과학기술정보통신부와 한국핵융합에너지연구원은 22일 언론 간담회를 개최해 한국형핵융합연구로의 모습을 공개했다. 사진은 한국형핵융합연구로(KSTAR)의 바깥 모습. (한국핵융합에너지연구원 제공) 2023.02.23 /뉴스1

영화 설국열차에는 17년째 쉬지 않고 세계를 달리는 열차가 나온다. 봉준호 감독은 한 인터뷰에서 일종의 '핵융합 원자로'로 상상해 영화를 제작했다고 설명했다.

핵융합 발전은 상상력에서 현실로 다가오고 있는 기술이다. 빌 게이츠, 제프 베이조스, 샘 올트먼 등 정보 기술(IT) 거물들도 핵융합 스타트업 투자 중이다.상상만 같은 핵융합에 눈독을 들이는 이유는 에너지 문제의 획기적 대안이기 때문이다. 

핵융합 발전은 기존 기술에 비해 온실가스가 적고 폐기물도 상대적으로 처리가 쉽다. 이 때문에 핵융합은 인류를 에너지 문제에서 해방시켜 줄 꿈의 에너지라고 불린다. 

샘 올트먼 최고경영자는 9일 방한 대담에서 "지금도 많은 에너지 사용하고 있지만 앞으로는 더 많이 필요할 것"이라며 "핵융합 기술 등을 고려하게 될 것이다. 에너지 가격이 낮아질수록 인공지능(AI) 가격도 낮아지기 때문에 에너지는 중요해질 것"이라고 말했다.

한국핵융합에너지연구원은 지난해 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 1억도 초고온 플라즈마 20초 유지에 성공했으며, 올해 3월부터 8월까지 1억도 초고온 플라즈마 30초 유지와 5000~6000만도 고성능 플라즈마 운전모드(H-모드) 100초 이상 유지 달성 계획을 세웠다. 27일 오전 대전 유성구 한국핵융합에너지연구원에서 연구원들이 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 내부를 점검하고 있다. 2021.1.27/뉴스1 © News1 김기태 기자

태양에서는 중력으로 원자핵들이 충분히 가까워지며 핵융합 반응이 일어난다. 그럴 수 없는 지구에서는 에너지를 투입해 반응 환경을 만드는 방식이 이용된다. 상용 발전을 위해서는 투입 대비 생산 에너지가 많아야 하기 때문에 많은 연구자들이 매진하고 있다.핵융합 발전은 크게 '자기장 가둠', '관성 가둠', '관성-자기장 가둠' 등의 방식으로 연구 중이다.

'자기장 가둠'은 플라스마를 자기장으로 가둔 후 초고온으로 가열한다. 현재 한국, 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 중국, 인도가 이 방식으로 국제핵융합실험로(ITER)를 2020년부터 건설 중이다. 

한국은 자기장 가둠 방식에서 세계적 연구 성과를 내는 선도국이다. 대전의 초전도핵융합연구장치(KSTAR)에서는 섭씨 1억도 플라스마 유지 기록이 계속 경신되고 있다. 현재 기록은 30초다. 300초 유지에 성공하면 24시간 연속 운전이 가능할 것으로 여겨지고 있다. 

ITER는 KSTAR와 똑같은 방식으로 규모를 키운 모양이기 때문에 KSTAR 운용뿐 아니라 건설 노하우들이 ITER에도 활용될 것으로 기대되고 있다. 실제 한국 기업들이 건설 입찰에 참여해 7000억원 이상을 수주하기도 했다.

ITER로 핵융합 발전 가능성이 확인되면 각국은 전력 생산 기술 확보 경쟁을 한다. 과학기술정보통신부도 이에 대비하기 위해 이달부터 전력 생산 실증 핵융합로 관련 프로젝트에 착수했다.

관성 가둠은 레이저 등으로 핵연료를 압착해 핵융합 반응을 유도한다. 지난해 미국 에너지부 산하 국립점화시설(NIF)은 이 방식으로 에너지 순생산에 성공했다.

연구 성과 발표에는 에너지부 장관이 직접 나서 "태양에서만 관찰되던 핵융합 에너지를 생산했다. 탄소 없는 풍부한 핵융합 에너지 사회에 더 가까워지는 이정표"라고 말했다. 이 연구에서는 반응 용기 기준으로 2.05MJ(메가줄)의 에너지를 투입해 3.15MJ을 생산하는 데 성공했다.


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