境을 造成해준다는 點에서도 建設敷地 誘致는 놓쳐서는 안 될 機會였다.

勿論 ITER 誘致를 抛棄한 日本도 實利를 챙겼다. 敷地 誘致를 抛棄하는 代身 工事 受注와 技術人力 參加 等에서 反對給付를 保障받았기 때문이다. ITER 運營을 總括하는 事務總長 자리 亦是 日本 側에 돌아갔다. 또 유엔 安全保障理事會 常任理事國 進出에 유리한 環境을 造成하기 위해 EU에 善心을 썼다는 分析도 나오고 있다.

하지만 敷地 確定을 위해 2~3年을 끌면서 建設 遲延에 따른 副作用이 적지 않다는 指摘도 나온다. 日本과 EU가 ITER 建設費用의 誘致국 分擔比率을 48%에서 58%로 늘리자고 提案하면서 結果的으로 EU는 費用 負擔이 크게 늘었지만, 그만큼의 權限도 더 갖게 됐다. 이는 韓國 等 프로젝트에 參與한 國家들의 權限이 줄어드는 結果를 불러왔다.

一部에서는 誘致 場所 決定이 遲延되면서 ITER 建設과 稼動에 쓰이는 費用이 2倍 가까이 치솟았다며 批判하고 있다.

EU가 ITER 敷地 誘致에 成功하면서 韓國이 가까운 日本에서 硏究할 수 있는 機會를 잃어버린 것은 아쉬운 대목이다. 하지만 韓國도 나름의 實利를 챙길 수 있을 展望이다. 勿論 現在 進行 中인 核融合 硏究의 結果에 따라 달라지지만 말이다.

超傳導體 製作 技術 韓國이 가장 앞서

現在 韓國은 2008年 6月 完工 目標인 ‘K스타’라는 次世代 超傳導 核融合硏究路를 建設 中이다. K스타는 ITER처럼 ‘토카막’이라는 超傳導 磁石을 使用한다. 이 자석은 水素核들이 自由롭게 움직이면서 다른 水素核과 融合할 수 있도록 磁氣場을 만드는 구실을 한다.

電磁石을 使用해 0℃ 以上에서 核融合을 일으키는 技術도 나와 있지만 토카막 方式보다 뒤처진다는 評이다.

韓國이 現在 第一 앞서 있는 分野도 바로 이 超傳導體 製作 技術이다. 中國도 올해 初 같은 方式의 토카막 融合爐를 만들었지만 規模 面에서 K스타에 뒤진다.

核融合硏究센터 신재인 所長은 “K스타는 ITER의 正確히 20分의 1 縮小版”이라면서 “人類가 核融合 에너지로 轉換해가는 길목에서 K스타가 重要한 징검다리 구실을 할 것”이라고 말했다.

美國 에너지不渡 K스타의 潛在力을 認定해 2000年부터 180億원의 硏究費를 投資하고 있다.

神 所長은 “에너지 代替 效果를 勘案하지 않더라도 韓國이 ITER에 供給하는 主要 部品과 技術은 20兆원 程度의 經濟 效果를 낼 것으로 展望된다”고 말했다. 現在 K스타의 核心部品인 超傳導磁石, 眞空容器, 低溫勇氣 等은 삼성종합기술원·現代重工業·포스콘 等 10個 機關이 나누어 製作 試驗 中이다.

ITER는 2025~26年쯤이면 어느 程度 技術的 檢證을 마치게 된다. 科學者들은 只今 같은 趨勢라면 2030年쯤에는 初步的인 水準이긴 해도 核融合 反應으로 電氣를 生産하는 發電所를 볼 수 있을 것으로 展望한다.

하지만 생각만큼 核融合이 未來의 萬能 에너지源이 될 可能性은 아직까지는 낮을 것으로 보인다.

核融合硏究센터 박주식 K스타事業團長은 “核融合이 實現된다고 해도 融合爐에 쓰이는 材料나 生産技術의 限界 때문에 制約이 따른다”며 “各國 專門家들은 2100年頃 核融合이 에너지 消費量의 30~40%를 擔當할 것으로 내다보고 있다”고 말했다.

‘核融合(nuclear fusion)’이란 1億℃의 超高溫에서 水素는 原子核과 電子로 分離되면서 電氣를 띤 플라스마 狀態가 된다. 活潑히 움직이는 이 플라스마를 磁石을 利用해 높은 密度로 좁은 空間에 가두면, 陽電氣를 띤 原子核들이 電氣的 反撥力을 이기고 融合하면서 質量을 잃고 에너지를 放出한다. 質量은 에너지로 換算할 수 있다는 아인슈타인의 理論에 따른 것이다. 核融合裝置는 수소보다 融合이 쉬운 重水素와 三重水素를 燃料로 쓴다. 重水素는 數百萬 年 동안 쓸 수 있을 만큼 바닷물에 豐富하다. 專門家들은 重水素와 三重水素 混合燃料 1g을 核融合하면 石油 8t에 該當하는 에너지를 生産할 수 있다고 計算한다. 이는 原子爆彈의 原理가 되는 核分裂에 比하면 4倍의 에너지에 該當하는 셈이다.