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이탈리아 석유 회사 Eni는 MIT에서 분사한 기업인 Commonwealth Fusion Systems에 5천만 달러를 투자합니다. Commonwealth Fusion Systems는 MIT와 협력하여 SPARC라는 핵융합 발전 실험에서 탄소 배출 없는 에너지를 생산하기 위한 초전도 자석을 개발하고 있습니다. 줄리안 터너가 CEO 로버트 뭄가드로부터 자세한 내용을 들어봤습니다.
매사추세츠 공과대학(MIT)의 유서 깊은 교정 깊숙한 곳에서 에너지 혁명이 일어나고 있습니다. 수십 년에 걸친 연구 끝에 과학자들은 핵융합 발전이 마침내 현실화될 준비가 되었으며, 연소 없이 탄소 배출도 없는 무한한 에너지라는 꿈이 실현될 수 있을 것이라고 믿고 있습니다.
이탈리아 에너지 대기업 Eni도 이러한 낙관론을 공유하며, MIT 플라즈마 융합 과학 센터(PSFC) 및 민간 기업인 커먼웰스 퓨전 시스템즈(CFS)와의 공동 프로젝트에 5천만 유로(6천2백만 달러)를 투자했습니다. 이 프로젝트는 15년 안에 융합 에너지를 전력망에 빠르게 도입하는 것을 목표로 합니다.
태양과 별들을 움직이는 에너지원인 핵융합 반응을 제어하는 데에는 오랜 난제가 있습니다. 핵융합은 막대한 양의 에너지를 방출하지만, 태양 중심부보다 훨씬 높은 수백만 도에 달하는 극한의 온도에서만 가능하기 때문입니다. 이러한 온도는 어떤 고체 물질도 견딜 수 없는 수준입니다.
이러한 극한 조건에서 핵융합 연료를 가두는 데 따르는 어려움 때문에, 지금까지 핵융합 발전 실험은 필요한 에너지보다 적은 에너지를 생산하여 전력망에 전기를 공급할 수 없는 적자 상태로 운영되어 왔습니다.
"지난 수십 년 동안 핵융합 연구가 광범위하게 진행되어 핵융합 발전에 대한 과학적 이해와 기술이 발전했습니다."라고 CFS의 CEO인 로버트 뭄가드는 말합니다.
"CFS는 고자기장 방식을 이용해 핵융합을 상용화하고 있습니다. 정부의 대규모 프로그램과 동일한 물리적 원리를 적용하여 더 작은 핵융합 장치를 만들 수 있도록 새로운 고자기장 자석을 개발하고 있습니다. 이를 위해 CFS는 MIT와 긴밀히 협력하여 새로운 자석 개발을 시작으로 공동 프로젝트를 진행하고 있습니다."
SPARC 장치는 강력한 자기장을 사용하여 뜨거운 플라즈마(아원자 입자들의 기체 상태)를 제자리에 고정시켜 도넛 모양의 진공 챔버의 어떤 부분과도 접촉하지 않도록 합니다.
"가장 큰 과제는 핵융합이 일어나 소모하는 에너지보다 더 많은 에너지를 생산하는 조건을 갖춘 플라즈마를 만드는 것입니다."라고 뭄가르드는 설명합니다. "이는 플라즈마 물리학이라는 물리학의 하위 분야에 크게 의존합니다."
이 소형 실험 장치는 10초 간격으로 약 100MW의 열을 발생시키도록 설계되었는데, 이는 소도시 하나가 사용하는 전력량과 맞먹는 수준입니다. 하지만 SPARC는 실험 장치이기 때문에 핵융합 에너지를 전기로 변환하는 시스템은 포함하지 않습니다.
MIT 과학자들은 플라즈마를 가열하는 데 사용된 에너지보다 두 배 이상의 에너지가 출력될 것으로 예상하며, 마침내 핵융합을 통한 순 에너지 생산량 증가라는 궁극적인 기술적 이정표를 달성할 것으로 기대하고 있습니다.
"핵융합은 자기장을 이용해 고정되고 절연된 플라즈마 내부에서 일어납니다."라고 뭄가르드는 말합니다. "개념적으로 이는 자석 병과 같습니다. 자기장의 세기는 플라즈마를 절연하여 핵융합 조건을 달성할 수 있도록 하는 자석 병의 능력과 매우 밀접한 관련이 있습니다."
"따라서 강력한 자석을 만들 수 있다면, 더 적은 에너지로 더 뜨겁고 밀도가 높은 플라즈마를 생성할 수 있습니다. 그리고 더 나은 플라즈마를 사용하면 장치를 더 작고 다루기 쉽게 만들고 개발할 수 있습니다."
"고온 초전도체를 이용하면 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있는 새로운 도구를 갖게 되었고, 따라서 더 작고 성능이 뛰어난 자기 용기를 만들 수 있습니다. 이를 통해 핵융합 발전을 더 빠르게 이룰 수 있을 것으로 기대합니다."
뭄가르드는 기존 핵융합 실험에 사용되는 것보다 두 배나 강력한 자기장을 생성할 수 있는 잠재력을 지닌 차세대 대구경 초전도 전자석을 언급하고 있으며, 이는 단위 크기당 출력을 10배 이상 증가시킬 수 있게 해줍니다.
이 새로운 초전도 자석은 이트륨-바륨-구리 산화물(YBCO)이라는 화합물로 코팅된 강철 테이프로 만들어졌으며, SPARC는 ITER의 약 5분의 1에 해당하는 핵융합 발전량을 생산할 수 있게 해 줄 뿐만 아니라, 장치의 부피는 ITER의 약 65분의 1에 불과합니다.
YBCO 자석은 핵융합 에너지 장치 제작에 필요한 크기, 비용, 일정 및 조직적 복잡성을 줄임으로써 핵융합 에너지에 대한 새로운 학술적 및 상업적 접근 방식을 가능하게 할 것입니다.
"SPARC와 ITER는 모두 토카막인데, 이는 수십 년에 걸친 플라즈마 물리학 개발의 광범위한 기초 과학을 기반으로 하는 특정 유형의 자기 용기입니다."라고 뭄가르드는 설명합니다.
“SPARC는 차세대 고온 초전도체(HTS) 자석을 활용하여 훨씬 더 높은 자기장을 생성함으로써 훨씬 더 작은 크기에서 목표로 하는 핵융합 성능을 구현할 것입니다.”
"우리는 이것이 기후 변화 대응에 적합한 시간 내에 핵융합을 달성하고 경제적으로 매력적인 제품을 만드는 데 핵심적인 요소가 될 것이라고 믿습니다."
개발 기간과 상업적 타당성 측면에서 SPARC는 1970년대 MIT에서 시작된 연구를 포함하여 수십 년 동안 연구 및 개선되어 온 토카막 설계의 진화된 형태입니다.
SPARC 실험은 대부분의 상업용 발전소와 비슷한 약 200MW의 전력을 생산할 수 있는 세계 최초의 진정한 핵융합 발전 시설 건설을 위한 발판을 마련하는 것을 목표로 합니다.
핵융합 발전에 대한 광범위한 회의론에도 불구하고, Eni는 핵융합 발전에 대규모 투자를 하는 최초의 글로벌 석유 회사라는 선견지명을 보여주고 있습니다. 핵융합 발전 지지자들은 이 기술이 세계의 증가하는 에너지 수요의 상당 부분을 충족하는 동시에 온실가스 배출량을 대폭 줄일 수 있는 잠재력을 가지고 있다고 믿습니다.
새로운 초전도 자석 덕분에 더 작은 규모로 핵융합 에너지를 전력망에 연결하는 더 빠르고 저렴한 방법을 가능하게 할 잠재력이 있습니다.
Eni는 2033년까지 200MW급 핵융합로를 개발하는 데 30억 달러가 소요될 것으로 추산합니다. 유럽, 미국, 중국, 인도, 일본, 러시아, 한국이 공동으로 진행하는 ITER 프로젝트는 2025년까지 최초 초고온 플라즈마 시험, 2035년까지 최초 최대 출력 핵융합을 달성한다는 목표를 향해 절반 이상 진척되었으며, 예산은 약 200억 유로입니다. SPARC와 마찬가지로 ITER는 전력을 생산하지 않도록 설계되었습니다.
미국 전력망이 2~3GW급의 대형 석탄 또는 핵분열 발전소에서 100~500MW급 소형 발전소로 전환되는 추세인데, 핵융합 발전이 치열한 시장에서 경쟁력을 갖출 수 있을까요? 만약 그렇다면, 언제쯤 가능할까요?
"아직 연구가 필요한 부분이 있지만, 당면 과제는 알려져 있고, 새로운 혁신은 연구 속도를 높일 방향을 제시하고 있으며, CFS와 같은 새로운 기업들은 문제에 상업적 관점을 도입하고 있고, 기초 과학은 이미 성숙 단계에 접어들었습니다."라고 뭄가르드는 말합니다.
“우리는 융합이 많은 사람들이 생각하는 것보다 더 가까워졌다고 믿습니다. 계속 지켜봐 주세요.” jQuery( document ).ready(function() { /* 회사 캐러셀 */ jQuery('.carousel').slick({ dots: true, infinite: true, speed: 300, lazyLoad: 'ondemand', slidesToShow: 1, slidesToScroll: 1, adaptiveHeight: true }); });
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게시 시간: 2019년 12월 18일