인간의 힘으로 지상에 만든 태양
무한 청정 에너지원 핵융합 발전
국가핵융합연구소(NFRI)

인간의 힘으로 지구상에 또 하나의 태양을 만든다?
누가 봐도 터무니없고 실현 불가능한 말이다. 하지만 이를 가능케 하기 위해 애쓰는 이들이 있다. 바로‘국가핵융합연구소(NFRI)’다. 국가핵융합연구소는 인류의 생존권인 에너지를 둘러싸고 전 세계가 벌이고 있는 에너지 전쟁을 종식시키는 청정 에너지원 개발을 위해 인공태양을 만들어 이를 에너지원으로 상용화하도록 연구 개발하고 있다.
이번 호에서는 원자력발전과 함께 핵을 이용한 또 다른 에너지 발전 방식인‘핵융합반응’을 통해, 미래 에너지원으로 거듭날‘핵융합발전’을 조명하면서 동시에 국내 유일의 핵융합 연구소인‘국가핵융합연구소’를 소개한다.

21세기 무한 청정 에너지원
- 핵융합발전

태양은 인류에게 최고의 자연 청정에너지원이다. 태양이라는 무한 자원이 있기에 인류는 열과 에너지를 얻고, 이를 토대로 지금껏 발전해 올 수 있었다. 그 자체가 순수한 에너지원인 태양처럼 스스로 빛을 내는 별들은‘핵융합’이라는 반응을 통해 에너지를 발생한다.
지구상에서 화석연료를 사용하든 천연가스를 사용하든 환경오염은 당연한 결과다. 하지만 그것마저도 유한하다는 한계성으로 인해 인류는 어떻게든 더 나은 에너지원을 찾을 수밖에 없는 실정이다. 그렇다면 인류가 역사 이래 풍요롭게 향유해 왔던 태양에너지를 지구로 끌어내려 에너지원으로 활용하면 어떨까. 무한한 데다 환경오염을 유발하지 않는 청정 에너지원이니 얼마나 풍족하고 깨끗하게 사용할 수 있겠는가.
‘국가핵융합연구소(NFRI)’는 이를 위한 방법으로‘핵융합에너지’개발에 목표를 두고, 그것을 실현함으로써 지구상에 또 다른 태양을 만들어 인류가 무한한 청정 에너지를 자유롭게 쓰도록 연구하는 국내 유일한 핵융합 연구소다. 이 곳에서 연구 개발 중인‘핵융합발전’은‘지구상에 태양을 만든다’는 표현을 쓸 정도로 대단한 에너지원으로 기대된다. 왜냐하면 이는 태양과 같이 초고온의 플라즈마 상태에서 가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운 원자핵으로 바뀔 때 감소되는 질량이 막대한 양의 에너지원으로 방출되는‘핵융합반응’을 이용하기 때문이며, 또 이 핵융합반응은 태양처럼 무한하고 청정한 에너지원을 인류에게 제공할 수 있기 때문이다.
핵융합발전은 이산화탄소를 발생시키지 않아 지구온난화를 야기하는 온실가스를 배출하지 않으며 원자력발전의 0.04%에 불과한 소량의 방사능에 의한 중·저준위 폐기물이 일부 발생해도 10년에서 길어도 100년 이내에는 재활용이 가능해질 것으로 전망돼 안정적 이다. 따라서 원자력발전처럼 장기적 폐기물 처리 시설이 필요치 않으며, 연료 공급이 중단되면 1~2초 내에 운전도 자동 정지되어 발전소 폭발, 방사능 누출과 같은 위험 상황이 발생하지 않는다. 또한 바닷물에 풍부한 중수소와 지표면에서 쉽게 추출 가능한 리튬(삼중수소)을 원료로 하기 때문에 삼면이 바다인 우리나라에 더욱 유리한 에너지원이라 할 수 있다. 단지 1g의 중수소와 삼중수소의 혼합 연료만으로도 시간당 10만㎾ 전기를 생산할 수 있고, 200g 중수소와 300g 삼중수소일 때 100만㎾급 발전소 2기를 하루 종일 가동할 정도로 고효율이니, 일단 개발 완료하여 상용화한다면 인류는 그야말로 캐내도 줄어들지 않는‘검은 돌밭’을 갖게 되는 셈이다.

초고온의 플라즈마 상태에서 가벼운 원자핵들이 융합하여 무거운 원자핵으로 바뀌는 것을‘ 핵융합반응’이라고 하며, 이 과정에서 감소된 질량이 막대한 에너지 로 변환되는데 이를‘ 핵융합에너지’라고 한다. 태양을 비롯해 스스로 빛을 내는 별들은 모두 이러한 핵융합반응으로 에너지를 발생한다.

설계, 개발, 제작까지 전 과정이 순수 국내 자체 기술로 개발된 토카막형 핵융합 연구 장치‘ KSTAR’

우리나라를 대표하는 국가 핵융합에너지 개발 사업의 중심 기관인 국가핵융합연구소와 이경수 소장