거리 상관없이 무손실 송전, 전기·전자 패러다임 뒤바꿀 '초전도체'

초전도 현상, 전자기기 작동할 때 생기는 발열 사라져 '전력효율 극대화'

영화 아바타에선 바위산이 떠다니는 게 특징이다. 강력한 자기장이 형성됐고 '언옵테늄'이라는 엄청난 초전도체를 함유했기 때문이다. 작은 초전도체를 자석 위에 놓으면 공중 부양하는 것과 비슷하다. 이 물질은 상온은 물론 초고온에서도 초전도 현상이 유지되고 아주 강력한 자기장에서도 깨지지 않는다. / 사진=영화 아바타 스틸컷

한국 연구진이 최근 개발한 '상온·상압 초전도체' 논문이 전세계 과학계를 뒤흔들고 있다. 초전도체는 전자기기를 작동할 때 생기는 발열이 사라져 전력효율을 극대화할 수 있는 기술이다. 특히 상온에서 초전도체를 구현하면 거리와 상관없이 무손실 송전이 가능하고 전기·전자부품 발열문제를 해결할 수 있어 주목받고 있다.

2일 과학계에 따르면 이석배 퀀텀에너지연구소 대표(고려대 창업기업) 등 연구팀은 최근 논문 사전공개 사이트 '아카이브'(arXiv)에 상온·상압 조건에서 납과 구리, 인회석(인산염 광물 일종)을 활용해 초전도체를 구현했다고 발표했다. 연구가 주목받는 이유는 초전도체를 400K(127℃) 이하 조건에서 구현할 수 있다고 주장했기 때문이다.

초전도 현상은 1911년 네덜란드 물리학자 헤이커 카메를링 오너스가 절대온도 4K(-269℃)에서 발견한 이래 초고압 영하 조건에서만 구현할 수 있었다. 110여년 초전도체 개발 역사에서 과학자들은 상온(25℃ 내외)에서 작동하는 초전도체를 찾기 위해 경쟁했다. 2010년대 들어 상온 초전도체 이론이 나왔지만 이를 실험적으로 입증하거나 상용화하진 못했다.

앞서 미국 로체스터대 연구팀은 2020년 국제학술지 네이처에 15℃ 조건에서 초전도체를 발견했다고 발표했다. 하지만 당시 데이터 조작이 드러나 결국 논문을 철회했다. 독일 막스플랑크연구소 과학자들도 2015년 황화수소를 고압으로 압축해 절대온도 203K(70℃)에서 초전도 현상을 구현하고 이를 점진적으로 발전시켰지만 상온 수준까진 이르지 못했다.

초전도 현상은 특정물질을 임계온도 이하로 냉각했을 때 전기저항이 0이 되고 내부 자기장으로 공중에 뜨는 현상이다. 전기저항이 0이면 전자기기를 작동할 때 생기는 발열이 사라진다. 초전도체를 구현할 수 있는 재료들로 전기·전자부품을 바꾸면 낭비 없이 에너지 효율을 극대화할 수 있다는 의미다.

실제로 한국전력의 송배전 손실률(전기가 사용자까지 전달될 때 저항으로 잃어버리는 전력손실률)은 3.5%에 이른다. 연간 1조5000억원 수준이다. 이는 구리전선의 전기저항으로 열이 발생하기 때문이다. 미국도 한 해 20조~30조원이 송전과정의 전력손실로 사라진다. 이외에도 초전도 현상을 활용한 고성능 전자석을 만들어 자기부상열차와 핵융합발전에 활용할 수 있다.

한명준 KAIST 물리학과 교수는 "연구팀이 발표한 대로 상온 초전도체를 개발·상용화할 수 있다면 미세한 전류가 흐르는 모든 전기·전자부품의 한계가 극복될 것"이라며 "송전과정에서 열이 발생하지 않아 전기 손실도 없고 이론적으로 자기부상열차, 핵융합발전 등을 모두 구현할 수 있다"고 설명했다.

다만 "연구팀이 개발한 물질에 납이 들어가 있기 때문에 독성을 어떻게 제거하고 이를 상용화할 수 있을지는 의문"이라며 "논문에 쓰인 데이터가 부족한 것은 사실이지만 그보다는 논문에서 말하는 핵심적 내용에 대한 실제 검증과 규명이 이뤄져야 한다"고 덧붙였다.

한편 연구팀이 아카이브에 공개한 논문은 동료평가를 거치지 않아 여러 한계가 있다. 연구자들이 논문을 국제학술지에 등재하려면 동료평가를 거쳐야 한다. 다만 데이터가 다소 부실하지만 논문에 대다수 내용이 공개된 만큼 검증이 이뤄져야 한다는 신중론도 나온다. 이번 연구를 주도한 민간 기업 퀀텀에너지연구소는 정식 논문 발표와 샘플, 데이터 공개를 준비 중이다.

국내 민간기업 퀀텀에너지연구소 등 연구팀이 개발했다고 밝힌 상온 초전도체 모습. 자석 위에 몸체 일부가 떠 있다. / 사진제공=퀀텀에너지연구소

김인한 기자 science.inhan@mt.co.kr