인류의 미래, 융합 에너지 현실이 되나

과학자들, “융합으로 필요한 에너지를 확보가능” 자신감

Lindsay James
17 May 2016

융합 에너지의 잠재력이 관심을 모은 지 100년이 다 되어가지만, 상용화되려면 앞으로도 수십 년이 걸릴 것으로 보이자 재생 에너지 지지자들은 ITER과 같은 초대형 프로젝트가 당장의 자원 대책에서 동떨어져 있다고 불평한다. 그러나 소규모 신생 기업들은 머지않아 융합 에너지가 실현될 수 있다는 고무적인 결과를 내놓고 있다.

1930년대 이후 과학자들은 태양에서 에너 지를얻는과정을모방해융합에너지를생 산할 수 있다고 믿어왔다.

“가벼운 원자핵을 융합해서 더 무거운 원자 핵을 만들어야 에너지가 방출됩니다. 이를 위해서는 결합된 형태의 수소에서 발생하는 기체를 태양보다 10배 더 뜨거운 온도(1억 캘빈온도이상-섭씨로환산했을때거 의동일,화씨로환산했을때약1억8000만 도)가될때까지가열한뒤플라즈마로알려 진 뜨거운 기체를 가둬야 합니다. 이를 위해 토카막(tokamak)이라는 도넛 형태의 자성 공간이 가장 보편적으로 사용됩니다.”

MIT 산하 플라즈마 과학 및 융합센터(PSFC) 의원자력과학및공학교수인이안허친슨 (Ian Hutchinson)의 설명이다.

플라즈마는 양전하 원자핵에서 음전하 전자 가완벽하게분리된대전기체입자다.그와 같은 자성 공간을 일컫는 “토카막”이란 용 어는 러시아어로, 1950년대에 소련 과학자 들이최초로이플라즈마밀폐장치를설계 한 데서 유래됐다.

진전

JET와 ITER이라는 두 개의 대형 프로젝트 가 언론에 대서특필되고 있지만, 그보다 더 작은 규모와 재원으로 진행되는 프로젝트 들이오히려더많은진전을보이는경우 도 있다.

영국 옥스퍼드셔 애빙던의 CCFE(Culham Centre for Fusion Energy)에 설치된 JET(Joint European Torus)는 세계에서 가 장 크고 가장 강력한 토카막이다. CCFE의 엔지니어 그렉 키츠(Greg Keech)는 “CCFE 는 JET를 사용해서 세계 최초로 중수소-삼 중수소융합에너지의방출을조절할수있 는 능력을 확보(1991년)하고 융합 에너지량 면에서 세계 신기록을 달성했다”고 말한다. 1997년 CCFE가 세운 신기록은 16MW였다.

이로써융합을통해에너지를생산할수있 다는 사실이 증명되긴 했지만 문제는 JET 에서 16MW의 융합 에너지를 생산하는데 24MW의 에너지를 투입했다는 점에 있다. 키츠는 이렇게 덧붙였다. “다음 목표는 주 입한 에너지보다 더 많은 양의 에너지를 얻 는 것인데, 그 일은 ITER이 해내리라 생각 합니다.”

JET와 가장 가까운 라이벌은 “길”을 뜻하는 라틴어인 ITER(International Thermonuclear Experimental Reactor) 프로젝트이다. 130 억 유로 이상이 투입된 세계에서 가장 야 심 찬 에너지 프로젝트로 일컬어진다. 35
개 국가로 구성된 컨소시엄이 ITER을 공동 추진하면서 JET보다 2배 더 긴 길이와 10 배더큰용적의토카막을제작하는데힘 쓰고 있다. ITER의 연락창구 총책 라반 코블 렌츠(Laban Coblentz)는 “현재 프랑스 남부 생폴레-뒤랑스(Saint-Paul-lez-Durance) 에 ITER을 건립 중”이라며 “소모량보다 10 배 더 많은 에너지를 생산하도록 설계됐다” 고 말했다.

키츠는 “실효성 있는 양의 에너지를 생산하 는 데 성공할 경우, ITER 프로젝트는 전력망 에 전력을 공급하는 최초의 융합 발전소라 는 전례를 남기면서 융합 발전소 보편화를 촉진할 것”이라고 기대했다.

시간문제

이 프로젝트가 성공하면 급격한 도시화로 인해 지속 가능한 에너지를 대량으로 생산 해야 하는 개발도상국에 특히 엄청난 파급 효과를미칠수있다.키츠는“융합이인간 의 삶을 바꿀 것”이라며 “선진국뿐 아니라 개발도상국과 신흥공업국에서도 충분한 양 의 에너지를 생산할 수 있을 것”이라고 기 대했다.

CCFE 소장 스티븐 카울리(Steven Cowley)의 말도 일맥상통한다. “융합은 40~50억년 후 태양이 지구를 삼킬 때까지 세상의 에너지 원으로 사용될 수 있습니다. 아주 까다롭고 많은 비용이 소요된다는 단점을 제외한다 면 융합이야 말로 가장 완벽한 에너지 생산 방식입니다.”

문제가없는것은아니다.ITER프로젝트는 비용과 복잡성 때문에 2025 DEMO가 완공되 는 2050년까지 완료되지 않을 것으로 전망 된다. 설령 연구에 성공하더라도 2070년까 지 융합 에너지가 보편화되기는 어려워 보 인다. DEMO는 “시범 발전소(Demonstration Power Plant)”의 약어이다

“융합이 인간의 삶을 바꿀 것입니다.”

그렉 키츠
CCFE(CULHAM CENTRE FOR FUSION ENERGY) 엔지니어

시간문제

이 프로젝트가 성공하면 급격한 도시화로 인해 지속 가능한 에너지를 대량으로 생산 해야 하는 개발도상국에 특히 엄청난 파급 효과를미칠수있다.키츠는“융합이인간 의 삶을 바꿀 것”이라며 “선진국뿐 아니라 개발도상국과 신흥공업국에서도 충분한 양 의 에너지를 생산할 수 있을 것”이라고 기 대했다.

CCFE 소장 스티븐 카울리(Steven Cowley)의 말도 일맥상통한다. “융합은 40~50억년 후 태양이 지구를 삼킬 때까지 세상의 에너지 원으로 사용될 수 있습니다. 아주 까다롭고 많은 비용이 소요된다는 단점을 제외한다 면 융합이야 말로 가장 완벽한 에너지 생산 방식입니다.”

문제가없는것은아니다.ITER프로젝트는 비용과 복잡성 때문에 2025 DEMO가 완공되 는 2050년까지 완료되지 않을 것으로 전망 된다. 설령 연구에 성공하더라도 2070년까 지 융합 에너지가 보편화되기는 어려워 보 인다. DEMO는 “시범 발전소(Demonstration Power Plant)”의 약어이다

유럽 융합 연구원의 주도로 영국 옥스퍼드셔 애빙던의 CCFE(Culham Centre for Fusion Energy)가 실험 중인 JET의 내부 (이미지 c CCFE)

허황된 꿈이다?

융합 원자로가 에너지를 대량으로 생산할 수 있는 날은 절대 오지 않을 것이라는 비 관론도 있다. 이런 비평가들은 융합 원자 로에알려지지않은위험이도사리고있으 며 현대식 핵분열 원자로와 마찬가지로 방 사성 폐기물이 발생하는 문제도 여전히 해 결되지 않았다고 경고한다. 2013년 “탈핵 (Sortir du Nucl aire)”이란 단체 소속의 샬 럿 미전(Charlotte Mijeon)은 SmartPlanet. com에 게재한 기사에서 이렇게 언급한 바 있다. “ITER이 재생 가능 자원과 에너지 보 존 같은 에너지 문제에 대한 관심을 흩트리 고 있습니다.”

암스테르담에 위치한 그린피스(Green- peace International) 본부의 핵 에너지 및에너지정책전문가얀하베르캄(Jan Haverkamp)(폴란드 그단스크 거주)이 융합 에너지가 결코 실효성 있는 에너지원이 되 지 못할 것이라고 주장하는 것도 바로 그 때문이다.

“1979년 저를 가르쳤던 핵 물리학 교수는 50년 후쯤이면 융합 에너지가 실현될 것이 라고 말했습니다. 그런데 지금도 50년은 더 기다려야 한다고 전문가들은 말합니다. 알 다시피 ‘에너지 혁명 시나리오(The Energy [R]evolution Scenario)’와 다른 보고서들은 재생 에너지야말로 세상의 에너지원이 될 수 있을뿐더러 모든 국가가 공평하게 에너 지를 생산할 수 있는 수단이라고 명시하고 있습니다. 융합 에너지는 현실성이 없는 기 술적 해결책에 불과합니다.”

뉴저지 주 프린스턴에 위치한 미 환경부 산 하 프린스턴 플라즈마 물리학연구소(PPPL) 의 스튜어트 프레이저(Stewart Prager) 소장 은 결과가 나오기도 전에 융합 에너지의 가 능성을 묵살하는 것은 어리석은 짓이라며 그런 주장은 근시안적이라고 일침을 날린 다. “누구도 재생 에너지만으로 미래에 필요 한 에너지를 충당할 수 있을 것이라고 단언 할 수 없습니다. 갈 길이 멀지 않습니다. 시 간과 비용 때문에 포기하는 건 있을 수 없 는 일입니다.” 프레이저의 말이다.

대안

그러나 ITER 프로젝트는 일정 지연과 비용 초과로 진통을 겪고 있다. 실제 비용은 프로 젝트의 초기 예상치의 약10배인 500억 달 러를 넘어설 가능성이 높다. 한편, 전 세계 에서 독자적으로 진행 중인 여러 소규모의 융합 프로젝트가 비용과 상용화 시간을 줄 일 가능성이 오히려 더 높아 보인다.

캘리포니아 주 어빈 동쪽에 위치한 산타애 나 산악지대에 숨어 있는 Tri Alpha Energy 는 선형 원자로를 시험 중이다. 이 회사는 이 선형 원자로가 토카막보다 더 작고 단순 하면서도 더 저렴할 뿐 아니라 토카막보다 30~50년 앞선 10년 후면 융합 에너지를 상 용화할 수 있을 것이라고 주장한다.

한편, 캐나다 버나비의 민영 연구소인 제너 럴 퓨전(General Fusion)의 연구원들은 여 러벤처캐피탈과캐나다정부로부터 약1 억 달러의 투자를 유치하여 스팀으로 작동 되는 피스톤이 사용되는 원자로를 설계했 다. 이 연구소의 기술 및 기업전략 부사장인 마이클 들라쥬(Michael Delage)는 “우리 회 사가 성공한다면 다른 방식보다 수십 년 앞 서 융합 발전소를 실용화할 수 있을 것”이 라고 말했다.

전반적으로 업계 전문가들은 융합 에너지 미래를 낙관하는 분위기다. 들라쥬는 “흥미 진진한 나날을 보내고 있다”며 “세계에서 여러 프로젝트가 진행 중인데 몇 년 안에 융합으로 전기를 생산하는 데 성공했다는 소식이 들려올 가능성이 높다”고 말했다.

허친슨은 융합이 실현될 것이고 반드시 실 현되어야 한다고 생각한다. “이미 상당 수 준 진전이 이뤄지기도 했지만 융합 에너지 는 미래 세대를 위해 반드시 필요한 에너 지입니다.”
프레이저는 잠재력이 세상을 바꾸게 될 것 이라고 자신한다. “융합 에너지가 인류의 미 래라고 믿어 의심치 않습니다. 향후 몇 년 후에 나타날 영향은 말로 다 표현하기 어려 울 지경입니다.” ◆

융합에너지의 실현가능성이 궁금하면 스캔하세요.
http://bit.ly/FusionReality

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