2050 핵융합 시대 실제 준비 들어간다

과기정통부, 전력생산 실증로 기본 개념 확정
ITER 2030년대 연쇄반응 검증 후 2050년대 전력 생산 대비

우리나라가 2050년대 본격화될 전망인 핵융합 발전 시대에 대비해 사전 준비에 들어간다. 500MW급의 전력생산 실증로를 개발하기로 하고 관련 기술 개발 및 운영 목표ㆍ설계 기준을 만들었다.

과학기술정보통신부는 23일 오후 제18차 국가핵융합위원회를 개최해 이같은 내용의 '핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념' 안건을 심의ㆍ의결했다.

우리나라는 김영삼 정부 시절부터 한ㆍ미 국제 연구 협력 과제의 일환으로 핵융합 에너지 연구를 본격화했다. 태양에서 일어나는 핵융합 연쇄 반응로를 지상에 구현한 '인공태양'을 만들어 인류가 처한 에너지 위기ㆍ기후 변화 등 환경 문제를 일거에 해소하겠다는 야심찬 포부다. 특히 2008년 4000억원을 들여 대전 대덕연구단지에 한국형 초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 설치했다. 핵융합시 꼭 필요한 섭씨 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 장시간ㆍ관리 유지하는 기술ㆍ운영 노하우를 습득하는 시설이다. 2021년 11월 세계 최초로 이온 온도 기준 섭씨 1억도를 30초 이상 유지하는데 성공하는 등 국제 연구를 선도하고 있다.

그러나 에너지화의 필수 요소인 본격적인 핵융합 연쇄 반응 연구는 시설상 한계가 있다. 이에 미국, 유럽연합(EU) 등 7개국과 함께 프랑스 남부에 국제핵융합로(ITER)를 건설 중이다. ITER은 세계 최초로 핵융합 도중 발생하는 중성자 차폐 장치를 갖춰 아직까지 실현하지 못한 자기장 핵융합 방식의 첫 연쇄 반응 점화(ignition)를 이뤄줄 것으로 기대되고 있다. ITER를 개발 중인 국제 연구진은 지난해 미국 로런스 리버모어 국립연구소가 레이저 핵융합을 통해 성공한 1.5Q(투입 레이저 에너지 대비 산출 에너지양)보다 훨씬 높은 10Q 달성을 예상하고 있다. 자기장 가둠 핵융합 방식이 본격적인 에너지화에 필요한 이론적 증명 및 기술적 토대가 완성된다는 것이다. ITER은 코로나19 팬데믹(세계적 대확산) 등을 거치면서 건설 작업이 지연돼 2035~2038년께 완공될 것으로 전망된다. 따라서 핵융합 연쇄 반응 성공도 그 이후로 미뤄지고 있는 실정이다.

그러나 주요 참여국들은 이미 ITER의 핵융합 연쇄 반응 성공을 전제로 중성자를 이용해 전력을 실제로 생산하기 위한 관련 기술 개발을 본격화하고 있다. 우리나라도 이날 기본 개념을 확정함으로써 이같은 핵융합 에너지 실용화 경쟁에 본격적으로 뛰어들게 됐다. 우선 우리나라는 이번 기본 개념을 통해 최대 전기출력 500MW급 이상의 실증로를 세우기로 했다. 또 연료인 삼중수소 유효 자급률을 1 이상으로 설정했다. 삼중수소의 취급이나 중저준위 방사성 폐기물 처리 등과 관련해 안전성을 검증하는 한편 경쟁력 있는 전력 생산 단가를 산출해 '경제성'을 검증하기 위한 데이터도 확보한다. 실증로의 크기는 주반경 7m 이내의 토카막 노형이며, 60% 이상 장치 가동ㆍ설계 수명 40년 이상ㆍ안전기준 지진 규모 7.0 등으로 짓기로 했다.

앞으로 2026년까지 예비개념 설계를 거쳐 30년까지 개념 설계를 마치고, 2035년부터 실제 공학 설계에 들어간다는 방침이다. 삼중수소 유효자급률 1 이상을 달성하기 위해 EU와 공동으로 실증로 연료 자급을 위한 증식 블랑켓 기술을 확보하기 위해 연구에 들어갈 계획이다. 증식블랑켓은 핵융합로 노심의 내벽 부품으로 중성자-리튬 반응으로 핵융합 연료인 삼중수소를 생산하는 장비다.

이종호 과기정통부 장관은 '인공 태양 기술인 핵융합에너지는 탄소 중립과 에너지 안보를 동시에 해결해 나갈 수 있는 잠재력을 가진 도전적 분야"라며 "국내의 우수한 기술력을 바탕으로 ITER 이후의 실증 단계에서도 핵융합 에너지 개발을 주도하도록 준비해 나가겠다"고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr