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202206.08

세계는 지금, 핵융합 실험에서 실증으로

KFE   
https://fusionnow.kfe.re.kr/post/nuclear-fusion/1382

핵융합 시대는 에너지 기술 자립국이 자원 부국

한국형 실증로 시대 준비하는 ‘핵심기술’ 도장깨기 1편



온실가스 배출 없는 신에너지 개발은 ‘2050년 탄소중립’ 목표와 에너지 문제의 궁극적 해결을 위한 지구촌 모두의 숙제입니다. 깨끗하고 안전한 미래 에너지의 대표주자 ‘핵융합에너지’도 2050년대 실현을 목표로 가속 페달을 밝고 있는데요.


세계적 과학학술지 네이처(Nature)는 지난해 11월 핵융합 특집 기사를 통해 “항상 30년 후의 미래라고 조롱받던 핵융합이 마침내 상업적 실행 가능성에 접근하고 있다”라고 진단했습니다. 이 전망의 가장 큰 근거는 민간 기업이 핵융합에너지 개발에 본격적으로 합류하고 있다는 점인데요. 아마존의 제프 베이조스를 비롯해 마이크로 소프트의 빌 게이츠, 구글의 래리 페이지 등 세계 굴지의 기업가들도 핵융합 발전에 투자하고 있습니다.


☞네이처가 본 핵융합의 현재와 미래

https://blog.naver.com/nfripr/222642077493


핵융합 선진국들의 시선도 이제는 핵융합 실험에서 실증을 향하고 있는데요. 핵융합에너지 가능성을 과학기술적으로 검증하기 위해 한국, 미국, EU 등 7개 핵융합 선진국이 공동 개발하는 국제핵융합실험로(ITER) 완공이 가시권으로 다가오며 실증을 향한 발걸음은 더욱 분주해졌습니다. 특히 ITER가 핵융합의 연료인 중소수(D)와 삼중수소(T)를 활용하여 본격적인 실험에 돌입하는 2035년은 핵융합에너지 상용화의 변곡점이 될 것으로 예상되는데요. 대부분의 핵융합 선진국들은 이 시기를 기준으로 실증로(DEMO) 개발을 위한 주요 일정과 로드맵을 작성하며 핵융합에너지 시장을 선점하기 위한 기술 경쟁을 강화하고 있습니다.


국제핵융합실험로(ITER) 장치의 완공 예상도



핵융합에너지, 자원이 아닌 기술로 만드는 에너지


핵융합 기술의 확보가 특히 중요한 이유는 핵융합에너지는 자원이 아닌 기술 기반의 에너지이기 때문입니다. 바닷물이라는 무한한 자원을 에너지로 전환하는 고난도의 기술이 바로 핵심이지요. 따라서 핵융합에너지 시대에는 ‘자원’을 가진 나라가 아니라 ‘기술’을 가진 나라가 에너지 강국이 될 수 있는데요. 우리나라가 핵융합 기술 자립을 이루고, 핵융합 비전 실현을 위하여 미리 준비해야 하는 이유이기도 합니다.


핵융합에너지 실현을 위한 변곡점이 될 2035년까지 시간이 얼마 남지 않았습니다. ITER까지는 전 세계가 협력을 기반으로 핵융합에너지 실현을 위해 노력했다면 2035년 이후부터 각국은 본격적인 경쟁 체제에 돌입하게 될 텐데요. 그때까지 실증로 건설을 위해 체계적으로 준비한 국가만이 그 경쟁에 참여할 수 있습니다. 이를 위하여 핵융합에너지 실현을 위해 필요한 핵심기술 과제들이 무엇인지 파악하고, 이 기술들을 확보하기 위한 체계적인 전략을 세우는 것은 무엇보다 중요합니다.


우리나라는 체계적인 핵융합 기술 확보를 위해 5년마다 ‘핵융합에너지 개발 진흥기본계획’을 수립하고 이를 바탕으로 연구를 수행하고 있습니다. 지난 12월에 확정된 ‘제4차 핵융합에너지 개발 진흥기본계획’에는 2022~2026년까지 핵융합 연구개발의 방향을 담고 있는데요. 여기에는 2050년대 핵융합 전력생산 실증에 필수적인 기술로 8대 핵심기술을 선정하고 해당 분야 R&D를 강화해 핵융합 경쟁력 선도를 위한 핵심기술 개발을 추진한다는 전략이 포함되어 있습니다.


한국형 실증로 구현에 필요한 핵심기술, 그리고 우리의 숙제


핵융합 실증로는 핵융합발전소 건설의 바로 직전 단계인 만큼 실제 발전소 건설과 운영에 준하는 기술이 요구됩니다. 핵심기술의 확보가 실증로 개발의 전제가 되는 만큼 국내 핵융합 전문가들은 다각적 검토를 통해 핵심기술의 범위를 결정하였는데요. 현재의 기술 수준과 향후 기술 확보를 위한 과정, 결과 등에 대한 평가를 통해 핵융합 실증로 건설에 필요한 8대 핵심기술을 도출하였습니다.


핵융합 실증로는 크게 초고온 플라즈마를 가두는 도넛 모양의 핵융합 장치인 토카막 ▲주장치초고온 플라즈마를 제어하는 가열, 전류구동장치, 진단장치 등을 포함하는 ▲부대장치, 그리고 핵융합로 연료를 제어하는 연료주기 플랜트, 초전도 자석에 액체 헬륨을 공급하는 액화 냉동기 플랜트 등의 ▲부대시설, 핵융합 반응을 통해 생성된 에너지를 전달받는 증식 블랑켓과 플라즈마 분순물 등을 배출하는 디버터를 포함하는 ▲내벽부품, 마지막으로 그 외 핵융합 반응으로 전달된 열에너지를 전기로 변환시키는 동력변환장치, 냉각수 플랜트 등을 포함하는 ▲BoP(Balance of Plant) 시설로 구분될 수 있습니다.


이러한 핵융합 전력 생산 실증로 장치 제작을 위해 우리나라가 현재 확보하고 있는 기술의 정도와 수준을 검토하여 KSTAR와 ITER를 통해 확보할 수 있는 기술과 확보할 수 없는 기술을 구분하여 추가 R&D가 필요한 분야를 식별하였는데요. 그다음 해당 분야에서 우리에게 꼭 필요한 기술이 무엇인지, 해결하기 어려운 기술적 난제는 어떤 것이 있는지 검토하여 핵융합 실증로 건설을 위한 핵심기술을 도출할 수 있었습니다.


8대 핵심기술의 범위


8대 핵심기술은 현재 진행 중인 연구개발 활동의 심화나 추가적 연구 수행을 통해 과학기술적·공학적 난제를 극복하고 확보해야 할 필요성이 있는 기술들입니다. 크게 3개 분야의 기술로 나눌 수 있는데요. 먼저 플라즈마를 가두고 제어하여 핵융합 반응을 발생하는 ▲토카막 시스템 분야에는 노심 플라즈마 기술, 플라즈마 가열 및 전류구동 장치 기술, 그리고 초전도 자석 기술이 포함되어 있습니다. 또한 핵융합 연료 증식과 처리, 회수, 공급 및 전력 생산을 위한 열을 회수하는 ▲핵융합로공학 시스템을 위해서는 증식블랑켓 기술, 핵융합 소재 기술, 연료주기 기술, 디버터 기술이 필요합니다. 마지막으로 ‘핵융합 전력생산 실증로’ 등 미래 핵융합 장치에 적용할 ▲안전·인허가 기술이 포함되었습니다.


하지만 핵융합 실증로 8대 핵심기술만 정복한다고 실증로가 완성되는 것은 아닙니다. 8대 핵심기술에 포함되지는 않았지만, 실증로 구현을 위해서는 토카막 내벽 부품의 원격유지보수가 가능하도록 하는 ▲원격조작기술을 비롯해 열에너지를 변환하여 전기를 생산할 수 있는 ▲동력변환 기술, 그리고 핵융합 실증로 플랜트의 시뮬레이션 및 설계 통합을 위한 ▲가상핵융합로 기술 등이 함께 준비되어야 합니다. 국내 전문가들은 이러한 분야를 포함하여 핵융합 전력생산 실증 기술 확보를 위한 R&D 방향을 지속적으로 구체화하고 있습니다.


핵융합에너지의 실현, 그 꿈을 이룰 핵융합 실증로 개발에 필요한 각각의 핵심 기술들. 8대 기술을 포함한 실증로 구현에 꼭 필요한 기술 확보를 위해 우리는 이제 어떤 난제들을 풀어가야 할까요? 지난 20년간 유에서 무를 창조해 온 한국 핵융합의 역량을 바탕으로 보다 도전적이고 혁신적인 과제를 풀어야 할 때입니다.


앞으로 8대 기술을 포함해 핵융합 실증로 개발에 필요한 핵심기술들을 여러분께 소개하며 핵융합에너지 시대를 맞이하기 위해 우리가 꼭 풀어야 하는 숙제들에 대하여 이야기하고자 합니다. 다음 편은 바닷물이 에너지가 되기 위한 가장 첫 번째 관문이자, 핵융합로의 핵심 중의 핵심, 초전도 자석 기술에 대한 이야기를 풀어볼 예정인데요. 어떤 기술적 난제들이 우리 앞을 기다리고 있고, 어떻게 풀어갈 계획인지 자세하게 소개하도록 하겠습니다. 2편을 기대해주세요!


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