美 '꿈의 에너지' 핵융합 재연 성공…상용화 초석 다져

[이데일리 김상윤 기자] 미국이 ‘꿈의 에너지’라고 불리는 핵융합 발전을 통해 에너지를 생산하는 데 처음으로 성공했다. 핵폐기물이나 탄소 배출이 없으면서도 효율이 높은 진정한 친환경 에너지 발전에 대한 초석을 놓았다.

제니퍼 그랜홈 미 에너지부 장관은 13일(현지시간) 워싱턴 에너지부에서 기자회견을 갖고 캘리포니아에 있는 로런스 리버모어(LLNL) 국립연구소 과학자들이 지난 5일 핵융합 기술을 이용해 투입된 에너지보다 생산된 에너지가 더 많다는 뜻의 ‘순 에너지(net energy gain)’를 잠시 얻는 데 성공했다고 밝혔다.

제니퍼 그랜홈 미 에너지부 장관이 13일(현지시간) 워싱턴 D.C 에너지부에서 미국 과학자들이 핵융합 기술을 이용해 ‘순에너지’를 얻는 데 성공했다고 발표하고 있다. (사진=AFP)

그랜홈 장관은 “미국 과학자들이 별과 태양에서만 발견되는 것과 같은 핵융합 재연에 성공했다”며 “탄소 배출 없이 풍부한 전력을 공급할 수 있는 핵융합 발전 가능성에 한발 더 가까이 가게 됐다”고 말했다.

아라티 프라바카 백악관 과학기술정책실장도 “태양과 별에서 진행되고 있는 에너지 반응이 핵융합이라는 사실을 알게 된 지 1세기 만에 이를 재연하는 순간에 이르렀다”면서 “인내가 무엇을 성취할 수 있는지를 보여준 엄청난 사례”라고 추켜 세웠다.

핵융합을 통해 순 에너지를 생산한 건 이번이 처음이다. 과학자들은 1950년대 이후 핵융합 개발을 추진해 왔다. 한국을 비롯해 미국 일본 중국 유럽연합(EU) 등 35개국이 참여하고 있는 세계 최대 규모 핵융합 연구 개발 프로젝트인 프랑스 국제핵융합실험로(ITER)와 한국형 핵융합 연구시설인 한국형초전도핵융합장치(KSTAR) 등도 핵융합을 시도했지만, 아직 순 에너지를 얻지 못했다. 핵융합이 이뤄지려면 1억℃ 이상의 고온 상태를 오랫동안 유지해야 하는데, 이를 위해 투입된 에너지양이 생산된 에너지양보다 많았기 때문이다.

LLNL과학자들은 192개의 강력한 자외선 레이저빔을 작은 연료 캡슐에 집중시키는 방식으로 한계를 극복했다. 중수소와 삼중수소가 들어 있는 연필 지우개 크기의 작은 금속 캡슐에 강력한 레이저를 발사해 수소의 원자핵과 전자가 분리된 고온의 기체 상태(플라즈마)를 만들어냈다. 아주 짧은 파장의 엑스선이 생성됐고, 이를 통해 캡슐 내부가 뜨겁게 가열되면서 핵융합이 가능한 조건이 이뤄졌다. 연구팀은 지난 5일 실험에서 2.05메가줄(MJ)의 에너지를 투입해 3.15MJ의 핵융합 에너지를 얻어냈다.

태양이 에너지를 만드는 원리인 핵융합을 구현하는 이 기술은 핵분열 반응을 이용하는 기존 원자력발전기술과 비교해 핵폐기물이나 탄소배출, 방사능 유출 없이 더 많은 양의 에너지를 생산할 수 있다. 차세대 친환경 에너지원으로 각광받는 이유다. 이론적으로만 가능할 것이라는 기술이 현실화된 셈이다. 킴벌리 부딜 로런스 리버모어 소장은 “기초 기술에 대한 공동 노력과 꾸준한 투자가 이뤄진다면 핵융합 발전소도 건설할 수 있을 것”이라고 말했다.

다만 상용화까지는 갈 길이 멀다. 순에너지를 얻은 건 잠시 순간에 불과했고, 이번 실험에 사용한 레이저 장비는 상업용 발전소에서 이용하기에는 너무 크고 비싸고 비효율적이다.

킴 부딜 LLNL 소장은 “핵융합 기술이 상업화되려면 공동노력과 많은 투자가 이뤄져야 한다”며 “장애물이 사라진다면 50~60년이 아니라 더 빨리 상업화가 될 수 있을 것”이라고 말했다.