'인공태양' 핵융합 발전... "韓-中 각축전 시작됐다"

미래 청정 에너지로 평가받고 있는 핵융합발전 연구개발 분야에서 한국-중국이 각축전을 벌이고 있다.

핵융합 연구는 향후 2040년경이나 본격 상용화될 미래 에너지 기술이지만, 미래 에너지 기술을 먼저 선점하기 위한 대전은 벌써부터 본격화 되고 있다.

한국과 중국은 각각 초전도 핵융합장치를 경쟁적으로 구축하고, 미래 핵융합발전의 핵심 연구과제인 고성능 플라즈마 운전 능력에서 세계 최고 자리를 놓고 치열한 경쟁을 벌이고 있다.

특히 국내 핵융합 연구개발 기관인 국가핵융합연구소가 세계 최초로 72초 동안 고성능 플라즈마 시운전에 성공하면서 지난해 60초대에 성공한 중국을 앞서면서, 한-중 양국간 핵융합 연구개발 경쟁은 더 뜨거워질 전망이다.

■미래 청정에너지 ‘핵융합 발전’

핵융합 발전은 빨라야 2040년경에나 상용화된다는 게 전문가들의 전망이지만, 화석연료가 빠르게 고갈돼 가고 있고, 현재의 원자력 발전에 따른 연료 재처리, 안전문제가 지구적인 과제로 부상하면서, 미래 청정 에너지인 핵융합 발전이 기대주로 부상하고 있다.

핵융합은 태양이 에너지를 내는 원리인 핵융합 반응을 이용한다 해서 ‘인공태양’이라 불리기도 한다.

태양과 같이 스스로 빛을 내는 별들의 중심은 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태인데, 이러한 상태는 수소와 같은 가벼운 원자핵들이 바뀌는 핵융합 반응이 일어난다. 태양과 같은 핵융합 반응이 일어날 수 있는 초고온의 플라즈마를 핵융합로의 진공용기 속에 넣고 장기간 운전하고 안정화 시킬 수 있는 기술이 핵융합 연구의 핵심이다.

과학계는 핵융합 발전의 경제성이 사실상 무한대라고 평가하고 있다. 핵융합 연료 1그램으로 석유 8톤에 해당하는 에너지를 생산하고, 욕조 반분량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리 하나에 들어가는 리튬으로 한 사람이 30년간 사용할 수 있는 전기를 생산할 수 있다.

핵융합 발전기술을 본격 상용화 하기 까지는 아직도 기술적으로, 시간적으로 많은 난관이 있다는게 전문가들의 판단이지만, 무한대의 청정 에너지 기술을 확보하기 위한 주도권 경쟁은 이미 본격화 되고 있다.

■한-중, 핵융합 연구 '라이벌'

핵융합 후발국인 한국은 핵융합 장치 구축을 계기로 선진국과 나란히 핵융합 원천기술을 확보하고 미래 핵융합 발전을 위한 로드맵을 만들어가고 있다.

한국은 초전도핵융합장치인 KSTAR를 2009년부터 가동하기 시작한 이후, 고성능 플라즈마 운전연구를 수행해 2010년 초전도 핵융합 장치에서 H모드를 세계 최초로 달성한 이래 매년 세계 최장 기록을 갱신해 왔다.

특히 올해에는 1분이 넘는 72초 동안 고성능 플라즈마 운전에 성공하면서 세계 최고 기록을 달성했다. 또한 플라즈마 가둠 기술을 획기적으로 높일 수 있는 차세대 핵융합로 운전 모드 기술인 내부수송장벽(ITB) 기술을 구현, 세계적으로 주목받고 있다.

우리나라는 오는 2030년까지 상용화 전 단계에 해당하는 핵융합실증로를 구축한 이후, 2040년까지 상용 핵융합발전소를 건설한다는 계획이다.

한국과 마찬가지로 중국도 미래 에너지인 핵융합 연구개발 분야에서 대규모 투자로 두각을 나타내고 있다.

중국은 지난 2006년 자체 설계, 건설한 고온 초전도 핵융합로인 ‘EAST’를 가동하기 시작한 이후 빠른 속도로 연구개발 능력을 키워가고 있다. 특히 지난해에는 한국보다 먼저 60초대의 고성능 플라즈마 운전에 성공하면서 핵융합 연구분야에서 한국과 경쟁자 역할을 하고 있다.