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이탈리아 석유 회사 에니(Eni)가 MIT의 분사 기업인 커먼웰스 퓨전 시스템즈(Commonwealth Fusion Systems)에 5천만 달러를 투자합니다. 커먼웰스 퓨전 시스템즈는 MIT와 협력하여 SPARC라는 핵융합 실험에서 탄소 배출이 없는 에너지를 생산할 초전도 자석을 개발하고 있습니다. 줄리안 터너(Julian Turner)가 CEO 로버트 뭄가드(Robert Mumgaard)로부터 자세한 내용을 들어봅니다.
매사추세츠 공과대학교(MIT)의 신성한 홀 깊숙한 곳에서 에너지 혁명이 일어나고 있습니다. 수십 년간의 발전 끝에 과학자들은 핵융합 에너지가 마침내 그 시대를 열 준비가 되었으며, 무한하고 연소가 없으며 탄소 배출이 없는 에너지라는 성배가 눈앞에 다가왔다고 믿습니다.
이탈리아의 에너지 대기업 에니(Eni)도 이러한 낙관론에 동참하여 MIT의 플라스마 융합 과학 센터(PSFC)와 민간 기업인 커먼웰스 융합 시스템(CFS)과 협력하는 프로젝트에 5,000만 유로(6,200만 달러)를 투자했습니다. 이 프로젝트의 목표는 단 15년 만에 융합 전력을 전력망에 신속하게 연결하는 것입니다.
태양과 별을 움직이는 에너지원인 핵융합을 제어하는 일은 오래된 문제 때문에 중단되었습니다. 이 실험은 엄청난 양의 에너지를 방출하지만, 수백만 도에 달하는 극한의 온도에서만 수행할 수 있습니다. 이 온도는 태양 중심부보다 더 뜨겁고, 어떤 고체 물질도 견딜 수 없을 정도로 뜨겁습니다.
극한 조건에서 핵융합 연료를 밀폐하는 과제로 인해, 지금까지 핵융합 발전 실험은 적자 상태로 진행되어 핵융합 반응을 유지하는 데 필요한 것보다 적은 에너지를 생산했으며, 따라서 전력망에 전기를 생산할 수 없었습니다.
CFS CEO인 로버트 뭄가드는 "핵융합 연구는 지난 수십 년 동안 광범위하게 연구되어 왔으며, 그 결과 핵융합 발전에 대한 과학적 이해와 기술이 발전했습니다."라고 말했습니다.
CFS는 고자기장 접근법을 사용하여 핵융합을 상용화하고 있습니다. 대규모 정부 프로그램과 동일한 물리 접근법을 사용하여 소형 핵융합 장치를 제작할 수 있는 새로운 고자기장 자석을 개발하고 있습니다. 이를 위해 CFS는 MIT와 긴밀히 협력하여 새로운 자석 개발을 시작하는 협력 프로젝트를 진행하고 있습니다.
SPARC 장치는 강력한 자기장을 사용해 뜨거운 플라즈마(아원자 입자의 기체 수프)를 고정해 도넛 모양의 진공 챔버의 어느 부분과도 접촉하지 않도록 합니다.
"가장 큰 과제는 핵융합이 일어날 수 있는 조건에서 플라즈마를 생성하여 소모하는 전력보다 더 많은 전력을 생산하는 것입니다."라고 뭄가드는 설명합니다. "이는 플라즈마 물리학이라는 물리학의 하위 분야에 크게 의존합니다."
이 소형 실험은 10초 펄스로 약 100MW의 열을 생산하도록 설계되었으며, 이는 소도시에서 사용하는 전력량과 같습니다. 하지만 SPARC는 실험이기 때문에 핵융합 에너지를 전기로 변환하는 시스템은 포함되지 않습니다.
MIT의 과학자들은 플라즈마를 가열하는 데 사용된 전력의 두 배 이상의 출력이 나올 것으로 예상하며, 마침내 궁극적인 기술적 이정표인 핵융합에서 나오는 양의 순에너지를 달성할 것으로 기대합니다.
"핵융합은 자기장을 사용하여 제자리에 고정되고 절연된 플라즈마 내부에서 발생합니다."라고 뭄가드는 말합니다. "이것은 개념적으로 자석 병과 같습니다. 자기장의 세기는 플라즈마를 절연하여 핵융합 조건에 도달할 수 있도록 하는 자석 병의 능력과 매우 밀접한 관련이 있습니다."
따라서 강력한 자석을 만들 수 있다면 더 적은 전력으로 더 뜨겁고 밀도가 높은 플라즈마를 만들 수 있습니다. 그리고 더 나은 플라즈마를 사용하면 장치를 더 작고 제작 및 개발하기 더 쉽게 만들 수 있습니다.
고온 초전도체를 이용하면 매우 강한 자기장을 만들어 더 작고 향상된 자기 병을 만들 수 있는 새로운 도구를 얻을 수 있습니다. 이를 통해 핵융합이 더 빨리 이루어질 수 있을 것으로 믿습니다.
뭄가드는 기존의 핵융합 실험에 사용되는 것보다 두 배나 강한 자기장을 생성할 수 있는 잠재력을 갖춘 차세대 대구경 초전도 전자석에 대해 언급하고 있으며, 이를 통해 크기당 전력을 10배 이상 증가시킬 수 있습니다.
이트륨-바륨-구리 산화물(YBCO)이라는 화합물로 코팅된 강철 테이프로 만들어진 새로운 초전도 자석을 사용하면 SPARC는 ITER의 약 5분의 1 크기의 핵융합 전력을 생산할 수 있지만, 장치 크기는 약 1/65에 불과합니다.
YBCO 자석은 순수 핵융합 에너지 장치를 구축하는 데 필요한 크기, 비용, 일정 및 조직적 복잡성을 줄임으로써 핵융합 에너지에 대한 새로운 학문적, 상업적 접근 방식을 가능하게 할 것입니다.
"SPARC와 ITER는 모두 토카막입니다. 토카막은 수십 년 동안 플라즈마 물리학 개발의 광범위한 기초 과학을 기반으로 한 특정 유형의 자기 병입니다."라고 Mumgaard는 설명합니다.
SPARC는 훨씬 더 높은 자기장을 허용하는 차세대 고온 초전도체(HTS) 자석을 활용하여 훨씬 더 작은 크기에서도 목표한 융합 성능을 구현할 것입니다.
"우리는 이것이 기후에 적합한 기간 내에 핵융합을 달성하고 경제적으로 매력적인 제품을 만드는 데 중요한 요소가 될 것이라고 믿습니다."
시간 척도와 상업적 실현 가능성 측면에서 SPARC는 수십 년간 연구되고 개선된 토카막 설계의 진화형으로, 이 중에는 MIT에서 1970년대에 시작한 작업도 포함됩니다.
SPARC 실험은 대부분 상업용 발전소와 비슷한 약 200MW의 전력을 생산할 수 있는 세계 최초의 핵융합 발전 시설을 만드는 길을 여는 것을 목표로 합니다.
핵융합 발전에 대한 회의론이 널리 퍼져 있음에도 불구하고(에니는 핵융합 발전에 막대한 투자를 하는 최초의 글로벌 석유 회사가 될 미래 지향적인 비전을 가지고 있음) 옹호자들은 이 기술이 전 세계의 증가하는 에너지 수요의 상당 부분을 충족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있으며, 동시에 온실 가스 배출량도 줄일 수 있다고 믿습니다.
새로운 초전도 자석으로 가능해진 더 작은 규모는 그리드에서 핵융합 에너지를 이용해 전기를 더 빠르고 저렴하게 생산할 수 있는 가능성을 열어줍니다.
Eni는 2033년까지 200MW급 핵융합로를 개발하는 데 30억 달러가 소요될 것으로 추산합니다. 유럽, 미국, 중국, 인도, 일본, 러시아, 한국이 협력하는 ITER 프로젝트는 2025년까지 최초의 과열 플라즈마 시험, 2035년까지 최초의 완전 출력 핵융합 시험이라는 목표의 절반 이상을 달성했으며, 약 200억 유로의 예산이 책정되어 있습니다. SPARC와 마찬가지로 ITER는 전기를 생산하지 않도록 설계되었습니다.
그렇다면 미국의 전력망이 단일형 2~3GW 석탄 또는 핵분열 발전소에서 100MW~500MW 규모의 발전소로 이동함에 따라, 핵융합 발전은 치열한 시장에서 경쟁할 수 있을까요? 그렇다면 언제 경쟁할 수 있을까요?
"아직 해야 할 연구가 남아 있지만, 과제는 알려져 있고, 새로운 혁신이 발전을 가속화할 방향을 제시하고 있으며, CFS와 같은 새로운 참여자들이 문제에 상업적 초점을 맞추고 있고 기초 과학이 성숙했습니다."라고 뭄가드는 말합니다.
"퓨전은 많은 사람들이 생각하는 것보다 훨씬 더 가까이 있다고 믿습니다. 기대해 주세요." jQuery( document ).ready(function() { /* 기업 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