행복한 도시를 위한 발칙한 상상 (22) - 불의 향연
편집부 기자 / rch2927@korea.com 입력 : 2013년 09월 29일
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(주)모루시스템 대표이사 공학박사 이정준 (junlee@moru.com)
뜨거운 태양을 담을 그릇을 준비해야 했다.
불을 처음 가질 때의 경건함으로..
인류는 가장 차가운 그릇, 토카막을 완성하였다.
태양을 갖고 싶었던 염원이 실현되고..
에너지 절약의 구호는 낙엽처럼 흩어졌다.
안전한 무한에너지의 향연이 시작되었다.
갖은 탈 것은 속도를 더하고,
물질은 더욱 풍요로워져..
건강하게 먹고 입고 자는 것은,
태어난 자의 엄중한 권리가 되었다.
상상 속 꿈의 시대가 현실이 되었다.
질기도록 변하지 않은 한 가지.
스스로 찾아야 하는 것이 남아 있었으니..
그것은 ‘행복’이었다.
날씨가 차가운 계절이 되면 우리는 추억속의 따스한 모닥불을 그리워할 수도 있습니다. 불이란 무엇일까요. 위키백과에서는 ‘불은 물질이 연소하면서 에너지를 빛과 열의 형태로 방출하는 산화 과정이다.’고 설명하고 있습니다. 인류가 불을 활용하기 시작한 역사는 돌을 깨서 만든 무기로 거대한 매머드를 사냥하던 142만 년 전, 호모 에릭투스(Homo erectus) 시대까지 거슬러 올라가는 것으로 알려져 있습니다.
현대를 사는 우리에게 불은 에너지를 얻는 중요한 수단입니다. 한국 에너지경제연구원의 에너지통계연보에 의하면 2011년을 기준으로 세계 1차에너지 총 소비량은 12,274백만 석유환산톤(toe)이며, 상세하게는 석유 4,059(33%), 천연가스 2,905(24%), 석탄 3,724(30%), 원자력 599(5%), 수력 791(6.4%), 신재생 194(1.6%) 백만 석유환산 톤으로 산출되어 있습니다. 현재의 인류는 석유ㆍ천연가스ㆍ석탄 등 화석연료를 연소하여 얻는 에너지를 주로( 87%) 활용하고 있습니다.
화석연료는 수억~수백만 년 전 지구상에 서식했던 플랑크톤이나 동ㆍ식물이 오랜 기간동안 압력과 열이 높은 땅 속에 매장되어 화학적 변이를 거쳐 된 것입니다. 동물은 식물을 먹고 자라고 식물은 태양에너지를 받아야 성장할 수 있으므로, 현재의 인류는 과거의 지구에 장기간 공급되어 누적된 태양에너지를 사용하고 있다고 할 수 있습니다. 화석연료는 연소과정에서 많은 양의 이산화탄소를 발생하여 지구 온난화의 주범으로 인식되고 있고, 근본적으로는 고갈되고 있는 유한자원이라는 한계성을 내포하고 있습니다.
1921년 노벨물리학상을 수상한 알베르트 아인슈타인(Einstein, A.;1879~1955) 박사는 1905년 발표한 논문에서 ‘물질이 에너지로 변환되면, 그 물체의 질량에 광속의 제곱을 곱한 만큼(E=mc2)의 엄청난 에너지가 얻어진다.’는 질량-에너지 동등성(mass-energy equivalence) 개념을 발표하였고, 이후 이것은 사실로 확인되었습니다. 이렇게 질량을 에너지로 변환시키는 일은 물질을 태우는 일반적인 연소과정에서는 나타나지 않고, 핵분열(nuclear fission) 또는 핵융합(nuclear fusion)의 특수한 상황에서 실현될 수 있습니다.
핵분열은 일반적으로 우라늄ㆍ플루토늄 등 큰 원자의 원자핵이 두 개 이상의 작은 원자핵으로 쪼개지면서 막대한 에너지를 방출하는 현상을 의미하는데, 원자폭탄은 이러한 과정이 빠른 속도로 이루어지도록 한 것이고, 현재의 원자력발전소는 안정적으로 느리게 이루어지도록 하여 된 것입니다. 그런데 이러한 핵분열에너지의 활용은 인류의 생존과 지구생태계에 치명적인 영향을 미치는 방사능 물질이 생성된다는 애로를 내포하고 있습니다.
태양과 별들 그리고 공포의 수소폭탄이 에너지를 내는 것은 핵융합 원리에 의한 것입니다. 핵융합은 주로 1억도 등 초고온 프라즈마 상태의 작은 수소 원자핵이 서로 융합되어 큰 헬륨 원자핵으로 변화되면서 막대한 에너지를 내는 현상입니다. 세계의 관련분야 과학자와 기술자들은 지구상에 풍부한 수소를 원료로 사용하고 핵분열과 달리 매우 안전한 특징을 갖는 핵융합 발전기술을 완성하기 위하여 노력하고 있습니다. 이는 곧 ‘인류의 창의적인 노력으로 지구상에 작은 태양을 만드는 작업이다’라고 비유할 수 있습니다.
토카막(tokamak)은 핵융합에 필수적인 1억도의 초고온 플라즈마를 담을 목적으로 여러 국가에서 다투어 개발하고 있는 도넛형 특수장치입니다. 지난 2008년 첫 플라즈마를 켠 한국의 KSTAR 토카막은 세계최초로 초저온 초전도코일을 이용하여 성능을 향상시킨 것이 특징입니다. 한국의 토카막 기술은 한국ㆍEUㆍ일본ㆍ러시아ㆍ미국ㆍ중국ㆍ인도 등 7개국이 국제적인 협력을 통하여 2019년 완공을 목표로 프랑스의 카다라쉬(Cadarache)에 건설하고 있는 공용 핵융합시험로인 ITER에도 적용되고 있습니다.
인류의 염원을 담은 인공태양 기술, 전문가들은 향후 50년 내에 핵융합 발전기술이 실용화될 것으로 예측하고 있습니다. 그 날이 생각보다 빨리 왔으면 좋겠습니다.
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(사진: ITER 토카막, 출처: www.iter.org) |
편집부 기자 / rch2927@korea.com 입력 : 2013년 09월 29일 
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