[구본혁의 현장에서] 탄소중립시대, 韓 ‘핵융합발전’ 실증 시급
지구를 병들게 하는 이산화탄소[1] 배출을 줄이기 위한 전 세계적 노력이 시작됐다. 우리 정부도 ‘2050 탄소중립[2]’ 선언을 발표하고 이산화탄소를 배출하지 않는 친환경 에너지[3]원에 대한 비중을 높일 계획이다.
기존 화석연료를 대체할 수 있는 최적의 대안으로 주목받는 것이 바로 ‘핵융합[4]발전’이다. 핵융합은 태양에서 일어나는 핵융합 반응을 인위적으로 모사해 전기에너지를 얻는 기술이다. 원료[5]는 바닷물[6]에 풍부하게 함유된 중수소[7]와 삼중수소[8](리튬)를 사용한다. 핵융합연료 1g은 석유 8t에 해당하는 에너지 생산이 가능하다. 욕조 반 분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬의 양만으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있다.
이에 우리나라를 포함해 유럽연합(EU), 미국, 일본, 러시아, 중국, 인도 등 7개국이 참여해 핵융합발전 상용화를 위한 ‘국제 핵융합실험로(ITER)’ 구축에 집중하고 있다.
특히 유럽과 일본, 미국, 중국 등 주요 선진국은 핵융합발전 상용화를 위한 구체적인 행보를 시작했다. 영국은 2019년 6월 영국 기후변화국가자문위원회의 권고를 토대로 2050년 ‘넷 제로’를 목표로 하는 탄소중립에 관한 법안을 통과시켰다. 이 중 눈에 띄는 세부 전략은 2040년까지 세계 최초로 1000㎿급 소형 핵융합 플랜트를 건설한다는 계획이다.
일본은 지난해 10월 2050 탄소중립 목표를 공식 선언한 후 약 2개월 뒤인 12월 경제산업성이 ‘2050 탄소중립에 따른 녹색성장 세부 전략’을 발표했다. 미국에서도 핵융합발전소 건설에 대한 중요성을 강조하는 목소리가 커지고 있다. 최근 미국 과학공학의학한림원은 프로토타입 핵융합발전소 건설 타임라인과 그 설계 전개를 위한 전략이 담겨 있는 보고서를 발표했다. 이 보고서에 따르면 2050년 탄소중립을 달성하기 위해서 2035년까지 핵융합발전소 건설을 시작하고 2040년까지 가동을 시작해야 한다는 내용을 담고 있다.
또한 EU, 중국 등도 핵융합에너지 상용화를 위해 실증로[9] 건설을 위한 로드맵을 수립하고 실증에 필요한 핵융합 핵심 요소 기술을 선정, 단계별 기술개발을 추진하고 있다.
그렇다면 우리나라 상황은 어떨까?
정부의 ‘핵융합에너지 개발 진흥 기본계획’에서는 오는 ‘2040년대까지 핵융합 실증로 건설을 위한 핵심 기술 확보’라는 장기적 목표만 설정한 상태다.
하지만 주요 선진국들의 계획에 비교해보면 구체성은 많이 떨어져 있다는 느낌이다. 핵융합발전 실증로 건설 여부는 국제핵융합실험로[10](ITER)가 완공된 후 중수소·삼중수소를 이용한 본격적인 핵융합 실험의 성공을 확인한 이후 최종 결정한다는 방침으로 알려졌다.
때문에 그동안 선도적으로 축적해온 핵융합기술 주도권을 잃어버릴 수 있다는 지적도 나온다. 현실로 다가온 탄소중립 시대 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해서는 핵융합에너지에 대한 투자 확대와 실증계획 수립을 서둘러 마련해야 한다.
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주석
이산화탄소(CO2)는 탄소 원자가 두 개 결합된 화합물로, 자연계와 인위적 활동 모두에서 발생하는 기체입니다. 자연적으로는 호수, 강, 해양, 숲, 화산 활동 등에서 배출되며, 인위적 활동에서는 화석 연료의 연소, 산업 공정, 교통수단, 농업 등에서 주로 배출됩니다. 이산화탄소는 온실가스의 일종으로, 대기 중에 존재할 경우 지구의 온실 효과를 유발하여 기후 변화와 지구 온난화를 초래하는 주요 원인입니다. 따라서, 이산화탄소 배출을 줄이는 것은 글로벌 기후 변화 대응의 핵심 과제 중 하나입니다. 최근에는 탄소 포집 및 저장 기술, 재생 에너지 전환, 에너지 효율 향상 등을 통해 이산화탄소 배출을 감축하려는 노력이 활발히 진행되고 있습니다. ↩︎
탄소중립은 대기 중 온실가스 농도가 인간 활동에 의해 더 증가하지 않도록 하는 것을 의미하며, '넷제로(Net-Zero)'라고도 불립니다. 이는 배출하는 만큼 흡수하여 순 배출량을 0으로 만드는 개념으로, 화석 연료 사용 등으로 배출된 온실가스를 포집하거나 흡수하는 기술과 정책을 통해 실현됩니다. 탄소중립을 달성하기 위해서는 에너지 전환, 친환경 기술 개발, 사회적 변화 등 광범위한 노력이 필요하며, 국제사회에서는 2050년까지 탄소중립을 목표로 다양한 선언과 협약이 이루어지고 있습니다. ↩︎
"에너지"는 물리학에서 어떤 시스템이 일이나 변화의 형태로 전달되거나 저장된 능력을 의미하며, 다양한 형태로 존재합니다. 에너지는 전기, 열, 운동, 화학 등 여러 종류가 있으며, 현대 사회에서는 주로 전기와 화석 연료를 통한 에너지 공급이 중요합니다. 최근에는 친환경 에너지와 재생 가능 에너지로의 전환이 글로벌 이슈로 떠오르고 있으며, 탄소중립 목표 달성을 위해 핵융합과 같은 첨단 기술 개발이 활발히 진행되고 있습니다. "핵융합"은 두 개의 가벼운 원자핵이 높은 온도와 압력 하에서 결합하여 더 무거운 원자핵으로 변환되면서 에너지를 방출하는 핵반응입니다. 태양 내부에서 자연스럽게 일어나는 과정으로, 인위적으로 실현하는 기술이 핵융합입니다. 핵융합은 석유 등 화석 연료보다 훨씬 많은 에너지를 적은 원료로 생산할 수 있으며, 바닷물에서 추출한 중수소와 삼중수소를 연료로 사용합니다. 이 기술은 환경 친화적이며, 핵분열보다 안전성이 높아 미래 에너지의 핵심으로 기대되고 있습니다. "탄소중립"은 인간 활동으로 배출하는 이산화탄소의 양과 대기 중 흡수하는 양을 같게 만들어 순 배출량을 제로로 만드는 목표입니다. 이를 위해 재생 가능 에너지 확대, 에너지 효율 향상, 탄소 포집 기술 개발 등이 추진되고 있으며, 2050년까지 글로벌 목표로 설정되어 있습니다. 탄소중립은 기후변화 대응의 핵심 전략으로, 국제사회와 각국 정부가 적극 추진하고 있습니다. 이 세 가지 키워드는 모두 지속 가능한 미래와 친환경 에너지 전환을 위한 핵심 개념으로, 글로벌 경쟁력 확보와 기후변화 대응에 중요한 역할을 하고 있습니다. ↩︎
핵융합은 원자핵이 높은 온도와 압력 하에서 결합하여 더 무거운 원자핵을 형성하는 핵반응으로, 이 과정에서 막대한 에너지가 방출됩니다. 이는 태양과 같은 천체 내부에서 자연스럽게 일어나는 현상으로, 인공적으로 실현하는 것이 핵융합 발전입니다. 핵융합 발전은 기존의 핵분열 발전과 달리 방사성 폐기물이나 핵사고의 위험이 적으며, 풍부한 원료인 중수소와 삼중수소를 사용하여 지속 가능하고 친환경적인 에너지 공급이 가능하다는 점이 큰 특징입니다. 특히, 1g의 핵융합 연료가 석유 8톤에 해당하는 에너지를 생산할 수 있어 매우 효율적입니다. 국제적으로는 ITER(국제 핵융합실험로) 프로젝트를 통해 핵융합 기술의 상용화와 실증을 추진하고 있으며, 미국, 일본, 유럽연합, 중국 등 여러 나라가 적극적으로 연구개발에 참여하고 있습니다. 한국도 2040년대까지 핵융합 실증로 건설을 목표로 하고 있으나, 아직 구체적인 계획이 미흡한 상황입니다. 핵융합은 미래 에너지 문제 해결의 핵심 기술로 기대받으며, 글로벌 경쟁력 확보를 위해 신속한 투자와 기술개발이 필요합니다. ↩︎
원료는 핵융합 연료를 구성하는 물질로, 핵융합 반응을 일으키기 위해 사용되는 핵심 물질입니다. 핵융합 연료는 주로 중수소(Deuterium)와 삼중수소(Tritium)로 이루어져 있으며, 이들은 바닷물에 풍부하게 존재하는 원소입니다. 원료는 핵융합 에너지의 핵심 요소로서, 이 원료를 이용해 높은 에너지 효율을 달성할 수 있으며, 핵융합 발전의 실현과 상용화에 중요한 역할을 합니다. 핵융합 연료는 기존의 화석연료와 달리 방사능 폐기물 문제도 적으며, 지속 가능한 에너지 공급원으로 기대되고 있습니다. ↩︎
바닷물은 해양(海洋)에서 자연스럽게 존재하는 물로, 지구 표면의 약 71%를 차지하며, 주로 염분이 포함된 소금물입니다. 바닷물은 해양 생태계의 중요한 구성 요소로서, 생물들의 서식처를 제공하고 기후 조절, 수자원 공급 등 다양한 역할을 수행합니다. 또한, 바닷물은 핵융합 에너지 개발에 있어서 핵심 원료인 중수소(Deuterium)와 삼중수소(Tritium)를 추출하는 원천이기도 합니다. 특히, 핵융합 발전에서는 바닷물에 풍부한 중수소를 이용하여 무한에 가까운 에너지 생산이 가능하며, 이는 친환경 에너지 전환과 탄소중립 목표 달성에 중요한 역할을 할 수 있습니다. ↩︎
중수소는 핵융합 에너지의 핵심 연료 중 하나로, 디루타늄(Deuterium)이라고도 불립니다. 이는 수소의 동위원소로서, 핵융합 반응에서 중요한 역할을 합니다. 중수소는 자연상태에서 매우 희귀하며, 주로 바닷물에 풍부한 삼중수소(트리튬)와 함께 사용되어 핵융합 연료로 활용됩니다. 핵융합 반응에서 중수소는 높은 에너지 방출을 가능하게 하는 핵반응의 원료로서, 특히 D-T(디루타늄-트리튬) 반응이 가장 활발히 연구되고 있습니다. 이 반응은 높은 에너지 방출과 낮은 활성화 에너지로 인해 상용화 가능성이 높아지고 있으며, 미래의 친환경 에너지 원천으로 기대되고 있습니다. ↩︎
"삼중수소"는 핵융합 에너지 연구에서 중요한 연료 성분으로, 특히 수소의 동위원소인 트리튬(트리튬, Tritium)을 의미합니다. 삼중수소는 핵융합 반응에서 사용되는 연료 중 하나로, 핵융합 반응을 통해 막대한 에너지를 방출하는 데 기여합니다. 자연 상태에서는 매우 희귀하며, 주로 인공적으로 생산되거나 핵반응로에서 생성됩니다. 삼중수소는 핵융합 발전의 실현 가능성을 높이는 핵심 요소로 평가받으며, 특히 데터리움-트리튬(D-T) 반응에서 중요한 역할을 합니다. 이 반응은 낮은 온도에서도 효율적으로 일어나기 때문에, 현재 가장 유망한 핵융합 연료 조합으로 간주되고 있습니다. 그러나 삼중수소는 방사능을 띠고 있어 안전한 취급과 저장이 매우 중요하며, 이를 위한 기술 개발도 활발히 진행되고 있습니다. ↩︎
"실증로"와 "핵융합 실증로"는 핵융합 에너지 기술의 상용화를 위해 실험적 또는 시험 단계의 핵융합 반응로를 의미합니다. 이러한 실증로는 핵융합 기술의 안정성, 효율성, 그리고 실용성을 검증하는 중요한 역할을 하며, 향후 상용 핵융합 발전소 건설을 위한 핵심 단계입니다. 구체적으로, "실증로"는 핵융합 기술이 연구개발 단계에서 벗어나 실질적인 운영 가능성을 검증하는 시설로, 핵융합 반응의 지속성과 안정성을 시험하는 목적으로 설계됩니다. 이는 핵융합 발전의 실용화를 위한 필수 단계로, 여러 나라들이 핵융합 기술의 상용화를 위해 실증로 건설과 운영 계획을 추진하고 있습니다. 예를 들어, 미국, 일본, 유럽연합, 중국 등은 이미 구체적인 실증 로드맵을 마련하고 있으며, 우리나라 역시 2040년대까지 핵융합 실증로를 건설하는 목표를 세우고 있습니다. ↩︎
국제핵융합실험로(ITER)는 전 세계적으로 핵융합 에너지 연구의 핵심 프로젝트로, 핵융합 기술의 상용화를 목표로 하는 국제 협력 사업입니다. ITER는 프랑스 남부의 카다라슈에서 건설 중이며, 2007년부터 2042년까지 진행될 예정입니다. 이 프로젝트는 35개국이 참여하는 글로벌 협력으로, 핵융합 반응을 안정적으로 유지하고 에너지 생산 효율을 높이기 위한 대형 토카막(핵융합 장치)을 개발하는 것이 주 목표입니다. ITER는 500MW의 출력을 목표로 하며, 2040년대까지 실증로를 완공하여 상용 핵융합 발전의 실현 가능성을 검증하는 역할을 합니다. 이 프로젝트는 핵융합 에너지의 무한한 원천으로서의 잠재력을 실현하는 데 중요한 역할을 하며, 글로벌 경쟁력 확보와 친환경 에너지 전환에 기여할 것으로 기대됩니다. ↩︎