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한국의 수소개발
- 캐나다 한국일보 편집팀 (public@koreatimes.net)
- Aug 16 2020 11:26 PM
수소융합으로 1억도를 10초간 유지에 성공 세계의 선두 주자로 수소잠수함 건조 중 방사능 문제 없이 원자발전기 20개 분량의 청정에너지 생산
▲ 대덕단지 핵융합 발전소.
많은 사람들은 빅뱅과 함께 빛이 탄생한 것으로 인식하는데 이는 오산이다. 왜냐하면 빛은 수소가 만들지만 수소는 빅뱅과 함께 태어나지 않았기 때문이다. 수소가 형성되기까지는 장구한 시간이 걸렸다.
빅뱅과 함께 태어난 물질은 양자, 전자, 중성자 같은 소립자로 이를 플라스마 우주(Plasma Universe)라 하며 약 30만 년 지속됐다. 그러므로 이때까지는 빛이 없었다. 그 후 플라스마 우주를 구성하던 소립자가 뭉쳐 수소 원자가 만들어지기 시작했고, 이것이 태양처럼 합쳐져서 빛을 내기 시작하고 지금까지 에너지를 산출하고 있다. 우주의 원동력은 바로 이것이다.
우주가 탄생 138억 년이 지난 지금 이 순간에도 수소는 엄청난 에너지를 산출한다. 우리의 별 태양의 수소가 에너지를 만들어 지구에 보내는 총량은 17만 3천 조 와트(Watt)로 인간이 만드는 세계 총 에너지의 1만 배가 넘는다.
수소는 우주의 기본 에너지이며 지구에는 지천으로 있다. 수소는 가벼워 대부분 대기권 상층에 있고 지표면에는 산소와 분자로 이루어져 물이 되어 어디에나 존재한다. 그러면 수소를 태양처럼 연료로 환원시키지 못하는 이유는?
태양의 내부 온도는 1천5백만 도라는 높은 온도로 수소를 핵융합해서 에너지를 산출하고 있기 때문이다. 인류도 수소 핵융합을 이용한 수소폭탄을 만들어 보았으나 너무 에너지가 커서 실용성이 없었다. 그래도 수소는 무진장으로 많고 공해가 없다는 이점 때문에 인간은 21세기 들어와 수소에너지화 연구에 본격적으로 덤벼들었다.
그러나 결코 쉬운 문제가 아니었다. 우선 가장 큰 문제는 어떻게 하면 수소와 산소로 결합된 물(H2O)을 분리시키느냐였다. 예를 들면 수소전기차는 물에서 수소만 분리해 내고 이를 태워서 에너지를 만드는 것이 아니다.
그것은 수소와 산소의 전기 화학반응을 일으켜 여기서 나오는 전기로 모터를 돌려 동력을 얻는 방식인데 공해물질은 안 나오지만 비용이 높아서 실용성이 없다. 수소와 산소를 분리하여 수소만 저장하는 방법은 없을까?
있다. 백금을 촉매제로 하여 물을 전기분해하면 수소를 쉽게 얻는다. 그러나 백금은 귀금속이어서 무척 비싸다. 이를 이용하면 생산 비용이 높아 이 역시 경제성이 없다.
이 문제에 대해 지난 6월 한국재료연구소 최승목 박사팀은 세계가 놀랄만한 발명에 성공했다. 이들은 백금 대신 구리와 코발트를 나노(nano) 가루로 만들어 이를 촉매제로 사용, 수소 분리에 성공했다. 비용은 백금의 1천 분의 1에 불과했다. 그들은 수소시대 개막에 큰 공헌을 한 것이다.
세계 각국은 현재 수소 생산에 열을 올리고 있다. 결국 무공해 청정에너지는 수소에너지이며 동시에 원전 같은 방사능 위험이 없기 때문이다. 이에 따라 수소차의 등장은 당연한 수순이며 한국은 이제 수소 연료를 쓰는 3천 톤 급 잠수함 개발에 나섰다.
잠수함에서 탄도미사일(SLBM)을 발사하려면 최소한 3천 톤 급은 되어야 한다. 이렇게 큰 잠수함이 디젤엔진을 사용하면 소음이 많고 내부 공기 정화를 위해 2 ~3일에 한 번씩 물 위로 부상해야 하는 번거로움과 위치 노출이라는 위험이 있다. 수소 연료를 사용하면 소음이 거의 없어 은밀한 작전이 가능하며 3주에 한 번 만 떠올라서 공기를 갈아도 그것으로 충분하다.
인류는 언젠가는 지상에서 소형 태양을 만들어 에너지로 사용할 것이다. 이를 위해 이미 미국, 유럽연합, 일본, 러시아, 중국이 21세기에 접어들며 치열하게 연구 중이다. 그러나 이 방면에서 가장 앞선 나라가 작은 한국이다.
바로 대덕 단지에 있는 핵융합 발전소(KSTAR)로 높이 11.3미터, 지름이 19.4미터에 불과하다. 이 안에서 태양보다 더 뜨거운 1억 도의 열을 만든다. 이를 위해서는 플라스마 우주 상태를 만들어 핵을 융합시킨다.
이것은 아주 고도의 기술을 요하며 마치 수소폭탄을 작은 용기 속에서 터트리고 그 열이 밖으로 유출되지 않게 하는 것과 같은 어려움이다. 이것 또한 높은 기술을 요구한다. 왜냐하면 지상에서 1억 도의 열을 가둘 수 있는 물질은 없기 때문이다. 아직 어느 나라도 성공하지 못한 이유다.
그러나 작년에 한국은 세계 최초로 핵융합에 성공, 1억도 온도를 1.5초 유지해서 세계를 놀라게 했다. 올해는 이를 10초까지 늘리는 데 성공했다. 앞으로 300초, 즉 5분간만 유지할 수 있으면 에너지 전환이 가능하다. 대덕 단지 정도의 핵융합 발전 규모면 원자력 발전소 20기가 생산하는 에너지를 얻는다. 또 어떤 사고가 나도 일본 후쿠시마 같은 방사능 유출은 없다.
문종명(토론토)
과학수필가
www.koreatimes.net/주간한국
캐나다 한국일보 편집팀 (public@koreatimes.net)
전체 댓글
JohnKwon ( john.kwon2**@gmail.com )
Aug, 18, 06:39 AM핵분열은 원자탄 핵융합은 수소탄 항공모함 로널드 레이간호는 핵분열을 일으키는 원자로를 가동하여 움직이는대 반해 플라즈마 우주 공간 태양으로 부터 연료를 보급받아 자유자재로 태양계를 넘나드는 U.F.O 어마무시하게 그크기가 모함은 크다는대 높이 11.3m 지름이 19.4m 핵융합 발전소 오대양 육대주를 싣고다니면서 적기지를 향하여 수소폭탄을 날린다 그런대 가끔 외신보도를 보면 잠수함이 바닷속에서 옴짝달싹 못하고 수장되는것을 보고 지상도 아니고 지하 사일로 격납고에 보관된 핵미사일 만에하나 대형사고시 피폭위험이 도사리고 리스크가 제로 수백미터 바닷속에 수소폭탄 싣고 바닷물서 수소를 축출 오로지1억도를 유지하며 뽕뽕 쏘아댄다 내상상력을 몽땅 동원해도 안정성을 담보하지않는 그런 잠행은 불가능하다 보여지죠
JohnKwon ( john.kwon2**@gmail.com )
Aug, 21, 07:26 AM날레 날레 숫소개발 멈추시라여