꿈의 에너지 상용화 가능할까

'꿈의 에너지'로 불리는 핵융합 에너지에 대한 관심이 최근 다시 높아지고 있다. 질량이 가벼운 원소와 상대적으로 무거운 원소가 융합하면 질량이 줄어든다. 이 줄어드는 질량만큼 발생하는 에너지가 핵융합 에너지다.

수소폭탄 원리를 이용한 핵융합 에너지는 태양이 에너지를 발생하는 방식과 같아 '인공 태양'이라고도 불린다. 석유.석탄 등 화석 연료의 경우 매장량이 한정돼 있는데다 환경을 오염시키나 핵융합 에너지는 그런 염려를 하지 않아도 된다. 게다가 원자력 발전의 방사능 누출문제도 없다.

또 핵융합 원료인 중수소 등은 바닷물에서 쉽게 뽑아쓸 수 있어 재료비가 싸고 자원고갈도 걱정할 필요가 없다. 중수소 60g으로 만드는 에너지는 석탄 20t, 핵분열 연료 1.5kg로 만드는 에너지와 맞먹어 효율도 높다.

핵융합 방식은 중수소와 삼중수소를 1억℃의 온도로 가열하는 '토카막(Tokamak) 방식'과 중수소와 삼중수소를 혼합한 고체 연료에 강력한 레이저 광선과 이온 빔을 가열하는 '관성 핵융합 방식'이 있다. '토카막 방식'은 1968년 소련의 아시모비치 교수팀이 처음 개발한 '자장밀폐(磁場密閉) 방식'으로 핵융합 기술 연구의 주류를 이루고 있다.

중수소와 삼중수소를 1억℃의 온도로 가열하면 고온의 플라즈마가 형성되고 여기에 강력한 자장을 이용, 핵융합 반응이 일어나도록 가두는 방식이다.

그러나 핵융합이 일어나는 1억℃의 초고온과 초고압 상태를 재현하기가 어렵고 재현하더라도 임계조건(핵융합을 일으키도록 투입된 에너지가 핵융합의 결과로 발생하는 에너지와 같아지는 핵융합 플라즈마의 조건)의 10배에 해당하는 조건을 유지하기가 힘들다.

즉 투입 에너지보다 산출 에너지가 훨씬 커야 한다는 효율성 문제가 해결되지 않아 상용화가 벽에 부닥친 상태다.

국제 열핵융합 실험로 계획에 참여한 미국과 일본, 유럽, 러시아는 50년대 중반부터 핵융합 발전 연구에 뛰어들어 현재 개별적으로 토카막을 확보하고 있다. 이 국가들은 각각 수 초 동안 핵융합 에너지를 발생시키는 데까지 성공했으며 공동 연구를 통해 2012~2015년쯤 실험로를 완성할 계획이다.

유럽과 일본은 미국보다 시작은 늦었지만 현재 가장 앞선 핵융합 기술을 보유하고 있다. 미국이 토카막 방식과 관성 핵융합 방식을 함께 개발하면서 정책 일관성을 잃어 뒤쳐졌기 때문이다.

우리 나라는 지난 95년 국가 핵융합 연구개발 기본계획을 마련, 한국기초과학지원연구원의 주관 아래 토카막 연구 사업인 '케이 스타(K-STAR:Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)'를 진행중이다.

오는 2005년초 1분 이상 핵융합을 유지시킬 수 있는 핵융합 발전시설을 대덕 과학연구단지내에 완공할 계획이다.

한국기초과학지원연구원측은 국제 열핵융합 실험로 개발 기간 동안 선진국을 따라잡고 2040년쯤 상업화한 핵융합 발전소를 가동시킬 수 있을 것으로 기대하고 있다.

김지석기자 jiseok@imaeil.com