액체질소를 이용한 초전도 실험 모습

 

세계 주목받고 있는 핵융합 발전 기술,

버나비에 위치한 General Fusion에서 개발 

 

 

언젠가는 고갈될 수 밖에 없는 화석연료를 대신할 대체에너지를 개발하고자 하는 의지는 이 시대를 살아가고 있는 전세계 모든 인류의 공통된 관심사일 것입니다.

 

다행히 우리가 살고 있는 캐나다의 브리티시 콜롬비아주는 사용량의 89%에 해당하는 에너지를 수력발전만으로 충당할 수 있을 만큼 여유롭기 때문에 일반적으로 에너지절약에 대해 심각하게 생각하지 않지만, 에너지 자원이 부족한 한국과 같은 나라에서는 에너지 절약, 그리고 대체에너지에 대한 개발 등은 항상 과학계의 최대 관심사라 할 수 있습니다.

 

핵발전으로 인해 방사성 폐기물이 생기거나 후쿠시마 사태와 같은 엄청난 재앙을 가져올 수도 있다는 문제점이 있음에도 불구하고 많은 나라가 핵분열(nuclear fission)을 이용하는 원자력발전을 포기하지 못하는 이유는 그 효율성이 다른 발전 방법과는 비교할 수 없을 만큼 높기 때문입니다.

 

하지만, 사실 핵반응을 통해 에너지를 얻을 수 있는 방법이 핵분열만 있는 것은 아닙니다. 방사능 오염 위험을 야기시키는 핵분열(nuclear fission)보다도 효율이 높으면서도 이산화탄소와 같은 공기오염도 만들어 내지 않고 무엇보다 살아있는 모든 생물에게 위협이 되는 방사성 폐기물도 남기지 않는 등의 장점을 가지고 있는 훨씬 더 매력적인 방법이 있는데, 이것이 바로 핵융합(nuclear fusion)입니다.

 

우리가 핵융합법을 이용해서 에너지를 생성하는 발전방법을 사용한다면, 이에 사용되는 원료는 수소로서, 물, 즉 엄청난 양의 바다로부터 이를 얻어낼 수 있습니다. 단순한 계산으로 어림잡아보면,

 

0.001 센트 정도의 비용으로 바다로부터 추출해낸 수소로부터 핵융합을 통해 약 1 킬로와트시(kWh) 정도의 전기에너지를 얻어낼 수 있으며, 그 저장량 또한 우리가 앞으로 약 수십억년동안 충분히 사용할 수 있을 만큼이 우리의 주변에 널려있는 것입니다.

 

이렇게 핵분열법과는 비교도 할 수 없을 만큼 청정의 에너지원이며, 심지어 효율도 더 높음에도 불구하고 아직까지 핵융합법을 사용하여 전기를 생성하지 못하는 이유는 바로 핵융합 과정 차체가 그 동안 거의 불가능했기 때문이었습니다.

 

핵융합을 일으키기 위해서는 양전하값을 갖고 있는 두개의 입자를 서로 충돌시켜야 하는데, 같은 전하값을 갖는 입자들은 서로 밀어내는 척력이 생기기 때문에 이 작은 두입자를 충돌시키기 위해서는 엄청난 양의 에너지를 전달해야 합니다.

 

이 때 입자의 에너지라는 것은 곧 그 공간의 온도에 비례하는데, 핵융합을 일으킬 수 있는 이론적으로 가장 낮은 온도가 약 섭씨 1500도 정도가 됩니다. 그러기에 자연상태에서는 태양과 같은 별에서 빛을 발하는 것이 핵융합을 통해 에너지가 만들어지는 유일한 예가 됩니다.

 

태양만큼은 아니더라도, 엄청나게 높은 온도를 유지시킬 수 있어야 핵융합을 일으킬 수 있는 조건을 만족시킬 수 있다는 것입니다. 하지만, 과학계는 핵융합에 대한 연구를 포기 하지 않았고 지금도 계속 핵융합의 조건을 만들어 낼 수 있는 효율적인 방법을 찾아내기 위해 노력하고 있습니다.

 

대표적인 핵융합을 일으키는 방법으로 핵융합 관련된 연구소 중 세계에서 가장 큰 프랑스 남부에 위치한 국제열핵융합실험로(ITER, the way라는 의미의 라틴어), 그리고 영국에 위치한 유럽공동토러스(Joint European Torus, JET) 등에서 사용하고 있는 토카막(tokamak)이라는 장치가 있는데, 이는 도넛모양으로 생긴 내부 빈공간에 강한 자기장을 이용해서 고온, 고압의 플라즈마 상태를 구현해 내고, 그로부터 얻어지는 강한 에너지를 통해 핵융합을 일으키는 방법을 사용하고 있습니다.

 

얼마전 ITER에서는 50메가와트(MW)의 에너지만을 소모해서 그의 열배에 해당하는 500메가와트(MW)에 해당하는 전력을 만들어냄으로써 실제 토카막이 전기 발전을 위해 사용될 수 있음을 실험적으로 증명냈고, 이를 통해 핵융합발전이라는 것이 한 발 더 현실 가능한 것이 되어가고 있습니다.

 

이렇게 국가적 차원으로 새로운 대체 에너지원으로 대두되고 있는 핵융합(nuclear fusion)법을 이용한 발전이 여러 나라의 초미의 관심인 가운데 거대 규모의 국립연구소에서만 가능할 것같은 핵융합발전에 대한 연구가 우리의 이웃인 버나비의 조그만 벤처기업에서도 진행되고 있다는 흥미로운 사실을 알고 계시는 분들은 그리 많지 않으실 듯 합니다.

 

많은 한인 분들이 자주 지나다니시는 1번 고속도로로 연결되는 가글라디(Gaglardi) 웨이와 로히드(Lougheed) 하이웨이가 만나는 지역 근처에 위치한 General Fusion이라는 이 회사는 UBC 물리학과에서 박사학위를 받은 Michel Laberge에 의해 2002년에 설립되었으며 조그만 창고에서 만들어낸 시제품을 통해 보여준 핵융합발전의 가능성을 인정받아 2007년이후 지금까지 캐나다 정부를 포함한 전세계로부터 약 1억달러 상당의 펀드를 받아 핵융합발전에 관련된 연구를 진행하고 있는, 작지만 세계적으로 주목받고 있는 기업입니다.

 

이 회사를 설립한 Michel Laberge는 1990년 UBC에서 박사학위를 받은 후 프랑스의 에코폴리텍(L’ecole Polytechnique)와 오타와의 캐나다 국립연구소(National Research Council, NRC)에서 두번의 포스트닥터(박사후 과정)을 거친 후, 사실 크게 주목받지 못하고 일반 회사의 연구직으로 취직해  평범한 삶을 살다가, 자신의 평범한 삶을 깨고서 어느 날 갑자기 혜성과 같이 핵융합연구분야에 나타난 인물입니다.

 

전 세계적으로도 매우 고무적인 발전을 해오고 있는 핵융합발전 분야에 새롭게 떠오르는 루키로 주목받고 있는 버나비의 General Fusion은 다른 거대규모의 시설보다는 상대적으로 작은 규모의 발전기에 해당하지만 매우 참신한 아이디어를 이용해서 핵융합발전을 일으키는 방법을 실현하고자 하고 있습니다.

 

상대적으로 작은 규모의 시설을 이용하다보니 중심부에 충분한 에너지를 모을 수 없는 문제점을 해결하고자 둥근 구형의 중심부에 자기장을 이용해 연료를 집중시키고, 한순간에 여러방향에서 피스톤을 통하여 압력을 가함으로써, 여러개의 해머로 중심부를 강하게 내리치는 효과를 만들어 순간적으로 고온고압의 상태를 만들어 내고, 이로써 핵융합을 가능하게 만드는 방법이 General fusion의 핵융합 발전로의 원리입니다.

 

이는 최근에 연구되고 있는 자기장 타겟 융합법(Magnetized target fusion)을 응용한 방법으로 학계에서 매우 획기적인 방법으로 인정받고 있습니다.

 

아직까지 핵융합법을 통한 발전 자체를 실현시키지는 못했지만, 현재 진행되는 많은 방법중 가장 실현가능성이 높은 몇가지 중에 하나로 주목받고 있는 방법입니다.

 

과거 절대 불가능한 일일것만 같았던, 인류의 숙원인 청정 에너지 발전 방법인 핵융합으로 가는 길을 연 건 국가적 차원의 거대 연구소 뿐만이 아니라, 일상의 무료함을 깨고자 뭔가 새로운 것을 찾던 평범한 연구원이었던 한 과학자가 열정과 끊임 없는 노력으로 작은 창고에서 시작했던 실험이기도 했다는 것이 참으로 흥미롭고 고무적인 일이라 생각됩니다.

 

석준영(비센 학원장)