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핵융합발전
핵융합발전(Nuclear fusion power generation)은 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 지상에서 일으켜 전기에너지를 얻는 기술이다. 핵융합이 에너지를 발생하는 원리는 핵분열과 정반대다. 태양처럼 1억도가 넘는 온도와 높은 압력에서는 수소 원자핵이 서로 융합해 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀐다. 이때 줄어드는 질량만큼 엄청난 에너지가 방출되며 이를 이용해 전기를 생산하는 발전이다. 원자력 발전의 핵분열 기술과 달리 방사능 노출 위험이 적은 것도 특징이다.핵융합은 핵분열보다 더 안전하기 때문에 화석연료에 대한 의존도를 줄이는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 찬성론자들은 말한다.
바닷물에 풍부하게 함유된 중수소와 리튬에서 얻는 삼중수소를 원료로 사용한다. 원료를 쉽게 구할 수 있을 뿐 아니라 효율성도 다른 에너지에 비해 월등히 높다는 평가를 받는다.
이론상 화력발전이 300만t의 석탄을 이용해 만드는 에너지를 100㎏의 중수소와 3t의 리튬만으로 생산할 수 있다. 핵융합 연료 1g으로 석유 8t에 해당하는 에너지 생산이 가능하다. 욕조 2분의 1 분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬양만으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있다.
하지만 핵융합 발전을 상용화하기까진 갈 길이 멀다는 지적도 적지 않다. 핵융합으로 발생하는 에너지보다 투입되는 에너지가 더 많아 효율성이 떨어진다는 이유에서다. 핵융합 에너지 회의론자들은 핵융합 기술의 상업화는 수십 년 뒤에나 가능할 것이라고 말한다.
최근엔 분위기가 달라지고 있다는 목소리도 나오기 시작했다. 핵융합 기술 개발 주도권이 정부에서 민간으로 넘어가면서 상용화 가능 시점이 앞당겨졌다는 기대감이 나오고 있다. 앤드루 홀랜드 핵융합산업협회장은 "핵융합 기업들은 2030년대에 핵융합 발전을 상업화할 것으로 기대하고 있다"고 말했다.
목차
상세
핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 하나의 무거운 원자핵으로 결합하면서 막대한 양의 에너지를 방출하는 핵반응이다. 핵융합로를 활용한 핵반응은 여러 가지 형태가 있지만 그 중에서 가장 많은 에너지를 얻을 수 있는 D-T 반응이 주로 연구되고 있다. D-T 반응은 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소 원자를 연료로 하여 고온에서 두 원자를 반응시켜 헬륨의 생성과 함께 높은 에너지를 발생시킨다. D-T 반응으로 생산할 수 있는 에너지는 17.6MeV로, 이는 우라늄 235(U235)의 핵분열 시 발생하는 에너지 200MeV의 대략 1/10 수준이다. 하지만 소모되는 핵연료의 단위질량당 발생하는 에너지는 핵융합이 핵분열에 비해 10배 정도 더 높다. 일반적으로 전자를 포함한 화학반응에서 방출되는 에너지와 비교하면 대략 1,000,000배 정도 높다.
핵융합발전을 실현하려면 몇 가지 해결해야 할 문제가 있다. 먼저 핵융합발전에 필요한 원료인 중수소나 삼중수소를 확보하는 것인데, 이 원료들은 바닷물에서 무한정 구할 수 있다. 그 다음 문제가 되는 것은 수천°C의 온도로 가열해 만든 플라즈마 상태의 수소원자핵을 고주파를 이용해 1억°C 이상의 초고온 상태로 만드는 것이다. 두 개의 원자핵을 융합하려면 원자핵 사이에 존재하는 쿨롱힘(coulomb force)에 의한 반발력을 이겨낼 수 있는 환경이 조성되어야 하는데, 이를 위해서는 대략 108°C보다 높아야 중수소와 삼중수소가 플라즈마(plasma) 상태로 바뀌어 핵융합 반응이 자연적으로 발생하기 때문이다. 하지만 그렇게 높은 온도를 견디는 구조물 만들 수 있는 재료물질이 없다. 지구상의 물질 중 1억°C나 되는 온도를 견딜 수 있는 물질은 존재하지 않기 때문이다. 따라서 플라즈마가 자기적 성질을 띠는 점을 착안하여, 도넛 구조의 전자기물질을 통해 형성된 인공자기장에 플라즈마를 가두고 에너지를 생산하는 토카막(Tokamak) 실험장치가 개발되고 있다.
2017년 4월 현재 세계 36개국이 참가하여 공동으로 핵융합로의 실효성 및 경제성을 평가하기 위한 토카막 실험장치를 개발하는 ITER(국제핵융합실험로 International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트가 2006년부터 추진되어, 토카막 실증장치가 프랑스에 건설되고 있다. 2019년 완공되어 2027년부터 D-T 반응을 시도할 계획이다.
핵융합로의 상용화는 아직 개발해야 할 기술적 문제들이 많이 남아 있다. 특히 현재 핵분열을 이용한 1000MW급 경수로에 비해 경제성을 확보하기 어렵다는 지적도 있다. 그럼에도 핵융합로 개발과정에 부수적으로 개발되는 관련기술이 연관분야에 미치는 경제적 효과를 고려하면 충분히 경제성을 가진다는 의견도 있다.
D-T 반응
²H + ³H → ⁴He + ¹n , 17.571 MeV
이와 같이 중수소(²H) 와 삼중수소(³H)가 핵융합 반응을 일으킨다.
주목 받는 이유
핵융합 발전은 기존의 원자력 발전을 뛰어넘는 차세대 동력원으로서 "매우 강력한 장점들"과 기존의 원자력 발전보다 "매우 덜한 단점"들을 지니고 있다.
원자력 발전의 고질적인 단점인 방사능 폐기물 등의 환경 문제까지도 획기적으로 개선할 정도이다. 때문에 미국의 실리콘밸리 업계에서도 눈여겨 보고 있는 분야이다. 이러한 장점들과 단점 개선으로 인해서 오래전부터 미국, 유럽, 일본등 높은 수준의 기술력을 가지고 있는 서구권 선진국들은 이미 예전부터 핵융합에 주목 오랜 기간 연구를 해오고 있다. 이후 한국에서도 핵융합 발전의 광월한 가능성을 알아차리고 이후 공동 연구에 동참하였다.
매우 높은 연료 효율
약간의 연료로도 발생하는 에너지가 어마어마하다(수소 1g당 약 638GJ).
경수소 핵융합 반응에서 일어나는 질량 결손의 비율은 약 0.71% 정도로, 우라늄-235 핵분열 반응에서 일어나는 질량 결손율(약 0.1%)의 약 7배에 달한다. 즉, 같은 질량의 연료를 소모했을 때 핵융합 반응이 핵분열 반응보다 7배나 더 많은 에너지를 내놓는다. 연료가 우라늄보다도 효율적이기 때문에, 화력발전소와는 당연히 비교가 안 된다. 수소 1g의 핵융합 에너지는 석탄 21t, 또는 석유 약 60드럼의 화학 에너지와 맞먹는다. 같은 무게의 수소와 우라늄 간 가격 차이를 감안하면, 핵융합과 핵분열의 효율은 비교가 의미가 없는 수준이다.
이론적으로 수소 50kg만 있으면 1GW급 핵융합발전소를 1년 동안 운영할 수 있다. 계산상으로 수소 1,000t만 있으면 1년 동안 다른 에너지 공급수단 없어도 전 세계가 에너지 걱정 안하면서 살 수 있을 만큼의 에너지가 나온다.
참고로 2020년기준 전세계 수소 생산량은 7000만 톤이다. 게다가 자원 걱정도 없는 게 수소 화합물이 지구의 70%를 덮고 있다.
매우 풍부한 연료의 매장량
연료인 수소는 '그냥 바닷물'을 퍼와서 증류하고 분해하면 끝이라 간단히 분리할 수 있으며, 지구와 우주에 매우 풍부하다. 수소는 세상에 사실상 무한정이라고 봐도 좋을 정도이다.
경수소가 아닌 중수소만 따져도 바다에 약 2.265×10¹⁶ kg(22조 6500억 톤)이나 매장되어 있다. 여기에서 1.313×10³¹J의 에너지를 얻을 수 있는데, 이는 2018년 기준 전체 인류의 에너지 소모량(약 20TW)을 6.57×10¹⁷초, 즉 200억 년 동안이나 현재 인류의 에너지 소모량을 전부 감당할 수 있는 양이다. 심지어 굳이 바다를 언급을 하지 않아도 우주에는 헬륨과 같이 수소가 넘쳐흐른다. 경수소까지 전부 다 핵융합에 동원할 경우 발전량은 이것보다 훨씬 늘어나지만, 지상에서의 PP반응 핵융합은 불가능의 영역으로, 새로운 물리 법칙과 이론이 발견되어 패러다임이 바뀌지 않는 한 과학이 발전된 먼 미래에도 어려울 것이다. 따라서 연구에서도 PP반응 대신 주로 삼중수소와 중수소와의 핵융합을 주로 연구하고 있으며, 좀 더 나아가 중수소와 중수소와의 반응도 연구 중이나 DD반응은 매우 어려운 영역이므로, 그나마 실현 가능한 DT반응을 주로 연구하고 있고 DD반응은 보조로 연구하고 있는 편이다.
이에 비해서 우라늄의 확인 매장량은 550만 톤(5.50×10⁹ kg), 추정 매장량은 약 1000만 톤이며, 석탄의 경우 약 9090억 톤(9.09×10¹⁴ kg)이다. 단순히 생각해봐도 핵분열이나 연소는 원소가가 높은, 다시 말해 '높게 쌓아올린 것'을 무너뜨리면서 에너지를 얻는 것이고, 핵융합은 작은 조각들을 합치면서 에너지를 얻는 것이다. 온 우주에 높게 합쳐진 물질이 많을지 단순한 물질이 많을지는 불을 보듯 뻔하다.
미래에 인류가 우주에 진출해도 걱정할 필요가 없는데, 수소는 우주 전체에서 가장 흔한 원소이기 때문이다. 훗날 목성과 토성에서 채집할 수 있는 수소의 양은 지구에서 얻을 수 있는 수소의 양과는 차원이 다르며, 이것까지 합칠 경우 전 인류가 태양계 멸망까지 에너지 걱정 없이 풍족하게 살 수 있게 된다.
매우 높은 안정성
화력/핵분열 발전소와 달리 대형 사고 발생 위험이 전혀 없다. 흔히 일반인들이 오해하는 것 중 하나가 '핵융합 발전소에서 발생하는 사고는 핵분열 발전소의 경우보다 더 심각할 것이다.'인데, 핵융합 발전은 핵분열 발전과 달리 사고 발생 시 문제가 되는 연쇄 반응, 즉 핵폭발과는 원천적으로 아무런 관련이 없다.
핵융합 발전은 극소량의 수소를 필요할 때마다 융합로에 조금씩 투입해서 연료를 보충하는 방식으로 이루어지며, 반응로 안에서 핵반응 제어에 문제가 생기더라도 폭발이 일어날 만큼의 연료가 없다. 핵융합 발전에 사용되는 연료인 수소는 매우 엷은 플라스마 상태로 반응로에 가둬지는데, 수소 플라즈마는 고체와는 달리 밀도가 매우 낮아서 부피 당 열에너지 수용량이 지극히 낮다.이 때문에 제어에 실패해서 플라즈마가 반응로 내벽에 부딪히더라도 반응로가 녹는 참사는 발생하지 않고, 오히려 플라즈마가 식어서 핵반응이 중단되는 것에 그친다. 간단히 말해 핵융합 반응 제어에 실패해도 자기가 알아서 식어버리기 때문에 대형 참사가 발생할 일은 전혀 없다는 뜻이다. 그러면 왜 핵분열은 우라늄을 조금씩 넣어서 안전하게 할 수 없냐면, 핵분열은 연쇄반응이 일어나기 위한 임계질량이라는 게 존재하기 때문이다. 일정 이상 모아두고 중성자 감속재를 이용해서 연쇄반응을 천천히 제어하는 방식이기 때문에 우라늄을 0.1g 씩 넣으면서 분열을 살살 일으킬 수 없다. 일정한 화력을 지속적으로 공급해야 하는데 우라늄의 양이 작으면 연쇄반응도 지속되지 않는다. 물론 지속적인 중성자원이 따로 있다면 이론적으로는 가능하겠지만 당연히 중성자원도 공짜는 아니다. 원전을 처음 가동할 때 연쇄반응을 시작하기 위해 캘리포늄과 같은 중성자원을 이용하는데, 이 원소는 엄청나게 비싸다.
핵융합 발전소에서 일어날 수 있는 가장 큰 사고는 D-T 반응로가 망가져서 비싸디 비싼 삼중수소가 유출되는 사태이다. 그런데 원자로 운영에 필요한 삼중수소는 수백 g에 불과하기 때문에 이 미량의 삼중수소가 누출될 일도 없고, 누출되더라도 순식간에 무해한 수준 미만으로 희석되어 환경에 미치는 영향은 미미할 것이다. 게다가 삼중수소의 반감기는 12.3년에 불과하며 투과력이 약한 베타선만을 방출하기 때문에 플루토늄-239처럼 24000년에 달하는 긴 반감기를 갖고 강력한 방사선을 뿜어대는 위험한 방사성 동위원소들에 비하면 위험성은 극히 낮다. 단지 삼중수소가 비싸기 때문에 금전적인 손실만 일어날 뿐, 핵융합 발전소에서 사고로 누출될 수 있는 극미량의 삼중수소가 인체에 미치는 영향은 거의 없다. 이처럼 핵융합 발전은 구조상 체르노빌 원자력 발전소 폭발 사고나 후쿠시마 원자력 발전소 사고, 또는 화력 발전소에서의 분진 폭발과 같은 대형 참사가 일어날 가능성이 원천적으로 없기 때문에 마음 놓고 사용할 수 있다. 또한 삼중수소 대신 헬륨-3을 사용할 경우 삼중수소 누출 사고의 위험마저 완전히 없앨 수 있다.
다만, 핵융합을 위해 필요한 수소를 가공, 보관하는 계통은 완벽히 안전하지는 않다. 경제적인 문제 및 정제계통의 fail-safe 문제(당장 정제시절이 정지하였다고 블랙아웃이 오면 안 되잖는가?) 때문에 진짜 mg 단위로 극소량을 즉시 정제해서 즉시 투입하는 건 어렵고, 실제 상용발전 환경에서는 천연가스 발전소가 가스탱크에 LNG를 저장해두고, 화력발전소가 석탄을 저탄소에 저장해두듯, 최소 몇 kg에서 최대 몇 톤 정도는 조금씩 나눠 투입할 수소를 미리 쌓아두는 형태가 가능성이 높은데, 연료를 정제하고 일정량 보관할 수소 정제 공장이나 보관 탱크 등의 정제, 가공, 저장 계통의 경우 수소 폭발 내지는 화학화재, 또는 온도 변화 or 인적 오류 등의 모종의 이유로 용기 또는 보관설비, 파이프라인에 과압력이 가해지는 경우의 물리적 폭발, 밀폐된 환경에서의 운반 또는 보관 도중 누출로 인한 산소농도 저하로 인한 질식의 위험성은 존재한다. 기본적으로 순수한 수소는 가연성이기 때문. 전체 계통의 경우 LPG 가스 정도의 위험성이 있다고 보면 된다. 해당하는 위험성은 핵융합로의 위험성은 아니나, 화력발전소의 저탄소 분진폭발 예시나 천연가스 발전소 저장탱크의 가스폭발의 예시처럼, "발전설비" 이외의 설비(공급, 정제, 저장)에서의 위험요소 또한 언급하였으므로, 핵융합 '발전소'도 핵융합로만으로 구성되는게 아니므로 이렇게 비교하는게 맞다. 그렇다 하여도 핵분열 발전보다는 매우 안전하다는 점은 부정할 수 없다.
매우 높은 환경 친화성
유해물질을 거의 발생시키지 않는다. 기존의 원자력발전은 고준위 방사성 폐기물을 발생시켜서 뒷처리가 크게 문제시 되고 이후로도 주요 구조물들과 부품은 영구 폐기, 격리해야 하는 것과 달리, 핵융합발전은 고준위 방사성 폐기물 발생이 없고, 방사능의 양도 극미량이다.
핵융합 발전의 경우, 수치상의 방사선 자체는 핵분열 발전보다 더 많이 나온다(약 10,274Sv/h). 그러나 핵분열 후 생기는 생성물 자체가 방사능 물질인 핵분열 발전과는 달리, 핵융합 발전소의 반응생성물은 방사능을 띠지 않는 헬륨이며, 인류 문명에 이롭기까지 하다. 핵융합 발전소에서 나온 헬륨은 풍선으로 만들어 팔아도 문제가 되지 않을 만큼 안전하며, 초극저온 연구에 필수적인 액체 헬륨으로 만들어 과학 발전에 유용하게 사용할 수도 있다. D-D 반응 및 삼중수소의 붕괴 부산물로 헬륨-3도 소량 발생하는데, 이 헬륨-3는 현재로서는 '없어서 못 구하는' 귀한 물질이며, 나오기만 한다면 다시 반응로에 넣고 연료로 재사용할 수도 있어서 많이 배출되면 오히려 더욱 좋은 물질이다.
핵융합 발전에서 거의 유일하게 문제가 되는 것은 중성자선인데, 중성자선은 고속 중성자의 흐름이다. 고속 중성자는 반응로를 방사화(Neutron activation)시키는데, 대량의 반응생성물까지 다 신경 써서 최대 수십만 년동안 환경으로부터 격리해야 하는 핵분열 발전과 달리 핵융합 발전은 반응로를 폐기할 때에만 잘 버리면 되므로, 결국 환경에 유해한 폐기물의 양은 핵분열 발전에 비해 어마어마하게 적게 배출된다. 그리고 중성자 방사화 문제는 핵공학자들도 잘 알고 있는 사실이며 원자로에도 해당하는 문제이므로(핵분열시 중성자가 발생한다) 이미 방사화 문제를 줄이기 위한 저 방사화 소재에 대한 연구가 많이 진행되어 있다. 이에 더해 아예 방사화를 원천 차단할 방법으로 액체 금속 블랭킷 및 디버터(Blanket, Divertor)[19]에 대한 연구도 진행중이다. 또한 삼중수소 대신 헬륨-3을 연료로 사용할 경우 중성자 대신 양성자가 방출되므로 중성자선을 줄일 수 있다.
핵융합 이후 막대한 에너지가 방출되는데, 이것은 아인슈타인의 질량과 에너지의 등가성(等價性)의 원리(E=mc²)에 의해 정확히 계산된다. 태양과 같은 별은 그 빛과 열에너지가 핵융합에서 생긴다. 수소 1kg이 핵융합하면 1kg의 헬륨이 나오는 것이 아니라 0.9929kg의 헬륨이 만들어지는데, 이 때 사라진 0.0071kg의 질량이 에너지로 전환되어 약 638TJ의 막대한 에너지가 나온다. 이런 원리로 태양은 매초 400만톤의 질량을 에너지로 전환하여 그 밝기를 유지하고 있다.
인공태양
인공태양은 태양이 빛을 내는 원리를 본 떠 에너지를 생산하는 핵융합 시설이다.
중국 정부 연구 기관인 중국 과학원 플라스마 물리연구소에서 핵융합 실험로인 이스트(EAST)를 이용해 1억 °C에 달하는 열을 내는 '인공 태양' 자체 실험을 성공하였다. 중국은 2017년 7월에 5천만°C 의 초고온 플라스마 상태를 101.2초간 유지한 바가 있는데, 1년여 만에 1억°C 온도를 달성하였다.
'HL-2M' 토카막(핵융합 장치)라고 불리는 이 인공 태양은 핵융합을 통해 실제 태양과 유사한 자연 반응을 재현하고 친환경 에너지를 제공하도록 설계되었다. 이 토카막 (핵융합 장치)은 6월에 설치가 시작돼 2020년부터 가동될 예정이다.
중국이 태양 온도의 10배 수준에서 작동 가능한 핵융합 원자로 연구 설비 '인공 태양' 신형 모델 가동에 들어갔고, 그 결과 국영 원자력 발전 기업인 중국핵공업그룹(CNNC)은 쓰촨성 청두(成都)에서 중국 최대 규모의 핵융합 원자로 연구 설비 환류기 2호 M(HL-2M)을 가동에 성공하였다.
국제핵융합실험로(ITER)
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세계 핵융합 과학기술자들은 2050년을 목표로 핵융합발전을 연구·개발하고 있다. 국제핵융합실험로(ITER)는 대표적인 곳이 한국을 비롯한 세계 7개국이 참여하고 프랑스에서 공사 중이다. 국내에서도 한국핵융합에너지연구원이 KSTAR를 이용해 같은 연구를 해 오고 있다. 2021년 6월 기준 ITER 건설은 공정률이 75% 정도다. 조립동 공사는 2020년 4월 마무리했고, 이후로 핵융합실험로 장치 조립을 하고 있는 단계다. 현재 핵심부품이라 할 수 있는 진공용기를 조립 중이다. 모든 공정이 3년 뒤인 2024년 말이면 끝난다. 2025년에 첫 플라스마 방전을 시작한다. 2035년 Q10 달성이 목표다. Q는 에너지 증폭률, 즉 플라스마를 발생하기 위해서 쓰는 가열 파워 대비 핵융합으로 발생하는 열출력의 배수를 말한다.
수소 핵융합반응이 일어나면 중성자와 헬륨이 생긴다. 이때 전체 핵융합 에너지의 5분의 4는 중성자의 운동 에너지로 변한다. 이걸 열에너지로 바꿔서 증기터빈을 돌리고 전기를 생산한다. 핵융합에너지의 나머지 5분의 1은 헬륨이 가지고 나온다. 이 헬륨 에너지가 플라스마를 재가열하는데, 입력 에너지보다 헬륨 에너지가 커야 핵융합반응이 유지된다. 즉 ‘Q=5’이면, 입·출력이 같은 상태가 된다. 이런 관점에서 핵융합 연소 반응을 유지하려면 이것의 2배, 즉 Q10은 돼야 한다. 나중에 경제성까지 확보하려면 Q30에 도달해야 한다.
KSTAR는 2008년에 시작해서 12년 넘게 운전하고 있다. 목표는 1억도 이상의 초고온 고성능 플라스마를 300초 운전하는 거다. 2025년이 목표인데, 아직 전 세계 어느 나라도 달성하지 못했다. 2018년부터 1억도 조건을 맞추기 시작했고, 2019년 8초, 2020년 11월 20초에 도달했다. 2021년 목표는 30초다. 이걸 300초 이상 장시간 유지하려면 핵융합실험로 내부 타일을 현재의 카본에서 텅스텐으로 바꿔 줘야 한다. 애초엔 카본으로 될 것이라 판단했는데, 초고온 반응 속에서 카본 타일이 기화하면서 발생하는 탄화수소가 장치에 유입되어 장시간 운전에 문제가 생기고 있다. 2022년 하반기부터 2023년 상반기까지 기존 카본 타일을 텅스텐으로 업그레이드할 계획이다. 이후 진도는 300초까지 어렵지 않을 것으로 판단한다. 이미 실증로 기초설계를 진행하고 있다. 핵융합으로 전기를 생산하는 실증로 가동목표도 2045년으로 잡고 있다. 현재 이를 위하여 과학기술정보통신부와 긴밀히 논의하고 있다. ITER가 Q10을 달성하는 목표 시점인 2035년에 한국은 실증로 건설을 시작해서 2045년에 가동할 계획이다. 실증로 건설에는 최소 20조원 정도 들 것으로 보고 있다.[1]
상용화 난제
상술하는 수많은 장점이 있음에도 불구하고, 실제 개발은 지지부진하다.
핵융합이 발생하려면 일단 초고온+초고압 상태가 유지되어야 한다. 필요한 온도가 최소 1억도인데, 이를 안정적으로 유지시키는 것이 어렵다. 대한민국에서 운영중인 핵융합 연구로 KSTAR 가 1억도를 20초간 유지했는데, 이것도 어마어마한 성과를 냈다고 평가 받는다. 게다가 핵융합연구원이 밝힌 목표가 2025년까지 300초(5분!) 유지이니, 얼마나 어려운지 알 수 있다.관련기사 그런데, 발전소를 유지하려면 저걸 1년 내내 유지할 수 있어야 한다.
융합 에너지 이득계수(Q ratio)가 아직 갈 길이 멀었다. 핵융합로를 1억도로 유지하기 위해서는 당연히 외부에서 추가적인 에너지의 공급이 필요하다. 그런 상황에서 얻어지는 에너지는 당연히 이보다 더 많아야 유의미하다. 들어가는 에너지 대비 나오는 에너지의 비율을 Q ratio 라고 하는데, KSTAR 는 이게 1이 안된다. 다시 말해 들어가는 에너지가 더 크다는 것이다. 이 수치가 1보다 높아야 최소한의 의의가 있는 것이고, 상업 발전을 위해서는 대략 10 이상의 비율이 나와야 한다. 추가로 핵융합이 화력/원자력은 완전히 대체하기 위해서는 Q ≥ 22 가 필요하다고 한다. 가장 높은 수치를 기록한건 일본의 JT-60 토카막 융합로에서 달성한 Q=1.25 이다. 미국의 MIT가 민간기업들과 함께 개발중인 핵융합로 SPARC는 Q값 11 이상을 목표로 하고 있다.
ITER 사업을 통해 불안정한 연소 플라스마의 통제와 삼중수소 자급자족에 성공했다 하더라도, 전력생산은 또 다른 과제이다. ITER는 전력생산을 할 수 없다.
ITER 실험로 운영 성과에 기반해 연간 몇시간 만이라도 전력생산을 시도해볼 핵융합 실증로(DEMO)의 운전 개시를 핵융합 연구의 선두주자라 할 수 있는 유럽연합은 빨라야 2050년대로 예상하고 있다. 통상 거대 연구프로젝트의 연구개발 기간 20~30년을 고려한다면, 아직 건설되지도 않은 데모(DEMO) 실증로가 성공한다는 가정 아래, 그에 기반할 실제 핵융합발전 상용로 1호기는 2070~2080년대 중에도 실현되기 쉽지 않을 것으로 예상된다.[2]
각주
- ↑ 최준호 기자, 〈“인공태양으로 무한 에너지 생성, 30년 뒤 꿈 이뤄질 것”〉, 《중앙일보》, 2021-07-24
- ↑ 강정민 전 원자력안전위원회 위원장, 〈핵융합발전은 경쟁력이 없다〉, 《주간경향》, 2021-05-17
참고자료
- 〈핵융합 발전〉, 《위키백과》
- 〈핵융합 발전〉, 《나무위키》
- 〈핵융합발전〉, 《한경 경제용어사전》
- 〈핵융합발전〉, 《두산백과》
- 강정민 전 원자력안전위원회 위원장, 〈핵융합발전은 경쟁력이 없다〉, 《주간경향》, 2021-05-17
- 최준호 기자, 〈“인공태양으로 무한 에너지 생성, 30년 뒤 꿈 이뤄질 것”〉, 《중앙일보》, 2021-07-24
같이 보기
