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202203.28

핵융합에너지 실현 위한 가속 페달 밟는다

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/nuclear-fusion/1369


2022~2026년 실행할 제4차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(안) 확정

핵융합에너지 실현 위한 향후 5년 계획 제시



글로벌 핵심 이슈로 떠오르고 있는 2050 탄소중립을 실현하기 위한 국가적인 노력이 관련 법안 마련과 기본계획 수립을 통해 구체화되고 있는 가운데, 온실가스의 배출이 없는 신에너지의 개발은 무엇보다 중요한 과제로 꼽히고 있습니다. 특히 깨끗하고 안전한 미래 에너지로 기대되고 있는 ‘핵융합에너지’ 연구개발의 가속화 필요성은 갈수록 높아지고 있습니다.


우리나라는 핵융합에너지의 실현을 위해 2007년부터 연구개발 방향과 전략을 담은 ‘핵융합에너지 개발 진흥 기본계획’을 5년마다 수립하여 이행하고 있습니다. 지난해 12월에는 2022~2026년까지 추진할 핵융합 연구개발의 방향을 담은 ‘제4차 핵융합에너지 개발 진흥기본계획’이 제16차 국가핵융합위원회를 통해 심의·확정된 바 있는데요. 올해가 이를 이행하는 첫해가 됩니다. 어느 때보다 핵융합 연구의 가속화가 필요한 지금, 향후 5년 동안 어떠한 전략을 갖고 핵융합 연구가 진행이 될지 한번 살펴보도록 하겠습니다.


 

한국의 인공태양, 초전도핵융합연구장치 KSTAR



인공태양 밝히기까지, 비전과 전략목표 담은 청사진 필요


‘인공태양’으로 불리는 핵융합 기술은 태양이 빛과 열을 발생하는 원리를 이용해 에너지를 생산하는 기술입니다. 바닷물에 풍부하게 함유된 중수소와 리튬을 연료로 사용하여 연료 고갈의 우려가 적고, 대용량의 에너지 발전이 가능합니다. 또한 화석 연료를 태우지 않아 이산화탄소 배출에서도 자유롭고, 고준위방사성폐기물도 발생하지 않아 꿈의 에너지로 불립니다.


우리나라는 1995년 12월 국가 핵융합 연구개발 기본계획을 확정하고, 초전도핵융합연구장치 KSTAR의 개발과 국제핵융합실험로 ITER 참여 등을 골자로 한 핵융합에너지 실현의 길을 이어왔습니다. 한국의 인공태양이라 불리는 ‘KSTAR’는 2008년 첫 플라즈마 발생에 성공한 이래 2021년 1억도 초고온 플라즈마를 30초간 유지하며 세계적 수준의 고성능플라즈마 기술을 확보했습니다. 또한 ITER 프로젝트 참여국으로서 국제핵융합실험로 건설을 위한 고난이도의 핵심품목 제작 조달을 성공적으로 이행하는 성과를 거두었습니다.


이제 그동안의 성과를 바탕으로 실증 핵심기술 개발을 위해 국제핵융합실험로(ITER) 및 핵융합 주요국의 연구개발 일정을 고려한 선제적 준비가 필요할 때인데요. 무엇보다 핵융합 기술 특수성을 반영한 체계적인 추진 체계를 통한 연구역량을 결집해야 하고, 이를 위한 법·특허·규제 등 제도적 기반도 마련되어야 합니다. 바로 4차 기본계획을 통해 해결해야 할 내용입니다.


4차 기본계획은 ‘핵융합에너지 실현으로 지속 가능한 국가 신에너지 확보’를 비전으로 제시하였습니다. 기존 핵융합 R&D 활동의 유기적 추진을 기반으로 2050년 핵융합 전력 생산 실증이라는 목표를 달성하기 위한 8대 핵심기술 확보 등 장기적 관점에서 향후 5년의 정책 추진 방향과 전략을 수립하였습니다.


4차 기본계획의 3대 추진 전략은 ①핵융합 특화 전략·제도 확충 ②핵융합 핵심기술 개발 촉진 및 기반 강화 ③국제협력을 통한 첨단기술 확보 가속화입니다.





전략1. 핵융합 특화 전략·제도 확충


장기적 목표로 추진되는 핵융합 연구개발을 체계적으로 진행하기 위해 전략과 체계, 핵융합 실현에 필요한 제도 등 종합적인 기반을 확충하는 것이 첫 번째 전략입니다. 4차 기본계획에서는 2022년까지 전문가 공감대를 바탕으로 ‘핵융합 전력생산 실증로’ 기본개념을 확립하고, ‘장기 연구개발 로드맵’을 2023년까지 구체화할 방침입니다.


또한 5년 주기의 기본계획 이행 사항을 점검하고, 이를 통해 향후 단계 이행 여부와 방향을 결정할 수 있도록 산학연 전문가로 구성된 이행점검단을 운영합니다.


핵융합 법제 및 전략 지원체계 정비와 확충은 핵융합 개발 진흥과 안전 확보를 위한 중요한 이슈인데요. 핵융합 특수성과 고유의 안전 이슈에 균형 있게 대응하기 위한 ‘핵융합 규제 체계 방향’을 2024년까지 마련하여 관계기관과 소통할 방침입니다. 더불어 증식 블랑켓과 재료 등 핵융합 미래 기술과 시장 선점을 위한 핵심기술 특허 전략도 마련할 예정입니다.


 

전략2. 핵융합 핵심기술 개발 촉진 및 기반 강화


그다음은 KSTAR를 활용한 플라즈마 기술 연구 및 8대 핵심 분야를 중심으로 하는 전력 생산 실증 기술개발 등 핵융합 핵심기술 개발을 촉진하는 전략입니다.


KSTAR는 2021년 1억도 초고온 플라즈마 유지 30초 유지라는 세계적인 성과를 창출했는데요. KSTAR 장치 실험 분야에서도 운전기술을 지속 향상하여 2026년까지 상용화 관문인 1억도 플라즈마 300초 유지에 도전합니다. ​이를 위해 2022년 KSTAR 내벽 소재를 기존 탄소에서 텅스텐으로 교체하는 등 고성능 플라즈마를 지속 확보하기 위한 다양한 노력이 진행됩니다.


더불어 ITER 운전을 대비한 선행 연구는 물론 설계·시험데이터를 활용한 가상핵융합로(Virtual KSTAR) 구현에도 속도를 내고 있습니다. 2022년 KSTR 주장치 및 부대장치 가상화, 2025년 플라즈마, 가열 및 전류구동 시뮬레이션 기능 통합, 2026년에는 통합시뮬레이션 가능한 Virtual-KSTAR 구현이 목표입니다.


핵융합 경쟁력 선도를 위한 핵심기술 개발도 추진됩니다. 전력생산 실증 핵심기술 개발을 위해 8대 핵심기술 분야를 중심으로 연구개발 추진 강화 및 장기연구개발 로드맵에 따라 공백기술 확보를 위한 신규 R&D 사업을 기획합니다. 이밖에도 선도기술센터 지원 확대 및 초전도자석분야 기술개발 착수(2022) 등 도전적 분야의 핵심기술 확보가 추진되며, 핵융합의 다양한 난제 해결을 위해 기계, 재료, IT, 원자력 등 타 분야와의 융합연구도 확대됩니다.


핵융합 전력생산 실증로 예비개념설계도 중요한 목표인데요. 2022년 핵융합연을 중심으로 산학연 전문가가 참여하는 실증로 설계연구 TF를 꾸리고, 2023년부터는 전력생산량, 크기, 경제성 등 핵심 파라미터를 검토하고 필수 요소기술을 통합할 계획입니다.


또한 글로벌 핵융합 연구를 선도할 고급 인재 양성을 위한 지원도 강화됩니다. 대학의 핵융합 교육과정 확충은 물론 ITER 국제기구에서 한국인 박사후연구원 근무를 지원하는 특화프로그램도 2022년부터 추진됩니다. 핵융합 여름·겨울학교, 신진 교수 및 박사후연구원 대상 연구(연수) 프로그램 등 핵융합연과 대학의 협력과 미래세대 교육 프로그램도 확대됩니다. ​핵융합 기술 산업체의 역량 확대와 생태계 활성화 기반 강화도 추진됩니다.

핵융합 전력생산 실증을 위한 8대 핵심기술 범위



전략3. 국제협력을 통한 첨단기술 확보 가속화


핵융합에너지 개발은 모든 국가가 최초로 도전하는 기술인만큼, 주요 기술선도국과 적극적인 협력이 필수적입니다. 그래서 국제 공동으로 진행되는 ITER 사업을 비롯해 주변국과의 전략적 기술협력을 통해 첨단기술을 확보하는 것이 마지막 전략입니다.


4차 기본계획에는 국내 핵융합 역량 강화를 위한 필요기술 분야를 고려하여 ITER 국제기구 업무 분야별 전문가 진출을 확대한다는 내용을 담고 있습니다. 또한 ITER 장치 조달 및 조립 가속화, 건설 계획 갱신 등에 있어 사업의 성공적 추진을 위해 7개국이 공동 노력하고, ITER 국제기구 내 다양한 분야에서 한국인 근무자가 지속 확대되도록 지원할 예정입니다.


특히 ​ITER 건설 일정 및 품질 요건에 따라 한국이 담당하는 장치 개발·제작 및 조달이행 일정 준수 및 리스크 관리를 강화해야 합니다. 코로나19 장기화로 인한 ITER 건설 일정 지연이 예상되는 만큼 회원국들의 공동 노력도 중요합니다.


나아가 미국, EU, 일본, 중국 등 핵융합 기술 선도국들과의 양자협력을 발굴·확대하고 전략적 기술협력을 강화해야 합니다. 특히 한국과 EU는 ITER 테스트블랑켓 모듈 공동개발을 통해 블랑켓 핵심기술을 확보하기 위해 노력하고 있습니다.



국제핵융합실험로(ITER) 건설이 공정률 76.4%('22.2)를 달성하며 완공이 가시권 안에 들어오고 있다.



2050년 핵융합 전력생산 실증을 향한 새로운 이정표 만든다


이상 전략목표를 중심으로 4차 기본계획을 살펴보았습니다. 2022~2026년 5년은 향후 ‘핵융합 전력생산 실증로’를 위한 구체적인 장기 연구개발 로드맵을 도출하고, 핵심기술 확보 및 선제적인 기반 조성 등 핵융합에너지 실현을 향한 의미 있는 시간이 될 것입니다.


특히 최근 세계 핵융합 주요국의 적극적 투자, 핵융합 전문 기업의 출현 등 글로벌 환경이 역동적으로 변화하고 있습니다. 이 같은 대변혁의 시기, 글로벌 경쟁력을 확보하기 위해서는 우리의 역량을 전략적으로 결집하는 것이 매우 중요합니다.


제4차 기본계획은 지금까지의 우리나라 핵융합 연구개발 추진 현황과 ITER 등 글로벌 동향을 종합 고려한 청사진이자, 앞으로 5년간 우리나라 핵융합 연구의 나침반이 되어 줄 마스터 플랜입니다. 핵융합연은 우리나라가 진정한 에너지 독립을 이루고 에너지 강국으로 거듭날 수 있도록 핵융합 연구의 역사에 새로운 이정표를 세우는 5년을 만들기 위해 최선을 다하겠습니다.


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