[中 안후이성을 가다] (상) 인공태양 개발기지 ‘허페이물리학硏’
｜허페이(合肥·중국 안후이성) 이지운특파원｜“차세대 에너지원을 확보하지 못하면 초강대국이 될 수 없다.”‘에너지’는 중국의 최대 화두(話頭) 가운데 하나다. 성장을 유지해야 하는 중국은 지금 석유를 비롯한 에너지원 확보에 사활을 걸고 있다시피하다. 중국은 2050년까지 170∼240기의 원전을 건설해야 전력 문제를 해결할 수 있는 것으로 알려진다. 현재 세계적으로 가동되고 있는 원전 440여기의 절반 안팎이다.
‘오늘의 에너지’ 확보를 위해 온 외교적 역량을 쏟아붓고 있는 중국은 대체 에너지와 차세대 에너지 개발에도 진력을 다하고 있다. 그래야 13억 인구의 ‘지속가능한 발전’을 바라볼 수 있기 때문이다. 인공태양은 그 최고 정점에 위치한 목표다.
중국의 인공 태양이 자리잡고 있는 중국과학원 허페이물리학연구원. 안후이(安徽)성 성도 허페이시 외곽에 위치한 연구원은 천연 요새와 같다. 퉁푸(銅鋪)댐 안의 섬에 자리잡고 있어 무장 공안(公安)이 지키고 있는 긴 교량 입구를 통해서만 진입할 수 있다. 대외적인 주소도 ‘허페이시 사서함 1126’으로만 적고 있다. 그만큼 보안에 신경을 쓰고 있다는 얘기다. 지난 17일 외국 언론에 인공태양을 처음으로 공개한 것은 자신감의 표현이기도 하다.
연구소 전체는 하나의 공원 같았다. 구획 정리된 내부는 아파트와 학교, 유치원 등을 비롯한 각종 시설이 잘 조성된 조경과 어우러졌다. 고체물리학연구소, 광학연구소, 미세기술연구소, 지능기계연구소, 플라스마물리연구소 등 5개 산하 연구소가 입주해 있다.
플라스마물리연구소는 지난해 9월26일에 이어 올 1월23일 인공태양 방전실험을 통해 플라스마 확보에 잇따라 성공했다고 발표했다.
인공태양은 수소 ‘핵융합’을 통해 에너지를 무한대로 발생시키는 장치다.‘핵분열’을 이용하는 원자력 발전과는 다른 기술이다. 크게 3가지 방식이 있으나 가장 일반적으로 사용되는 방식은 과거 옛 소련에서 개발된 ‘토카막(Tokamak)형’이다.
이 방식으로 핵융합 발전을 하려면 지구상에는 존재하지 않는 1억℃ 정도의 초고온 ‘플라스마’를 만들어야 한다. 그러나 이 정도 온도의 물질을 담아낼 장치가 없기 때문에 플라스마를 진공 공간에 띄워놓고 핵융합을 유도하는 ‘토카막’이라는 장치가 필요하다. 이 장치가 바로 인공태양이다.
중국이 인공태양인 ‘초전도 토카막 핵융합장치(EAST)’ 개발에 본격 착수한 것은 1998년부터다. 국가발전개혁위원회가 인공태양 제작을 승인한 뒤 중국과학원은 2000년 10월 EAST 제작에 착수했다.2005년 연말 조립을 마쳤으며 지난해 3월 방전실험을 위한 준비를 마쳤다. 중국은 인공태양 연구분야에서 후발주자이지만 오는 2050년쯤 인공태양을 상용화한다는 계획이다. 중국의 인공태양 EAST는 진공 공간에서 기체상태의 이중수소를 5000만∼6000만℃ 정도의 초고온 플라스마로 바꿔 핵융합이 일어나게 하는 정도다. 미국이나 일본, 유럽이 2030∼2040년쯤 상용화한다는 계획에 비하면 10년 이상 늦는 셈이다.
이에 우쑹타오(武松濤) 중국과학원 플라스마물리연구소 부소장은 “최근 정부에 새 계획안을 제출했다.”고 밝혔다. 중앙 정부의 대대적인 지원을 유도하기 위해서다. 그는 “이제부터는 투자액과 지원의 문제”라고 말했다.
선진국들이 핵융합에너지 개발에 열을 올리는 이유는 에너지 자급뿐 아니라 향후 거대한 관련 시장이 창출될 가능성을 보고 있기 때문이다. 예컨대 연 60조원 규모의 전 세계 반도체 관련 시장 가운데 핵융합에너지 파생 기술인 플라스마 기술이 포함된 분야가 3분의2를 넘는 것으로 분석된다. 디스플레이 제조 장비, 수소발생 장치, 태양전지 등 다양한 분야에서의 응용을 고려하면 경제적인 파급효과를 수백조원 규모로 추산되기도 한다. 미래의 에너지 개발을 위한 소리 없는 전쟁이 격화되고 있는 또 다른 배경이다.
jj@seoul.co.kr
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●플라스마
전기를 띠고 있는 기체. 고체·액체·기체 외에 물질의 ‘네번째 상태’로 불린다. 우주의 99%는 플라스마로 이뤄져 있다. 자연상에는 번개, 오로라 등의 형태로 존재. 인공 플라스마는 PDP TV, 형광등, 네온사인 등 다양한 분야에 활용된다.
■ “개발 실투자액은 3억2000만위안”
｜허페이(合肥·안후이성) 이지운특파원｜우쑹타오(武松濤) 중국과학원 플라스마물리연구소 부소장은 인공태양 실용화 가능성에 대해 “현 단계에서 기술 수준이 일정 정도에 올라와 있는 나라라면 인공태양의 실용화 속도는 투자에 비례한다.”면서 낙관적인 전망을 내놓았다. 다음은 일문일답.
▶성공을 보장하기 위한 관건은.
－정부에 새 계획을 제출했다. 계획서에서 우리는 플라스마의 가열과 플라스마 전류의 구동 및 효율이 관건이라고 제시했다. 중앙정부는 핵융합 연구개발을 매우 적극적으로 지지하고 있다. 중국도 ‘국제핵융합실험로(ITER)´ 공동개발사업에 참여했다.
▶현재 인공태양 연구의 관건은 무엇인가.
－온도와 플라스마의 밀도, 지속시간이다. 이 3가지가 목표대로 달성되면 핵융합발전이 가능하다.
▶중국 인공태양의 상용화 시기는.
－미국과 일본, 유럽은 구체적으로 계획을 갖고 있다. 이 국가들은 30년 정도면 상용화가 가능할 것이다. 그러나 우리는 앞으로 50년 정도 걸릴 것으로 보고 있다.
▶한국의 인공태양 기술 수준은 어떻게 평가하나.
－한국의 수준은 매우 높다. 투자비용이 중국보다 더 많다.
▶한국도 인공태양인 ‘차세대 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)’를 오는 8월 완공할 예정인데.
－우리의 EAST(초전도 토카막 핵융합장치)는 직경이 1.8m인데 반해 한국의 KSTAR는 직경이 1.9m로 약간 더 크다. 한국과 중국의 인공태양은 매우 비슷하다.
▶인공태양 추가 건설 계획은.
－2050년을 목표로 세번째 토카막을 건설할 예정이다. 세번째 인공태양은 건물 3층 높이의 토카막이 될 것이다.
▶EAST를 통한 플라스마 제작에 투입한 예산은.
－공식적으로는 1억 6000만위안(약 200억원)이 투입됐지만 실제로는 3억 2000만위안이 들었다.(그는 “한국은 인공태양 연구에 3억달러의 거액을 쓰는 것으로 알고 있다.”며 부러워했다.)
▶EAST에서의 온도 생성이 부족하지는 않나.
－우리는 5000만∼6000만℃ 정도 상태에서의 플라스마를 만들었다. 이 정도는 돼야 핵융합이 일어난다. 이는 비교적 온도가 낮지만 지속시간이 길고 플라스마의 밀도가 높으면 핵융합이 일어난다.
jj@seoul.co.kr
■ “中 핵융합 장치 성능 한국의 3분의1 수준”
｜베이징 이지운특파원｜인공태양 기술의 한국 수준은 중국과 비교해서 어느 정도일까.
한국의 ‘차세대 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)’는 오는 8월에나 조립이 끝날 예정이다. 시험운전을 거쳐 내년 6월께 KSTAR를 통한 첫번째 플라스마를 만들 예정이다. 중국이 2005년 연말 핵융합장치 조립을 마치고, 지난해 9월 처음으로 플라스마를 확보했다고 발표한 것을 단순 비교하자면 1년6개월가량 뒤처진 것으로 보인다.
그러나 한국 기초과학연구원의 이경수 박사는 21일 기자와의 통화에서 ‘난센스’라고 한마디로 일축했다.KSTAR 연구를 총괄해온 이 박사는 “중국의 핵융합장치는 성능이 한국의 3분의1에도 못미친다.”면서 “중국의 EAST(초전도 토카막 핵융합장치)는 열처리 자체가 필요없는 장치이지만, 한국의 KSTAR에는 열처리만 40개월이 걸리는 대단히 고난도 기술이 적용됐다.”고 설명했다.
이 박사의 설명에 따르면 중국의 EAST는 이미 상용화된 기술을 채용한 관련 업계의 2세대 장치이지만 한국의 KSTAR는 3세대 것으로, 기술 수준은 미국·일본의 95% 수준에 도달해 있다. 또한 “KSTAR는 현대중공업·삼성중공업·두산중공업 등 세계적인 업체가 제작에 참여한 ‘작품’으로 연구실에서 ‘뚝딱’한 중국의 EAST와는 차원이 다르다.”는 것이다.
다만 이 박사는 “한국은 장치 제조에 있어 세계 최정상 수준에 근접해 있지만, 아직 운행을 해보지 못해 실험 측면에서 다소 뒤져있는 것 같다.”고 말했다.
그러나 우리나라는 ‘국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트’에 참여하면서 세계 수준에 도달할 기회를 확보했다. 이 프로젝트에는 미국과 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 한국, 중국, 인도 등 7개국이 참여하고 있다. 이경수 박사는 “ITER가 완성되는 2016년에는 한국도 이미 10년 가까운 운영 경험이 쌓일 것이므로 상당한 경쟁력을 갖게 될 것”이라고 전망했다.
한국은 이를 위해 적잖은 투자를 결심했다.ITER 실험로는 프랑스에 들어서기 때문에 EU가 절반 가량을 부담하고 나머지 절반 남짓을 6개국이 각각 나눠 낸다. 추산이 다소 다르긴 하지만 한국은 2040년까지 1조6000억원 정도를 부담할 것으로 예상된다. 연평균 420억원 정도지만,ITER 건설 기간인 2007∼2015년 사이에는 약 8700억원을 집중 투자돼야 한다.
그러나 정부는 ‘핵융합 에너지 개발진흥법’을 제정하는 등 전폭적인 지원을 준비하고 있다.
jj@seoul.co.kr
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