美 13일 '꿈의 에너지' 핵융합 관련 중대 발표…'에너지 패권' 굳히나

WP·FT "美 에너지부, 핵융합 에너지 순(純)생산 달성 발표 전망"
'토카막' 방식은 국제 공동 연구지만…"레이저 핵융합은 미국 독주"

미국 로렌스 리버모어 국립연구소의 핵융합 연구를 하고 있는 국립 점화 시설(NIF)의 실험 시설(미국 로렌스 리버모어 국립연구소 프레스킷 갈무리) 2022.12.12 /뉴스1

(서울=뉴스1) 김승준 기자 = 미국이 13일(현지시간) '꿈의 에너지'로 불리는 핵융합 분야에서 중요한 과학적 성과 발표를 한다. 외신에 따르면 인류 최초로 핵융합을 통한 '순 에너지 생산' 달성에 성공했다는 내용이 발표될 전망이다.

만약 미국이 순 에너지 생산에 성공해 핵융합 발전의 선두 주자로 자리매김하게 된다면 에너지를 둘러싼 국제 정세에서 장기적으로 '셰일 가스 혁명' 이상의 파급 효과가 기대된다. 특히 미국 주도의 에너지 기술 패권도 더욱 공고해질 전망이다.

11일(현지시간) 미국 워싱턴 포스트(WP)와 영국 파이낸셜타임스(FT) 등에 따르면 미국 에너지부는 13일 핵융합 기술과 관련한 발표를 한다.

화력 발전에서는 온실가스가, 핵(분열)발전에서는 방사능 사고와 핵폐기물이 골칫거리다. 수력과 재생 에너지도 입지의 영향을 받는 등 한계가 있었다.

이러한 한계를 뛰어넘기 위해 과학계에서 주목한 것은 대부분의 지구 에너지의 근원인 '태양'이다.

태양의 핵융합 반응을 지상으로 가져와 에너지로 쓰자는 아이디어는 1950년대부터 시작됐다. 핵융합 발전은 수소라는 풍부한 에너지원, 적은 유해 물질이라는 장점이 있어 '깨끗한 에너지'의 유력 후보였다.

WP와 FT는 13일 이뤄질 미국 에너지부의 발표가 '순 에너지 생산'에 관련된 내용이라고 익명의 연구 관계자를 인용해 보도했다.

기존 연구에서는 핵 융합 반응을 일으키기 위한 에너지에 비해 적은 양의 에너지가 나왔다. 외신의 예측에 따르면 이번 실험에서는 최초로 투입 에너지보다 많은 에너지를 생산하는 '순 에너지 생산'에 도달했다는 것이다. 다만 이번 성과가 상용화된 발전 시스템으로 이어지기 위해서는 상당한 시간이 걸릴 전망이다.

이번 연구는 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소(Lawrence Livermore National Laboratory)의 국립 점화 시설(National Ignition Facility·NIF)에서 이뤄졌다.

2009년 완공된 NIF는 강력한 레이저를 통해 핵융합을 일으키는 연구를 한다. NIF는 핵융합 연료가 될 중수소와 삼중수소가 담긴 구 모양의 용기에 192개의 고출력 레이저를 쬐어주는 연구를 해왔다.

사진은 ITER 국제기구 건설 현장의 모습. (ITER 국제기구 제공) 2020.7.28/뉴스1 ⓒ News1 김진환 기자

핵융합 발전 연구는 크게 '자기장 가둠'과 '관성 가둠'으로 나눠 볼 수 있다.

레이저를 이용한 NIF의 실험은 '관성 가둠'의 일종이다. 이 방식은 러시아, 중국, 프랑스 등도 연구를 하고 있지만, 미국이 앞서 있는 것으로 평가된다. NIF는 세계 최대의 관성 핵융합 시설로 꼽힌다.

자기장 가둠의 대표적인 사례인 '토카막'은 한국, 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도 등이 '국제 열핵융합 실험로'(ITER) 프로젝트를 통해 연구가 되고 있다.

국내에서는 주로 토카막 방식을 중심으로 핵융합 연구가 이뤄지고 있으며, 레이저 핵융합은 소수의 학자가 기초 연구를 하고 있다.

방우석 광주과학기술원 교수(기초과학연구원 초강력 레이저과학 연구단)는 레이저 핵융합 반응 단면적을 측정하는 등의 기초 연구를 하고 있다.

방 교수는 "(미국 NIF는) 지난 8월에 물리학 저널, 올해 초에 네이처에 좋은 성과를 발표해왔다. 들어간 에너지보다 많은 에너지가 나온 것은 처음인 것 같다"며 "핵 융합 원료를 둘러싸는 용기의 재질이 발전하는 등의 영향으로 좋은 결과가 나오는 것 같다. 레이저 핵융합 쪽은 거의 미국에서 독주를 하고 있다. 상용화까지는 시간이 남았지만, (이번 발표가 사실이라면) 핵융합 발전의 굉장히 중요한 단계다"라고 설명했다.

이어 그는 "한국은 레이저 분야에서 강점이 있다. 기초과학연구원이 가진 레이저는 세기로는 전 세계에서 제일 높은 세기를 가지고 있고, 출력으로도 다섯 손가락 안에 든다. 이런 레이저를 활용해 연구가 이뤄지고 있다"고 덧붙였다.

기초과학연구원 초강력 레이저과학연구단은 2021년 레이저 세기 분야에서 최고 기록을 세운 바 있다.

seungjun241@news1.kr