[하우징헤럴드] 핵분열을 이용한 원자력은 기존 화석연료에 비해 온실가스를 배출하지 않고도 많은 전력을 안정적으로 공급할 수 있었다. 하지만 고준위 핵폐기물 문제 등으로 지속가능한 발전수단인지 논란이 되고 있다.
그러면 환경친화적이고 고갈되지 않는 안전한 에너지원은 없을까. 현재, 국내외적으로 핵융합에너지, 즉 태양에너지가 거론되고 있다. 태양의 에너지 발생원리를 지구에서 실현해보자는 것이다.
태양 에너지는 핵융합을 통해 이루어지는데, 핵융합 반응은 고체, 액체, 기체 이외의 제4의 상태인 프라즈마(초고온의 기체) 상태에서 발생하게 된다. 생성된 프라즈마가 증발되지 않고 엄청난 태양중력에 갇힘으로써 그 안에서 핵융합반응이 일어나면, 질량손실에 따른 에너지가 발생하게 된다.
이와 같은 태양 에너지가 지구상에서는 어떻게 실현될 수 있을까. 그것은 플라즈마를 자기장을 이용하여 가두고 1억도 이상으로 가열함으로써 핵융합반응을 일으키도록 하는 것이다. 이와 같은 인공태양(핵융합발전소)을 통한 전력생산은 원자력 등 기존에너지에 비해 탁월한 몇 가지 장점이 있다.
우선, 핵융합에너지는 탄소중립에 기여할 수 있는 청정에너지이면서도 대용량 에너지 생산이 가능하다. 따라서 탄소중립을 매개로 설치될 수 있는 무역장벽에 대비할 수 있다. 에너지 효율도 원자력에 비해 7배가량 높다. 또 온실가스 배출이 없고 프라즈마가 꺼지면 열이 더 발생하지 않기 때문에 원천적으로 안전하다.
핵융합발전은 플라즈마를 매개로 하여 핵융합반응을 얻는 발전방식으로, 연료봉이 다 탈 때까지 장시간 운전을 계속해야 하는 핵분열 방식과는 다르기 때문에 핵융합 반응제어에 문제가 생길지라도 폭발이 일어날 수준의 연쇄적 반응이 일어나지 않는다. 연료 주입만 차단하면 몇 초내에 가동을 멈출 수 있다. 핵융합 발전은 ‘근원적인 사고 안전성’을 보유하고 있다 할 수 있다.
그리고 고준위, 장주기 핵폐기물 발생이 없기 때문에 환경적으로 수용 가능하다. 삼중수소 관리나 부품의 방사화가 문제될 수 있으나 설계단계에서 기술적으로 통제 가능하다. 핵융합의 연료인 중수소의 경우 바닷물에서 무궁무진하게 얻을 수 있고, 삼중수소의 경우 리튬원소를 핵융합로에서 핵변환시켜 자급할 수 있기 때문에 연료가 전세계에 골고루 분포되어 있는 무한 사용 에너지라 볼 수 있다.
나아가 인공태양기술은 파생기술이 많아 경제적 파급효과가 커 국가경쟁력 향상에 크게 기여할 수 있다. 핵융합 발전로(인공태양)를 만들기 위해서는 핵융합로 건설에만 고유한 핵심 장치들이 필요하다. 수소방전이 쉽게 일어나도록 진공을 만들어야 하는데, 거대한 진공용기 제작기술이 필요하다. 고온의 프라즈마를 안정적으로 가두기 위하여 고자기장이 필요한데, 대규모 극저온 초전도 자석의 제작기술이 필요하다. 이러한 초전도를 유지하기 위해 영하 269도의 온도가 지속돼야 하는데, 거대한 열차폐제 및 저온용기의 제작기술이 필요하다.
또한 고에너지로 방출되는 중성자의 운동에너지를 열로 변환하고 삼중수소를 자급하는 증식블랑켓 기술과 플라즈마로부터 직접 나오는 고열을 받아내는 디버터 기술이 필요하다. 물론 핵융합 발전을 이루려면, 무엇보다도 자기장에 갇힌 초고온(1.5억도)의 플라즈마를 장시간 안정적으로 유지하는 기술은 반드시 선행되어야 한다.
이처럼 핵융합발전은 최첨단 기술을 기반으로 하는 까닭에 관련 산업에 응용될 수 있는 파생기술들이 무궁무진하여 경제적 파급효과가 클 수밖에 없다.
아울러 인공태양기술은 국제규범을 준수하며 개발할 수 있는 잠재적 국방과학기술이기도 하다. 인공태양기술은 원자력발전과는 그 발생기술이 달라 원자력과는 달리 아직 국제적 기술표준이 없다. 따라서 우리나라가 개발하면 그것이 기술표준이 될 수 있고 만일 우리나라가 기술표준 정립에 참여하는 선두주자에 들어가게 된다면 인공태양기술에 대한 진입장벽에서 자유로울 수 있다.
그 분야가 국방과학기술일 경우 그 의미는 더욱 클 것이다. 특히 EU, 미국, 영국, 일본 등 기술선진국도 아직 성과를 못내고 있지만 우리나라는 KSTAR사업를 통해 가장 핵심기술인 초고온 프라즈마 운전기술에서 계속 성과를 내고 있어 가슴 설레게 한다.
결국, 우리나라 국민의 삶의 질과 국가경쟁력을 한 차원 업그레이드시키기 위해서는 인공태양 개발을 서둘러야 한다.
홍봉주 대표변호사 / H&P법률사무소
