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미래 청정 에너지 주목 '핵융합 발전' 어떻게 이뤄질까

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중수소·삼중수소 활용해 인위적으로 '핵융합' 반응

프랑스에 국제공동실험로 건설, 각종 연구도 활발

2050년 이후 핵융합 이용한 전기생산 가능할 전망

[이데일리 강민구 기자] 최근 한국핵융합에너지연구원이 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’에서 1억도 초고온 플라즈마를 20초간 유지하는데 성공하면서 핵융합 연구가 새삼 주목받고 있다.

핵융합 에너지는 태양이 빛과 열에너지를 만들어내는 원리에 착안해 태양이 에너지를 만들어내는 ‘핵융합’ 반응을 인위적으로 발생시켜 에너지를 만드는 방식이다. 발전과정에서 이산화탄소 등 온실가스를 발생시키지 않는 청정에너지로 통한다. 화력발전이 300만 톤의 석탄을 이용해 만드는 에너지를 핵융합발전은 100kg의 중수소와 3톤의 리튬만으로 생산할 수 있다는 장점도 있다.

핵융합 발전에는 중수소와 삼중수소가 활용된다. 중수소는 바닷물에서 쉽게 얻을 수 있다. 삼중수소는 흔하지 않은 자원이지만 핵융합로에서 ‘리튬’을 분리해 생성할 수 있다. 현재 바닷물에서 리튬을 채취하는 연구가 진행중이라는 점에서 향후 바다를 통해 중수소와 삼중수소를 모두 얻을 수 있을 것으로 예상된다.

상용화는 오는 2050년께 이뤄질 것으로 기대를 모은다. 국제공동실험로인 ITER, 상용화 검증을 위한 실증로인 DEMO, 실제 발전소 건설 순으로 이뤄질 예정이다.

한국은 미국, 유럽연합(EU) 등 전 세계 7개국과 함께 프랑스 남부 카다라쉬에 핵융합상용화를 위한 국제핵융합실험로(ITER) 건설에 참여하고 있다. 실험로가 완공되는 2025년 이후에는 본격적인 실험이 이뤄져 핵융합 상용화에 필요한 공학 기술 검증이 이뤄질 전망이다.

각종 요소 기술 개발도 함께 이뤄져야 한다. 고성능 플라즈마 장시간 유지기술, 핵융합 재료 기술, 플라즈마 제어 기술 등 고난이도 기술에 대한 안전성 검증이 필요하다.

핵융합연 관계자는 “2040년대 핵융합실증로를 건설하고 2050년대 핵융합을 이용한 전기생산을 이뤄내면 상용로 건설도 가능하다고 본다”면서 “국내에서도 ITER 실험에 참여하고 핵융합연에서 운영중인 KSTAR 실험에서 얻은 핵융합 기술을 바탕으로 실제 핵융합에너지를 이용한 전기생산을 실증하는 핵융합실증로(K-DEMO) 기술을 연구하고 있다”고 했다.

이데일리

프랑스에 한국 등 전 세계 주요국가들이 참여하는 국제핵융합실험로 ITER가 건설중이다.(사진=한국핵융합에너지연구원)

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