플라즈마 불순물 제거기술 확보… ‘핵융합 발전소’ 2040년 상용화

국가핵융합硏 연구계획 발표에너지 수출강국 도약 목표

‘꿈의 에너지’라고 불리는 핵융합 에너지를 이용하는 핵융합 발전소가 오는 2040년대 상용화를 목표로 진행되고 있어 주목된다. 석유나 천연가스, 석탄과 같은 화석에너지는 길어봐야 230여 년 후엔 고갈될 운명이다. 하지만 핵융합 에너지는 원료 공급이나 환경오염에 대한 걱정 없이 대용량의 에너지를 인류에게 공급해줄 미래 에너지원 중 하나로 기대를 모으고 있다.

2일 국가핵융합연구소(NFRI)의 핵융합 연구계획에 따르면 오는 2040년대가 되면 핵융합 발전소를 건설해 가정과 사무실에서 전기를 공급받을 수 있을 것으로 전망된다.

핵융합 발전소 개발에 성공한다면 에너지 수입국이 아니라 에너지 수출국으로 탈바꿈하게 되는 것이다.

핵융합이란 태양과 같은 초고온 플라즈마 상태에서 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 융합해 하나의 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 현상을 말한다. 이 과정에서 엄청난 양의 에너지가 방출되는데, 이를 ‘핵융합 에너지’라고 한다. 핵융합 에너지를 얻으려면 태양의 중심보다 뜨거운 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 만들어야 하고, 플라즈마를 가두는 역할 그릇을 하는 핵융합 장치와 원료인 중수소와 삼중수소가 필요하다.

핵융합연구소는 1995년 초전도 핵융합장치 ‘KSTAR‘ 개발에 착수해 2007년 완공하고, 2008년 최초로 플라즈마 개발에 성공했다. 특히 KSTAR는 일반 전자석으로 제작된 기존 선진국들의 구형 핵융합로와 달리 초전도체를 이용해 효율이 훨씬 높다.

2010년에는 초전도 핵융합 장치로는 세계 최초로 고성능 플라즈마 상태인 ‘H-모드’를 달성했고, 2011년에는 역시 핵융합 상용화를 위한 필수 과제인 ‘핵융합 플라즈마 경계면 불안전 현상(ELM)’을 세계 최초로 제어하는 데 성공했다. 이후에도 장시간 운전 기술 분야에서 선도적 위치를 확보하고, 플라즈마 불순물 제거 기술을 확보하는 등 핵융합 상용화 관련 기술에서 다른 선진국들을 압도하고 있다.

연구소 관계자는 “지난해 실험에선 45초의 H-모드 플라즈마 운전에 성공하면서 KSTAR 운전 최종 목표인 300초 고성능 운전에 필요한 기술 확보에 한발 다가섰다”고 밝혔다.

연구소는 KSTAR가 완공되기까지 1400여명의 고용효과와 2600억 원의 매출효과를 거둔 것으로 보고 있다. 그 뿐만 아니라 이 과정에서 습득한 기술 노하우를 바탕으로 핵융합 연구 선진국들의 모임인 국제핵융합실험로(ITER·이터) 사업에 국내 업체들이 속속 진출하고 있는 것으로 나타났다.

박양수 기자 yspark@munhwa.com