핵 융합 에너지에 대해 궁금합니다.

Question

핵 융합 에너지가 정확히 무엇인지 궁금합니다.

그리고 친환경 에너지인 태양열이나 풍력 이런 에너지와 비교를 했을 때 에너지 양의 차이도 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김칠영 과학전문가입니다.

수소핵융합반응을 이용한 상용 발전이 가능해진다면 온 인류의 에너지 문제는 모두 해결됩니다. 핵융합에 사용되는 물질은 중수소와 삼중수소인데, 바닷물에 거의 무한정으로 존재하고 반응 결과물인 헬륨은 완벽한 무공해 물질입니다. 화석연료를 태우거나 핵분열을 이용하여 발전하는 기존의 방식은 대량의 오염물질을 방출하는데, 핵융합 방식은 무공해 물질만을 방출하고 에너지 생성율은 화석연료보다 수십 만 배 높습니다. 친환경에너지도 오염물질 방출은 매우 적지만 여러가지 제약과 에너지 생성률이 낮아 한계가 있습니다. 이에 비하여 핵융합 발전은 원료가 저렴하고 오염물질을 방출하지 않으며 대량의 에너지를 생산할 수 있어 한마디로 꿈의 에너지원이라 할 수 있습니다.

수소 핵융합 반응의 원리는 이미 잘 알려져 있고, 실제로 태양의 중심부에서는 초당 6 천억 톤의 수소가 핵융합으로 소모되고 있습니다. 하지만 핵융합 발전소에서 핵융합 반응을 통해 에너지를 얻기 위해서는 1억도 이상의 플라즈마를 자기장을 이용하여 장시간 유지하여야 하는데 이것이 어렵습니다. 우리나라도 상당히 높은 수준의 핵융합 기술력을 갖고 있지만 지속 시간이 짧아 상용화까지는 요원합니다. 일단 상용화까지의 목표가 2040년이라고는 하지만 더 빨라질지 또는 늦어질지 누구도 장담하기 어렵습니다.

하지만 아무리 어렵더라도 지구상의 자원은 유한하기 때문에 언젠가는 바닥이 날 것이므로, 우리 인류가 지구를 벗어나 영원히 살아남기 위해서는 반드시 습득해야 할 기술입니다. 우주로 진출했을 때, 수소는 유일한 에너지원이면서 또한 가장 풍부한 존재이기 때문입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

두 가지 이상의 가벼운 원자핵이 충돌하고 융합하여 좀 더 무거운 제2의 원자핵이 되면서 방출하는 에너지. ‘원자 핵융합’이라고도 한다. 핵융합은 태양과 별의 에너지원으로 그 발생 에너지가 크기 때문에 미래 에너지원으로 주목되고 있으나 현재까지 학술연구 영역을 벗어나지 못하고 있다. 예를 들면 두 개의 중수소 원자핵이 융합하여 3중수소 또는 헬륨 원자핵이 되는 반응에서는 방출 에너지가 석탄 등의 화석 연료가 방출하는 에너지의 약 100만 배 정도이다. 이것은 아인슈타인의 질량과 에너지의 상대성 원리(E=mc2)에 의해 정확히 계산된다. 이 핵연료는 핵분열 반응에 필요한 어떤 물질보다도 풍부하고, 방사성 낙진도 생기지 않을 뿐만 아니라 유해한 방사능도 적다.

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이와 같은 핵융합에는 약 1억℃ 이상의 매우 높은 온도가 필요하다. 태양 및 그에 준하는 별들의 에너지 방출은 핵융합에서 생기며, 이런 과정을 응용하여 수소 폭탄이 만들어졌다고 한다.