본문 바로가기 주메뉴 바로가기

핵융합

  • Fusion Story
  • 핵융합
핵융합의 다른 글

201912.03

스마트 친환경 미래도시에 적합한 에너지는?

커뮤니케이션팀   
https://fusionnow.nfri.re.kr/post/nuclear-fusion/1028

 

2020년, 쥐띠의 해가 밝아오고 있습니다. 밀레니엄의 해에서 벌써 20여 년이 지난 지금, 인류는 그동안 수많은 변화를 경험해왔습니다. 한 손에 들고 다니는 컴퓨터이자 휴대폰인 ‘스마트폰’을 발명해 IT 시장의 판도를 뒤바꿨고, 인공지능을 베테랑 바둑기사와의 대국에서 승리를 거두게끔 했으며, 운전대를 잡지 않고도 자율주행이 가능한 자동차를 탄생시켜 신개념 교통수단의 시대를 열었습니다. 앞으로도 끊임없이 등장할 발명의 산물은 인간의 삶을 더 풍요롭게 가꿀 것입니다. 그렇다면 과연, 우리가 20년 뒤 맞이하게 될 도시는 어떤 모습일까요? 전 세계는 지금 스마트도시라는 이름 아래, 사물인터넷(IoT)과 빅데이터 등 최신 기술로 무장한 미래도시로의 꿈을 펼쳐 나아가고 있습니다.

 

 

|떠오르는 미래도시, 필수 키워드는 #친환경


세계는 각국의 기술력을 활용하여 국민의 삶의 질을 높일 수 있는 미래도시를 구축하는 데 나날이 혈안을 올리고 있습니다. 덴마크 코펜하겐은 기술 환경부 산하에 있는 팀의 일환으로 ‘코펜하겐 솔루션 랩’이라는 데이터 거래소를 창설했는데요. 이 데이터 거래소는 교통, 주차, 센서, 전력, 물, 통신 등 도시에서 발생하는 다양한 데이터를 집대성하고 있습니다. 이를 통해 도로의 실시간 교통량과 주차 공간을 파악, 시민에게 ‘스마트 파킹 시스템’을 제공해 시민의 차량 운행 시간과 피로도를 급격히 줄이고 있죠. 또 도심 쓰레기통에 5,700개의 센서를 부착해, 쓰레기통이 90% 이상 차면 수거 신호를 보내 거리를 늘 깨끗한 상태로 유지해 줍니다. 또 시민 개개인이 출퇴근하는 시간과 운동하는 시간, 개개인이 배출하는 이산화탄소의 양까지 모바일 앱으로 측정, 최적의 이동 경로와 운동량 늘리는 법, 이산화탄소 배출량을 줄이는 법까지 안내하고 있고요.

 

 ⓒSidewalklabs

 

또 국제적인 IT 기업 구글은 캐나다 토론토의 한 버려진 부둣가에 세계에서 가장 똑똑한 도시 ’키사이드‘를 만들 것이라 밝혔는데요. 이 도시는 오는 2020년부터 착공하여 빠르면 2022년부터 이주가 시작될 전망입니다. 이 도시에는 신호등이 설치되지 않는 대신 수많은 센서가 가동하여 보행자와 자전거, 자동차의 이동을 실시간으로 파악해 도로에 설치된 LED 패널로 원활한 신호 표출을 돕죠. 그리고 도시 내 모든 건물을 필요에 따라 내부 구조를 변경할 수 있도록 한 ’모듈러‘ 공법을 이용해 건설할 계획인데요. 더욱이 이 건축물은 모두 목조 주택으로 지어져 탄소 배출과 환경 오염도 줄일 전망입니다. 특히, 키사이드는 도시 전체를 화석 에너지를 전혀 쓰지 않는 친환경 도시로 조성된다는 점에서 큰 의의가 있는데요. 모든 건물이 자체적으로 필요한 에너지를 10~15% 이상 생산해내고, 바이오매스 에너지와 태양열을 이용하는 등 친환경 에너지의 사용률을 극대화시켜 청정한 도시를 꾸며나갈 것으로 기대되고 있습니다. 이렇듯 미래도시의 가장 큰 쟁점은, 바로 ‘친환경 도시’로의 변모를 꿈꾼다는 것이죠.

 

 

|쾌적한 미래도시를 위한 꿈의 에너지, 핵융합


 

 

하지만 이처럼 스마트와 친환경을 동시에 충족하는 미래도시를 꿈꿀 때 한가지 우려되는 점이 있습니다. 나날이 커지는 에너지 수요량을 짐작해 볼 때, 발생 가능성이 커지는 ‘블랙아웃’ 현상에 대한 우려입니다. 블랙아웃이란 대규모 정전사태를 이르는 것으로, 공급되는 전기보다 사용되는 전기의 양이 많아 일시적으로 발생하는 정전사태를 말합니다. 블랙아웃이 발생할 경우 한 지역 전체의 전력 공급이 끊기고, 더 심해지면 점점 전국으로 퍼져나가 국가적 재난으로까지 발전할 수 있죠. 특히 이런 블랙아웃으로 인한 피해는 대용량의 전기에너지를 필요로 하는 스마트도시에서 더욱 커질 것입니다.

 

현재 85% 에너지 소비량을 차지하는 화석연료의 경우 연료의 고갈뿐 아니라 발전 과정에서 발생하는 미세먼지나 CO₂와 같은 심각한 환경문제 영향 때문에 점차 줄여야 하는 에너지원으로 꼽힙니다. 이를 대신하기 위해 태양광과 풍력, 조력 등의 친환경 에너지의 비중을 높이고 있지만, 현재 상용화되어있는 친환경 에너지의 경우 초기 설계비용이 비싸고, 일조량이나 바람량 등 자연 변화에 따라 꾸준히 풍부한 에너지를 생산하기에는 부적합하여 미래 도시를 책임지는 에너지원으로 쓰이기는 한계가 있습니다. 결국 대규모의 전력생산이 가능하면서도, 미래도시의 키워드에서 빠질 수 없는 친환경적인 에너지를 찾는 것이 가장 큰 숙제인 것입니다.

 

그래서 새롭게 주목받는 에너지원이 핵융합에너지입니다. 태양이 에너지를 내는 원리인 핵융합을 활용한 발전은 대용량의 에너지 생산이 가능하면서도 친환경적으로 미래도시에 딱 맞는 에너지원으로 꼽히고 있습니다. 핵융합발전의 연료는 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소를 이용하는데요. 중수소는 바닷물을 전기분해하여, 삼중수소는 핵융합로 내에서 리튬과 중성자를 반응시켜 얻을 수 있습니다. 리튬 역시 지표면뿐 아니라 바닷물에서 추출할 수 있으니 바닷물에서 중수소와 리튬을 모두 얻을 수 있는 핵융합의 연료는 거의 무한하다고 볼 수 있습니다. 또 핵융합발전은 사용하는 연료에 비해 생산성도 여타 에너지보다 훨씬 높습니다. 화력 발전이 300만 t의 석탄을 원료로 사용해야 만들 수 있는 에너지를, 핵융합 발전은 100kg의 중수소와 3t의 리튬으로 생산할 수 있죠.

 

 

 

더욱이, 생산 과정에서 갖은 환경 문제를 일으키는 에너지와도 차별성이 있습니다. 기존 핵분열을 이용하는 원자력 발전의 경우 영구적으로 폐기해야 하는 고준위 방사성이 폐기물이 발생하지만, 핵융합발전에서 나오는 방사성 폐기물은 반감기가 수십 년에 불과합니다. 또 핵융합의 연료나 반응 산물은 핵분열발전의 우라늄과 플루토늄처럼 핵무기에 사용될 수 없고요. 이러한 숱한 장점 덕에 핵융합 에너지는 무한하고 고효율을 갖춘, 청정에너지로 주목받고 있죠. 이런 점들 때문에 미래도시에서 가장 많이 활용될 에너지는 ‘핵융합’으로 얻어진 산물이 될 수 있을 것으로 점쳐지고 있습니다.

 

하지만, 핵융합에너지를 상용화시키기 위해서는 한 가지 난관이 존재합니다. 핵융합 반응은 우주의 태양과 같이 특수한 환경에서는 일반적으로 발생하지만, 지구의 자연 상태에서는 거의 일어나지 않는다는 것이죠. 지구에서 태양과 같은 핵융합 반응이 일어나려면 1억℃ 이상의 높은 온도에서 플라즈마 상태가 되었을 때 본격적으로 발생합니다. 엄청난 중력으로 고밀도 상태를 유지하는 태양의 중심에서는 지속적인 핵융합이 일어나지만, 지구에서는 1억도 이상의 초고온 상태를 인공적으로 유지해야하는 것이죠. 이러한 문제를 해결하기 위해 인류는 플라즈마의 온도를 올리는 기술이나 자기장으로 가두는 기술을 개발하기 위해 오랜 시간 노력해왔습니다. ‘인공태양’이라 불리는 핵융합장치들을 활용한 연구가 지속되고 있는 가운데, 현재 핵융합 반응을 오래 지속시켜 대용량의 에너지 생산이 가능한 방법을 연구하고 있습니다. 결국 1억℃ 이상의 초고온 플라즈마를 얼마나 오래 지속적으로 유지하느냐가 상용화로 나아갈 수 있는 핵심 과제인 셈인데요. 이 난제를 해결해 핵융합에너지의 상용화를 이루기 위해, 전 세계는 합심하여 적극적으로 연구를 거듭하고 있습니다.

 

전문가들은 실제로 핵융합을 통해 전기를 생산하는 것이 가능한 시기는 2040년대로 예상하고 있습니다. 만약 핵융합 에너지가 상용화되어 풍부한 전기를 생산해낼 수 있다면, 인류는 미래도시에 딱 맞는 풍부하고 청정한 에너지의 시대를 열 수 있게 될 것입니다. 

 

 

눈부신 기술의 발전은 인류에게 미래도시를 꿈꾸게 하고 있습니다. 다양한 모습으로 미래도시가 정말 눈 앞에 펼쳐지게 된다면, 우리의 삶은 지금보다 훨씬 편리하고 윤택해질 테죠. 하지만 아무리 편리한 세상이 만들어진다 한들, 환경을 파괴하거나 오염시키면서까지 얻어낸 미래도시는 결코 아름답지 않을 것입니다. 우리 땅인 지구를 해함과 동시에, 결국 인류의 미래를 무너뜨리는 셈이기 때문이죠.

 

이제 인류는 ‘에너지’ 없이는 살 수 없는 존재가 되었습니다. 그 에너지를 어떻게 탄생시키느냐, 얼마나 효율적이고 친환경적으로 바뀔 것이냐는 우리의 손에 달렸습니다. 부디 미래의 도시가 청정한 ‘핵융합에너지’와 함께 빛날 수 있길 바랍니다.

 

 

  •  좋아요 bg
    1
    좋아요 bg
  •  카카오스토리 공유 bg
    16
    카카오스토리 공유 bg
  •  카카오톡 공유 bg
    16
    카카오톡 공유 bg

댓글 0

현재글의 이전글이 없습니다.
이전글
이미지가 없습니다.
현재글의 이전글이 없습니다.
이전글
이미지가 없습니다.

정보에 대해 만족하십니까?

TOP