핵융합 발전 실현까지 갈 길이 먼 이유

미래 에너지로 크기 기대되는 핵융합은 연쇄 반응으로 폭주해버릴 위험성이 높은 핵분열과 비교하면 안전하게 여겨지고 실현을 향한 연구가 진행되고 있다. 하지만 핵융합 발전 상업화에 대한 긴 길에선 작은 단계에 불과하다.

레이저 핵융합 실험에서 투입한 것보다 높은 에너지 출력을 얻을 수 있는 핵융합 점화에 성공한 게 미국에너지부와 국가핵안전보장국 NNSA에 의해 발표되고 있어 실험 성공은 핵융합에 있어 브레이크스루라고 여겨지고 있다.

로렌스리버모어국립연구소에선 수소 플라즈마를 갇은 작은 캡슐에 레이저를 조사해 핵융합 반응을 일으키는 관성 가두기 방식 레이저 핵융합 실험을 실시하고 있다. 이번 핵융합 실험 성공에 대해 핵융합 발전 상업화에 대한 작은 한 걸음에 불과하며 핵융합 발전이 안고 있는 문제점을 지적하고 있다.

첫 반째 문제점은 핵융합 발전에 필요한 레이저는 이번 실험에서 사용된 레이저보다 100배 효율이 요구된다는 점이다. 로렌스리버모어국립연구소 실험에서 수소 캡슐로 생성된 에니저는 3.15메가줄이고 투입된 레이저 에너지는 2.05메가줄이었다. 하지만 레이저 에너지와 레이저를 조사하는데 필요한 에너지는 완전히 별개다. 실험에서 이뤄진 레이저 조사에선 1회당 300만 메가줄이 필요하기 때문에 레이저를 조사하는데 필요한 에너지를 웃도는 에너지를 핵융합 반응으로 생성하는 건 아직 실현까지는 멀다는 지적이다.

2번째 문제는 레이저 조사 빈도가 낮다는 것이다. 2022년 로렌스리버모어국립연구소에선 1년에 수 회 수소 캡슐에 레이저를 조사하고 있지만 핵융합 발전을 할 때에는 레이저가 1초간 수 회 조사되는 건 이상적 핵융합 발전을 하기 위해선 현재 레이저 조사 빈도에선 아직 부족하다는 지적이다.

3번째 문제는 발생한 에너지를 사용 가능한 전력으로 변환해야 한다는 점이다. 핵융합 발전에선 핵융합로를 상자로 감싸고 중성자를 흡수해 발생한 열을 이용해 증기 터빈을 구동하게 되지만 프린스턴플라즈마물리학연구소 관계자는 모형 블랭킷을 만든 적은 있지만 실용적인 블랭킷은 만든 적이 없다고 지적했다.

4번째 문제는 핵융합로 운용과 유지에 드는 비용이 높은 점이다. 로렌스리버모어국립연구소에서 사용되는 수소 캡슐 제조에는 1개당 수십만 달러가 필요하다. 또 로렌스리버모어국립연구소 레이저 출력은 강력하며 조사할 때마다 시설 장비에 손상을 주고 있으며 현재 융합 실험에선 필요한 비용이 엄청나다.

5번째 문제점으로는 개발 초기 단계에 있는 핵융합 발전이 상업적으로 경쟁할 수 있는지는 분명핮 않고 상업화 가능성에 대한 검토가 이뤄지지 않은 게 현상이다. 다시 말해 현재는 핵융합 실험이 성공하더라도 상업적인 핵융합 발전으로 발전할수 있는지에 대해 불투명하다는 게 지적되고 있다.

한편 핵융합 발전은 절망적이지 않다고 말해지고 있어 레이저 출력을 조금 증가시키는 것만으로 에너지 출력이 급속도로 향상될 가능성이 있다고 한다. 지금까지 자기장 잠금 방식에 의한 핵융합 발전은 가능하다는 견해였지만 실현 가능성을 보여준 것이며 핵융합으로 만들어진 에너지를 어떻게 전력으로 변환하는지에 대해서도 아직 연구 여지가 있다고 할 수 있다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.