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[대덕포럼]에너지 패러다임 변화의 장기적 대안, 핵융합에너지

2017-07-17기사 편집 2017-07-17 18:31:51

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첨부사진1유석재
정부의 신에너지 정책과 함께 본격적인 에너지 패러다임의 변화가 예상되고 있다. 신에너지 정책의 골자는 원전과 화력 발전에 의존되어 있는 전력 수급 구조를 지구온난화 대응을 위한 저탄소화, 에너지 안전성, 전력 공급의 안정성, 친환경, 주민의 수용성 및 경제성 등 다양한 사항을 고려하여 점진적으로 변화시킨다는 것이다. 이를 위해 태양광과 풍력을 주축으로 하는 신재생에너지를 주 에너지 공급원으로 설정하고, 신재생에너지 위주의 전력 수급 구조로 개편해 나가기 위해 일단 2030년까지 20%까지 확대를 목표로 하고 있다.

현재의 신재생에너지의 기술 수준에서 바라보면 매우 도전적인 목표인 것이 사실이다. 신재생에너지 기술 수준과 개발 속도가 에너지 패러다임의 변화 속도를 따라가지 못할 가능성 때문이다. 신재생에너지 비율 확대를 위해서는 에너지 생산 뿐 아니라 고도의 에너지 저장 및 분배 기술 등과 같은 주변 기술의 동반 성장이 요구되기에 그 속도가 예상보다 느려질 수 있다는 우려가 있다.

태양광이나 풍력과 같은 대부분의 신재생에너지는 근본적으로 태양이 만들어내는 핵융합에너지에서 비롯된다. 수소덩어리인 태양의 중심에서는 수소 원자핵들 간의 핵융합 반응이 활발히 일어나고 있으며, 이를 통해 엄청난 에너지를 생성하고 있다. 핵융합의 결과인 에너지의 일부가 지구까지 도달하여 바람과 같은 자연 현상을 일으키는 원동력이 된다. 즉, 지구의 자연현상이나 생명체의 에너지는 태양에서 왔고 그 근원은 핵융합에너지라 볼 수 있는 것이다. 이처럼 태양의 핵융합에너지에 근원을 두고 있는 태양광이나 풍력은 에너지 패러다임의 변화를 위한 가장 현실적인 대안이다. 여기에 좀 더 적극적으로는 태양의 핵융합반응을 직접 모사할 수 있는 인공태양을 지구상에 만들어 대용량의 핵융합에너지를 확보하는 것이 또 하나의 대안이 될 수 있다.

인공태양은 태양에서 일어나는 핵융합 반응이 일어날 수 있도록 인공적으로 태양과 유사한 환경을 만드는 것이다. 인공태양에서는 태양에서 일어나는 수소 간의 핵융합 반응보다 쉽게 반응하는 중수소와 삼중수소를 사용하는데, 주 연료인 중수소는 바닷물에 약 0.015% 정도가 함유되어 있는 거의 무한하다. 특히 삼면이 바다로 쌓여 있는 우리나라의 경우 연료의 안정적인 확보에 매우 유리하다. 또한, 핵융합에너지는 생성과정에서 탄소가 발생되지 않으며, 부산물은 자연에서 가장 안정적이고 인체에 해가 없는 헬륨만을 방출한다. 자연을 오염시키는 부산물의 배출이 없는 친환경에너지인 것이다. 이러한 관점에서 인공태양의 핵융합에너지는 신에너지 정책에 따른 에너지 패러다임 변화의 특성에 잘 맞는 에너지원임에 틀림없다. 단지 에너지의 실용화를 위해서는 추가적인 연구개발 과정이 필요하기에 단기적 대안으로서 보다는 장기적 대안으로 볼 수 있다.

인공태양을 기반으로 하는 핵융합에너지 개발 노력은 전 세계적으로 이루어지고 있다. 국내에는 세계 최고 성능을 갖추고 있는 KSTAR라는 핵융합실험장치를 운영하고 있다. 중국에서는 EAST라는 장치를 통해 핵융합 연구를 추진하고 있으며, 일본 역시 2019년 완공되는 JT60SA라는 장치 개발을 추진 중이다. 뿐 만 아니라 한국, 일본, 중국, 미국, 유럽, 러시아, 인도의 7개국은 공동으로 프랑스 악상프로방스 지방에 ITER라고 하는 국제핵융합실험로를 2025년 완공을 목표로 건설하고 있다. 이를 통해 핵융합에너지 실용화의 가능성이 검증되면 핵융합에너지 실용화를 위한 개발이 더욱 가속화 될 것이다.

신재생에너지의 대표 격인 태양광이나 인공태양인 핵융합로에서 생산되는 에너지는 모두 근원적으로 핵융합에너지를 활용한다는 공통점을 갖고 있다. 또 다른 공통점은 탄소 발생이 없고 친환경적이며, 자원은 거의 무한하지만, 아직 기술 수준이 완전하지 않아 에너지 패러다임 변화를 단시간 내에 완성할 수 없다는 것이다. 현재 태양전지의 효율은 낮지만 전력 생산이 실용화되고 있어 근시일 내에 태양광이 완전한 대안이 될 수 있는 것처럼 보인다. 하지만 여전히 주 에너지원으로 활용되기 위해서는 효율을 높이기 위한 더 많은 연구개발과 시간이 필요하다.

태양에서 생성된 태양광을 수동적으로 사용하든, 적극적으로 인공태양이라는 핵융합로를 이용하여 생산된 에너지를 사용하든 결국 우리는 태양을 포함해 우주를 형성하고 있는 근원에너지인 핵융합에너지를 사용할 수 밖에 없다. 중단기적 대안으로서 태양광을 위주로 하는 신재생에너지 개발을 추진하는 것과 함께 장기적 대안으로는 인공태양에 의한 핵융합에너지가 안정적으로 구현될 때, 진정한 에너지 패러다임의 변화가 성공적으로 이루어지게 될 것이다. 유석재 국가핵융합연구소 선임단장





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