핵융합 발전소 상용가능한건가요?

Question

우리나라에서 핵융합 관련한 에너지 기술이 세계정상권이라고 하던데 핵융합을 이용한 원자로 개발이 어느 정도면 궤도에 오를 수 있을까요?

Answer 1

안녕하세요. 김칠영 과학전문가입니다.

수소핵융합반응을 이용한 상용 발전이 가능해진다면 온 인류의 에너지 문제는 모두 해결됩니다. 핵융합에 사용되는 재료는 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 수십 만 배 높습니다. 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.

현재까지 상용화된 핵융합 발전소는 없습니다. 핵융합은 두 개의 가벼운 원자핵이 결합하여 무거운 원자핵을 생성하는 원자력 반응입니다. 이러한 반응은 태양과 같은 별에서 일어나는 자연 현상이지만, 지구에서 제어된 핵융합을 실현하는 것은 매우 어렵습니다.

현재 핵융합 기술은 여전히 연구 단계에 있으며, 핵융합 발전소를 상용화하기 위해서는 여러 기술적, 공학적, 경제적 도전이 남아 있습니다. 핵융합 반응을 유지하고 제어하기 위해 매우 높은 온도와 압력이 필요하며, 핵융합으로 발생하는 에너지를 효율적으로 회수하는 기술도 개발되어야 합니다.

국제 핵융합 실험로인 ITER프로젝트는 핵융합 발전소 개발을 위한 협력 프로젝트로 진행되고 있습니다. ITER는 2035년부터 핵융합 반응을 테스트하고 상업화 가능성을 조사할 예정입니다. 그러나 실제로 핵융합 발전소가 상용화되기까지는 시간과 기술적 발전이 더 필요할 것으로 예상됩니다.

Answer 3

안녕하세요. 김정훈 과학전문가입니다.

선생님께서 원하시는 핵융합 관련 분야 자료는 한국핵융합에너지연구원(https://www.kfe.re.kr/)에서 찾아보실 것을 권해 드립니다.

감사합니다.

Answer 4

안녕하세요. 박준희 과학전문가입니다.

지금의 기술수준도 이미 핵융합은 가능하다고 봅니다. 단 기술문제가 아니라 상용화를 위한 세계정세의 동의와 경제적 상호관계에 의해 어려운거겠죠.

감사합니다.

Answer 5

안녕하세요. 이충흔 과학전문가입니다.

과거 '실현 불가능'으로 여겨진 핵융합 에너지를 이용한 발전이 점차 현실이 되고 있습니다. 이미 세계 각국의 국가기관을 비롯해 수많은 민간기업이 나서 핵융합 에너지를 개발하고 있습니다.

핵융합 발전은 화력발전이나 원자력발전에 비해 에너지 생산량이 훨씬 많습니다. 이론상 약 1kg의 핵융합 연료가 1만톤의 화석연료와 맞먹는 에너지를 생산합니다. 뿐만 아니라 핵융합은 온실가스 및 방사성 폐기물 등의 오염물질을 발생시키지 않습니다.

하지만 핵융합을 이용해 에너지를 확보하는 것은 과학계에서 난제로 여겨져 왔습니다. 핵융합을 위해서는 1억℃ 이상의 고온 상태를 장기간 유지할 필요가 있는데, 이 과정에서 막대한 에너지가 필요하기 때문입니다.

이런 가운데 미국 에너지부 산하 로렌스 리버모어 국립연구소(LLNL) 연구팀이 2022년 12월 국립점화시설에서 진행한 핵융합 반응 실험에서 "투입한 에너지보다 많은 에너지를 얻는 데 성공했다"고 발표했습니다.

머지않아 핵융발전을 이용한 에너지 생산이 이뤄져 전기에너지 부족이 해결될 것입니다.