본문 바로가기 주메뉴 바로가기

핵융합

  • Fusion Story
  • 핵융합
핵융합의 다른 글

201511.16

[Science Magazine] 핵융합의 연료, 중수소와 삼중수소

시스템 관리자   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/434

 

 

지구상에서 사용하는 대부분의 에너지원의 근원은 사실 ‘태양’이라는 것, 알고 계셨나요? 흔히 사용하는 석탄과 석유 등의 에너지도 아주 오래전 태양의 빛을 통해 광합성을 하며 자라던 식물 등이 땅 속 깊은 곳에 퇴적되어 형성 된 것이죠. 이처럼 그 동안 인류가 사용해온 에너지원들이 태양의 간접적인 영향을 통해 생성된 에너지였다면, 핵융합에너지는 태양의 내부에서 일어나고 있는 에너지 생성과정을 직접 이용한다는 점에서 다른 에너지원과 근본적인 차이가 있습니다. 또한, 기존에 사용하던 화석에너지원들이 지구온난화의 원인이 되거나, 자원의 한정성 등 에너지 문제를 야기했다면 태양의 근본적인 에너지 생성방식인 ‘핵융합’을 통한 에너지는 인류의 에너지 문제를 해결할 수 있는 무한한 에너지를 제공해줄 것으로 기대되고 있습니다. 

 

그렇다면, 핵융합에너지의 연료가 무엇이기에 지구온난화도 일으키지 않으며 막대한 에너지를 만들어낼 수 있는 것일까요?

 


핵융합 에너지는 무엇으로 만드나?

태양 핵융합의 연료는 수소입니다. 수소는 우주에 존재하는 가장 가볍고 풍부한 원소이자, 태양의 대부분을 구성하고 있는 물질이기도 합니다. 기본적으로 핵융합의 원리는 가벼운 원자핵이 충돌을 통해 융합하여 무거운 원자핵으로 바뀔 때 에너지를 발생시키는 것인데요. 태양에서는 가벼운 수소 원자핵이 충돌해서 그보다 조금 더 무거운 헬륨 원자핵으로 바뀌는 과정이 끊임없이 일어나며 무한에 가까운 에너지를 발생시키고 있죠. 

 

태양의 수소핵융합 원리를 그대로 구현하는 지구의 인공태양 역시 ‘수소’를 이용하고 있으며 그 중에서도 수소에 중성자가 덧붙여진 ‘중수소’와 ‘삼중수소’의 융합반응을 통한 핵융합 연구를 진행하고 있습니다.  

 

 

왜 중수소와 삼중수소 일까?

핵융합에너지의 연료로 수소를 이용하는 것에는 몇 가지 이유가 있습니다. 가장 먼저 수소는 지구를 포함하여 전 우주에 가장 많은 원소입니다. 인류의 미래를 책임질 무한한 에너지를 만들기 위해선 지구에서 쉽게, 풍부하게 얻을 수 있는 연료로 만들 수 있는 에너지여야 합니다.

 

또한 수소는 원소들 중 가장 가볍기 때문에 비교적 쉽게 핵융합 반응을 일으킬 수 있습니다. 핵융합 반응 시에는 같은 +극을 지닌 원자핵이 융합하게 되는데, 같은 극끼리 서로 밀어내려고 하는 힘 이상의 매우 큰 힘이 필요하죠. 이론적으로는 수소 외의 다른 원소들도 핵융합 반응이 일어날 수는 있지만, 가장 가벼운 수소가 가장 적은 힘으로 핵융합 반응을 일으킬 수 있으므로 효율면에서 수소는 최적의 연료인 것입니다. 

 

그 중에서도 과학자들은 중수소와 중수소의 핵융합 반응, 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응 등을 연구한 결과, 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응이 좀 더 낮은 온도에서도 반응이 잘 일어나는 것을 알게 되어, 현재 가장 유력한 핵융합의 방식으로 주목하고 있습니다. 

 

그렇다면 지구상에 매우 흔한 원소라고는 하지만 눈에 보이지도 않고, 향도 없는 수소, 그 중에서도 중수소와 삼중수소는 대체 어디에서 얻을 수 있는 것일까요. 

 


중수소와 삼중수소는 어디에서 얻을 수 있나?

중수소는 바닷물을 전기분해하여 얻을 수 있습니다. 바닷물 1L에는 약 0.03g의 중수소가 포함되어 있는데, 지구의 표면은 70%가 바다이기 때문에 바다가 마르지 않는 이상 무한하게 중수소를 얻을 수 있습니다. 반면에 삼중수소는 자연 상에서 존재하는 양은 적은 편이지만, 핵융합로 내에서 리튬과 중성자의 반응을 통해 얻을 수 있습니다. 주로 배터리 등에 사용되고 있는 리튬은 지구상에 매장량이 풍부한 편이며, 바닷물에서도 추출할 수 있는 자원입니다. 

 

바닷물에는 약 2300억 톤가량의 리튬이 녹아있다고 추정되는데요. 이 정도의 양은 앞으로 1500만년 동안 사용할 수 있는 양이라고 하니, 화석연료의 매장량에 비하면 무한에 가깝다고 할 수 있습니다. 이처럼 연료를 무한에 가깝게 얻을 수 있다는 점은 핵융합에너지가 가진 큰 장점 중 한가지입니다. 

 

 

미래의 에너지, 핵융합에너지

세계의 에너지 소비량을 살펴보면, 100년 정도면 바닥을 드러낼 것으로 보이는 석유, 석탄, 천연 가스 등의 화석연료에 대한 의존도가 약 80%라고 합니다. 이에 따라, 연료를 쉽고 무궁무진하게 얻을 수 있는 핵융합에너지의 중요성은 더욱 부각되고 있습니다. 

 

또한, 핵융합에너지는 연료를 쉽게 얻을 수 있다는 장점 외에, 에너지 생산성 면에서도 타에너지에 비해 월등히 높은 에너지입니다. 화력발전이 300만 톤의 석탄을 이용해 만드는 에너지를 핵융합발전은 100kg의 중수소와 3톤의 리튬만으로 생산할 수 있을 정도니까요. 

 

2040년 상용화를 목표로 활발한 연구가 이루어지고 있는 인류의 미래에너지, 핵융합에너지! 하루 빨리 핵융합에너지의 상용화가 이루어져 에너지 걱정 없이 마음껏 에너지를 사용할 수 있는 날이 오기를 기대해봅니다. 

  •  좋아요 bg
    10
    좋아요 bg
  •  카카오스토리 공유 bg
    29
    카카오스토리 공유 bg
  •  카카오톡 공유 bg
    29
    카카오톡 공유 bg

댓글 0

정보에 대해 만족하십니까?

TOP