Today and Tommorrow

  오늘은 인류의 지속 가능한 미래를 위한 꿈의 에너지, 핵융합 발전에 대해 이야기해 보려 합니다. 특히 우리나라가 이 중요한 분야에서 프랑스와 손을 맞잡고 진행하는 흥미로운 연구에 대해 자세히 살펴보겠습니다. ​ 핵융합 발전, 왜 중요할까요? 우리가 살고 있는 지구는 에너지 고갈이라는 큰 문제에 직면해 있습니다. 화석 연료는 언젠가 바닥을 드러낼 것이고, 기후 변화 문제도 심각해지고 있지요. 이러한 상황에서 핵융합 발전은 인류가 기댈 수 있는 차세대 에너지원으로 큰 기대를 모으고 있습니다. ​ 핵융합 발전은 태양에서 에너지를 만들어내는 원리를 지구에서 구현하려는 기술입니다. 흔히 '인공태양'이라고 불리기도 하지요. 이 기술이 상용화된다면, 거의 무한에 가까운 에너지를 얻을 수 있게 됩니다. ​ 핵융합 발전의 가장 큰 장점은 다음과 같습니다. ​ - 풍부한 원료: 핵융합의 주된 원료는 바닷물에 풍부하게 존재하는 중수소와 리튬에서 얻을 수 있는 삼중수소입니다. 자원 고갈 걱정 없이 오랫동안 에너지를 생산할 수 있지요. - 친환경적: 핵융합 과정에서 발생하는 폐기물은 방사능 위험이 매우 낮고, 100년 이내에 재활용이 가능하다고 합니다. 지구 온난화의 주범인 이산화탄소나 온실가스를 배출하지 않아 기후 변화 대응에도 중요한 해결책이 될 수 있습니다. - 높은 안전성: 원자력 발전과 달리 연쇄 반응이 일어나지 않아 폭발이나 방사능 누출 위험이 거의 없습니다. 사고 발생 시에도 피해를 최소화할 수 있는 구조입니다. ​ 이러한 장점들 덕분에 핵융합 기술은 에너지 수급 안정성을 높이고 외부 에너지 의존도를 낮추는 데 크게 기여할 수 있습니다. ​ 핵융합 발전의 핵심 과제: 플라즈마와 소재 핵융합 발전을 실현하기 위해서는 몇 가지 기술적인 난제를 해결해야 합니다. 가장 중요한 것은 수억 도에 달하는 초고온의 플라즈마를 안정적으로 만들고 오랫동안 유지하는 기술입니다. 플라즈마는 핵융합 반응이 일어나는 상태인데, 이 뜨거운 플라즈마가 핵융합 장치의 벽에...

1. 핵융합 발전이란? 핵융합 발전은 두 개의 가벼운 원자핵이 결합하여 더 무거운 원자핵을 형성하면서 막대한 에너지를 방출하는 과정입니다. 이 과정은 태양에서 일어나는 에너지 생성 방식과 유사합니다. 핵융합은 방사능 폐기물의 양이 적고, 연료인 수소 동위원소가 풍부하여 지속 가능한 에너지원으로 주목받고 있습니다. 핵융합 발전의 가장 큰 장점은 안전성입니다. 핵분열과 달리 핵융합은 연료가 고갈되면 자연스럽게 반응이 멈추기 때문에 사고의 위험이 적습니다. 이러한 이유로 많은 국가들이 핵융합 에너지 개발에 힘쓰고 있습니다. 2. 핵융합 발전의 발전작동 시스템 핵융합 발전 시스템은 주로 두 가지 방식으로 나뉩니다: 토카막(Tokamak)과 스텔라레이터(Stellarator)입니다. 토카막  : 이 시스템은 자기장을 이용하여 플라스마를 가두고, 고온의 상태에서 핵융합 반응을 일으킵니다. KSTAR(한국형 초전도 토카막)는 이 방식의 대표적인 예입니다. 스텔라레이터  : 이 시스템은 복잡한 자기장을 이용하여 플라스마를 안정적으로 유지합니다. 스텔라레이터는 토카막보다 더 복잡한 구조를 가지고 있지만, 플라스마의 안정성을 높이는 데 유리합니다. 핵융합 발전의 작동 원리는 다음과 같습니다. 수소 동위원소인 중수소와 삼중수소가 고온에서 결합하여 헬륨과 중성자를 생성하며, 이 과정에서 방출되는 에너지를 전기로 변환하여 사용합니다. 이미지 출처 3. 각 국가별 개발현황 현재 세계 여러 나라에서 핵융합 에너지 개발이 활발히 진행되고 있습니다. 한국  : KSTAR는 2008년에 가동을 시작하였으며, 2020년에는 20초 이상 플라스마를 안정적으로 유지하는 데 성공했습니다. 이는 핵융합 연구의 중요한 이정표로 평가받고 있습니다. 유럽  : ITER(국제열핵융합실험로)는 프랑스에서 건설 중이며, 2025년 첫 플라스마를 목표로 하고 있습니다. ITER는 세계 여러 나라가 협력하여 진행하는 대규모 프로젝트입니다. 미국  : DIII-D와 같은 여...

 # 핵융합 에너지의 미래와 한국의 기술 개발 핵융합 에너지는 현재 전 세계적으로 많은 국가에서 절박하게 투자되고 있는 분야입니다. 특히, 미국과 중국을 포함한 여러 나라들은 이 기술의 상용화를 위해 막대한 자원을 투입하고 있으며, 이는 탄소중립 목표 달성을 위한 필수 요소로 인식되고 있습니다. 만약 핵융합 상용화가 이루어지지 않는다면, 2050년까지의 탄소중립 달성이 매우 어려워질 것으로 예상됩니다. 또한, 인공지능(AI) 운영에 필요한 막대한 전기에너지를 확보하기 위해서도 핵융합 기술의 발전이 필수적입니다. 한국은 이러한 에너지 시장의 패러다임을 변화시키기 위해 핵융합 기술 개발의 속도를 더욱 높여야 할 시점에 있습니다. ## 한국의 핵융합 기술 개발 오영국 한국핵융합에너지연구원 원장은 핵융합 상용화의 필요성을 강조하며, 국내 핵융합 관련 기업 생태계의 유지가 매우 중요하다고 언급하였습니다. 한국은 핵융합 기술을 통해 탄소중립 목표를 달성해야 하며, 이를 위해 민간과의 협력이 필수적입니다. 핵융합 기술 개발은 한국의 에너지 시장에서 중요한 역할을 할 것으로 기대되며, 이를 위한 연구와 투자가 더욱 필요하다는 점이 강조되고 있습니다. ## 핵융합의 원리와 안전성 핵융합은 원자핵이 고온과 고압 환경에서 결합하여 막대한 에너지를 방출하는 반응입니다. 이 과정은 태양이 빛을 내는 원리와 유사하여, 인류가 안전하게 사용할 수 있는 에너지원으로 주목받고 있습니다. 핵융합 에너지는 원자력 에너지에 비해 안전하며, 태양광 에너지에 비해 24시간 에너지 생산이 가능한 장점이 있습니다. 현재까지 핵융합 에너지를 상용화한 국가는 없다는 점이 주목할 만합니다. ## KSTAR와 초고온 플라스마 한국은 2007년 세계 최초로 나이오븀틴 초전도자석으로 만들어진 초전도핵융합연구장치 KSTAR를 독자적으로 구축하였습니다. KSTAR는 2018년에 1억 도의 초고온 플라스마 운전을 세계 최초로 성공적으로 수행하였으며, 2020년에는 1억 도 운전 20초, 2021년에는 1억 도 ...

 제목: 리튬-6 친환경 분리 기술 개발: 핵융합 에너지의 미래를 열다 최근 리튬-6의 친환경 분리 기술이 개발되어 핵융합 에너지의 원료 공급에 큰 변화를 가져올 것으로 기대되고 있습니다. 리튬-6는 핵융합 반응의 핵심 원료로, 미국 텍사스A&M대와 스위스 취리히연방공대의 연구팀이 제타-바나듐 산화물을 사용하여 수은 없이 리튬-6 동위원소를 성공적으로 분리하는 공정을 개발했습니다. 이 기술은 **‘인공태양’**으로 불리는 핵융합 에너지의 원료 공급 판도를 변화시킬 것으로 보입니다. 기존의 리튬-6 분리 공정인 칼럼교환(COLEX) 방식은 액체 수은을 사용하여 환경 오염을 초래하였고, 미국은 1963년 이 방식을 금지했습니다. 이로 인해 리튬-6의 생산이 사실상 중단되었고, 현재 전 세계 연구기관들은 당시 생산된 리튬-6 비축분을 활용하고 있습니다. 이러한 상황에서 새로운 기술 개발이 필수적입니다. 이번 연구에서 사용된 제타-바나듐 산화물(ζ-V₂O₂)은 독성이 없는 화합물로, 리튬 이온을 효과적으로 포획할 수 있는 능력을 가지고 있습니다. 연구팀은 제타-바나듐이 리튬-6를 더 강하게 붙잡고 리튬-7은 쉽게 빠져나가도록 하는 원리를 발견하였으며, 실험 결과 리튬-6과 리튬-7의 분리 과정을 스프링에 비유하여 설명했습니다. 이 공정은 단 한 번의 분리로 자연계 리튬에서 리튬-6의 농도를 5.7%로 증가시킬 수 있으며, 25회 반복하면 30% 이상의 고농도 원료를 얻을 수 있습니다. 한국은 국제핵융합실험로(ITER)에 참여하고 한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 운영하는 등 핵융합 에너지 초기 선도국으로 평가받고 있지만, 리튬-6는 전량 수입에 의존하고 있습니다. 이는 전략물자로 분류되어 엄격한 수출 규제가 따르며, KSTAR에서 핵융합 연료인 삼중수소를 만드는 데 필요한 농도 90% 이상의 리튬-6는 약 1조 원에 달하는 비용이 발생합니다. 국내 전문가들은 핵융합 에너지 상용화 시대에 대비하기 위해 친환경적인 리튬-6 분리 기술을 자체 개발할 필...