[굿모닝충청 김갑수 기자] 기후 위기는 인류가 봉착한 최대의 난제 중 하나다. 지구의 온도가 2도 이상 상승할 경우 인간은 물론 기존 생태계 존재 자체에 위협을 받을 수밖에 없다는 것이 전문가들의 관측이다. 이와 맞물려 탄소 중립을 위한 노력들도 세계 각국에서 본격화되고 있다.

그러나 과연 기존의 에너지를 무엇으로 대체할 것이냐에 대해서는 여전히 해답을 찾지 못하고 있는 실정이다. 쉽게 말해 태양열이나 풍력 등 친환경·재생에너지만으로는 한계가 있다는 얘기다.

윤시우 한국핵융합에너지연구원 KSTAR 연구본부장은 핵융합에너지 개발을 통해 이 문제를 해결할 수 있다고 말했다. 물론 쉬운 과제는 아니지만 반드시 가야 할 길이라는 것이다.

윤 본부장은 3일 오후 충남연구원(원장 윤황) 대회의실에서 진행된 ‘펜데믹시대 희망을 말한다’ 포럼에서 핵융합에너지에 대한 기초 개념과 현 상황, 앞으로의 과제 등을 설명하며 기술 개발에 대한 의지를 드러냈다.

윤 본부장은 18~19세기 태양을 만드는 그림을 제시한 뒤 “2050년까지 탄소 제로를 실현하겠다고 하는데 쉽지 않다. 그(에너지) 갭을 무엇으로 채울 것이냐가 문제”라며 “1990년대 초 유명한 교수께서 ‘30년이면 핵융합에너지 개발이 가능할 것’이라고 했지만 아직도 30년은 더 걸릴 것 같다”고 말했다.

윤시우 KSTAR 연구본부장 “핵융합에너지 개발 30년 더 걸릴 것”

윤 본부장에 따르면 인류는 핵분열을 이용한 원자력 에너지는 일찌감치 발견했고, 이미 상용화 된 지 오래다. 원자력 에너지의 경우 애초 에너지가 아닌 무기로 만들기 위해 개발된 만큼 제어의 필요성이 없지만 이를 안 터지게 하고 유지하는 것은 굉장히 어렵다는 것이다.

윤 본부장은 “전력의 문제는 너무 많이 남아도, 적어도 안 된다는 것이다. 항상 적정한 양이어야 한다”고 전제한 뒤 “(예를 들어) 100% 전기를 써야 한다면 50%는 일정하게 생산하는 것이 중요하다. 그것을 ‘기저(Back Bone)’라 한다”고 말했다.

핵융합에너지의 핵심 개념인 ‘플라즈마’는 전하를 띤 입자들, 즉 전자와 핵이 분리돼 자유롭게 움직이는 기체를 말하는 것으로, 우주 전체의 98%가 플라즈마로 이뤄져 있다고 한다.

태양의 경우 엄청난 에너지가 빛으로 나오는데, 압력이 집중된 지구 내부 온도는 1500만 도에 달할 정도로 굉장히 뜨겁다. 때문에 가만히 놔둬도 핵융합 반응이 아주 잘 일어나지만 지구에서는 전혀 다른 문제라는 게 윤 본부장의 설명이다.

윤 본부장은 “어떻게 태양과 비슷하게 만들 수 있느냐에 대해 과학자들이 고민하고 있는 것”이라고 했다.

윤 본부장은 “핵융합과 핵분열 이렇게 두 가지가 있는데, 현재 (원자력)발전소에서 사용하는 게 핵분열에너지”라며 “우라늄은 양성자와 중성자가 섞여 있는데, 중성자 하나를 톡 치면 두 개로 나눠지게 된다. 이것을 분열 반응이라고 한다”고 설명했다.

그 과정에서 열이 발생하고, 물을 데워 이를 통해 터빈을 돌려 전기를 만드는 원리라는 것이다.

핵융합은 정 반대의 개념이다. 윤 본부장은 “깨는 것은 쉬운데 합치는 것은 어렵다”고 비유했다.

핵융합은 핵분열과 정 반대 개념…“1.5억도 정도가 최적화된 온도”

윤 본부장은 “온도의 절대적인 의미는 운동에너지다. 온도를 올려주면 이 반응이 많이 일어난다. (적절한) 온도가 1억도 정도 된다”며 “온도 자체가 위험하다는 것은 틀린 말이다. 온도가 높은 것들이 얼마나 많으냐가 위험한 것”이라고 말했다.

“핵융합의 경우 굉장히 높은 온도에서 반응하기 때문에 어렵지만, 핵분열은 이미 수십 년 전부터 전기로 사용하고 있다”는 것이다.

윤 본부장은 “플라즈마의 경우 자기력을 이용해 오랫동안 가둘 수 있다. 여기에 온도만 올려준다면 반응이 일어날 것”이라며 “실험을 해봤는데 1.5억도 정도가 최적화된 온도”라고 말했다.

윤 본부장은 또 핵융합발전소와 관련 “중수소는 바닷물에 많이 있어 뽑아내면 되지만 삼중수소는 자연계에 없다. 만들어야 한다”며 “핵융합의 장점은 아주 적은 재료(원료)로도 매우 높은 효율을 나타낼 수 있다는 것”이라고 강조했다.

윤 본부장은 “핵융합에 대해 예전부터 ‘안 된다’고 주장하는 사람이 많았지만 지금은 상황이 바뀌고 있다”며 “우리나라는 2008년부터 처음 시작했다고 보면 된다. 아무 것도 없는 데서 중간 정도 수준으로 들어갔다고 보면 된다”고 말했다.

2005년에는 ITER에도 가입했는데, 이것은 핵융합에너지 대량 생산 가능성을 실증하기 위해 EU와 중국, 일본, 일본, 러시아, 미국 등 7개국이 공동으로 개발‧건설‧운영하는 프로젝트를 말한다. 약 20조 원이라는 막대한 재원이 투입됐다고 한다.

윤 본부장은 핵융합에너지 구현에 필요한 주요 기술과 관련 “물을 뜨겁게 데우기 위한 에너지 변환용 솥 기술이 아주 중요하다”며 “전 세계적으로도 아직 이런 기술이 없다”고 말했다.

“핵융합에너지 개발 늘 고민…2050년 정도면 충분히 가능할 것”

윤 본부장은 핵융합에너지 개발 전망과 관련 “사실 늘 고민하고 있다. 예산이 적게 드는 것도 아니고 KSTAR 연구원도 120명 정도나 된다”며 “핵융합진흥법이라는 것이 있는데 이 법에 근거해 우리가 연구를 진행하고 있다. 사실 이것이 안 되면 집에 가야 한다. 그럼에도 불구하고 저는 될 가능성이 굉장히 높다고 본다. 2050년 정도면 충분히 가능할 것”이라고 전망했다.

윤 본부장은 “문제는 중국이나 유럽, 일본 등이 우리보다 더 많은 예산을 투입하고 있다는 것이다. 특히 중국이 굉장히 빠르게 진행하고 있다”며 “4차 산업혁명의 핵심은 여러 가지 다양한 것을 아우르는 것으로, 핵융합에너지 개발에 성공할 경우 높은 열과 전기는 물론 수소생산에도 굉장히 중요한 역할을 할 수 있다”고 말했다.

“핵융합에너지는 장기적으로 기후위기 대응에 가장 적절한 대안”이라고도 했다.

윤 본부장은 “전체 예산 20조 원이 투입된 ITER가 현재 70%까지 왔다. ‘도대체 언제 되느냐?’는 말도 많지만 상황이 바뀌고 있다”며 “예산과 인력이 투입되고 물리적인 문제들이 해결된다면 구현 가능할 것이다. 많은 연구진들이 이 문제를 해결하기 위해 열심히 노력하고 있다”고 강조했다.

윤 본부장은 방청객들과의 일문일답에서 “한국은 거의 불모지였다. KSTAR(한국형 핵융합 연구로)를 시작하면서 전 세계 장치들이 도달하지 못했던 플라즈마 운전 영역을 찾아나가고 있다. 굉장히 선도적이라 말씀 드릴 수 있다”며 “원천 기술까지는 어렵지만 굉장히 빠르게 따라잡고 있다”고 설명했다.

끝으로 윤 본부장은 핵융합에너지 개발에 대한 비판적인 시선, 즉 “차라리 다른 에너지를 개발하는 것이 효율적이지 않느냐?”는 지적에 대해서는 “70년 넘게 그런 비판이 이어져 왔다. (따지고 보면) 판단을 잘못한 측면도 있다. 이정도면 될 줄 알았다”며 “(그러나) 이렇게 대용량으로 자원에 대한 구속력이 아주 낮은 에너지원은 없기 때문에 많은 예산을 투입하고 있는 것이다. 한계가 있지만 핵융합은 굉장히 큰 장점을 가지고 있다”고 말했다. 

이밖에 윤 본부장은 대학생 방청객들을 겨냥 “어떤 일을 하든, 뭔가 새로운 것을 찾다보면 또 다른 기회가 생길 수 있다. 남들이 다 가는 길을 갈 경우 거기서 정말 잘하지 않는다면 톱이 되긴 어렵다”며 새로운 분야에 대한 과감한 도전을 당부하기도 했다.

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