"2036년에 세계 최초 발전소 지으려면, 지금부터 철저히 준비해야"
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    핵융합발전소,

    대한민국이 가장 먼저 지어야

     

    과학자들은 인류의 미래 에너지는 핵융합발전소에서 찾는다.

    핵융합(nuclear fusion) 발전은
    태양과 같은 이치로 뜨거운 열을 만들어
    이 열을 가지고 발전기를 돌려 전기를 생산한다.

    원자력발전이 핵분열에서 생기는 열을 이용하는 것과는 반대로,
    핵융합 발전은 핵이 융합하면서 나오는 열을 이용한다.

    연료값이 거의 들지 않고,
    위험한 부산물이 없으며,
    오직 평화로운 용도로만 사용 가능한 핵융합은
    그래서 [밀레니엄 에너지]라고 불리기도 한다.

    인류가 새로운 1,000년을 맞기 위해서는 꼭 필요한 에너지라는 뜻이다.

    과학자들은
    이 [꿈의 에너지]를 생산하는 [핵융합발전 연구]에 사활을 걸고 있다.

    이 세계적인 릴레이 경주에서
    4번째 선두주자로 달리고 있는 국가는 어디일까?
     
    35년동안 핵융합발전연구에 미친듯이 달려온
    이경수(李京洙 57 국제핵융합실험로 이사회부의장, 국가핵융합발전소 연구위원) 박사는 
    “지금 이 연구의 장자상속권은 대한민국에게 왔다”고 자신 있게 말했다.  


    플라즈마 물리학에서 시작한 핵융합발전 실용화 연구는
    1968년 러시아 과학자들이
    토카막 장치를 만들면서 중요한 전기를 맞았다.
    그 뒤를 이어 미국-유럽연합이 중요한 진전을 이뤘으며
    대한민국은
    4번째로 중요한 진전을 선보여 핵융합발전연구를 선도하고 있다.

    대한민국은
    <국가핵융합발전연구소>를 세워
    한국형 핵융합발전연구시설인 KSTAR를 건설했다.

    1995년 12월에 시작한 K스타는
    2007년 8월 완공하기까지 무려 11년 8개월이 걸렸다.
    여기에 들어간 사업비는
    장치개발에 3,090억원, 시설건설에 1,092억원이다.

    K스타는
    핵융합발전 연구에서 남들은 불가능하다고 생각했던
    차세대 [초전도] 토카막 장치를 채택한 것이
    핵융합발전에 중요한 전환점을 이뤘다는 평가를 받고 있다.

  • ▲ 대덕연구단지 국가핵융합연구소 안에 있는 K스타 ⓒ
    ▲ ▲ 대덕연구단지 국가핵융합연구소 안에 있는 K스타 ⓒ


    건설 당시 K스타의 플라즈마는 지속시간이 0.25초 였지만,
    현재 K스타의 플라즈마 지속시간은 20초에 달한다.

    불가능하게 여겨졌던 핵융합 에너지 재생이 20초간 지속됐다는 의미이다.

    바로 이 K스타 기술이
    지금 전세계 플라즈마 물리학자들의 큰 관심사항인
    국제핵융합실험로(ITER 이터) 건설의 핵심을 차지하고 있다. 

    이경수 박사는
    "인류에게 새 희망을 안겨줄 [에너지 신세계]의 절반쯤 도달했다”
    말했다.

    1950년대 순수물리학인 플라즈마 연구에서 시작한
    핵융합 발전 연구의 실용화가 멀지 않았다는 뜻이다.

    성경을 읽을 때 사람들은 마태복음 1장,
    누구는 누구를 낳고, 누구는 누구를 낳고, 누구는 누구를 낳고 하는
    지루한 족보에 하품을 하기 쉽다.

    아담에서 시작한 마태복음 1장의 족보는 수십명을 거쳐
    마침내 인류구원의 신세계를 완성하는 예수에게 끝난다.

    이 족보는 말하자면 인류구원의 장자상속권이
    어떻게 이어졌는지를 상징적으로 보여준다.

    이경수 박사는
    핵융합발전을 하나의 에너지 구원으로 비유하자면,
    핵융합에너지 연구의 장자상속권이 러시아에서 시작해
    미국으로 갔다가 유럽을 거쳐 지금 한국에 왔다고 보고 있다.

    지금 프랑스에 건설중인 ITER는
    유럽연합-미국-러시아-일본이 시작했으나 
    초전도 핵융합시설을 만든 대한민국이 추가로 들어갔다.

    이어서 가장 큰 전기를 필요로 하는 중국과 인도가 들어와
    7개국이 공동으로 짓고 있다.

    ITER는
    핵융합을 통해 처음으로 전기를 발전하는 실증시설이 될 것이다.

  • ▲ 대한민국, 유럽연합 등 7개국이 프랑스에 건설하고 있는 국제핵융합발전실험로 이터
    ▲ ▲ 대한민국, 유럽연합 등 7개국이 프랑스에 건설하고 있는 국제핵융합발전실험로 이터



    바로 이 다음 단계인 핵융합발전소가 건설될때,
    [핵융합발전연구 족보]는 끝이 난다.

    그렇다면,
    대한민국이 핵융합발전 연구에서 4번째 주자로 나서게 된 이유는 무엇일까? 

    첫번째는 이경수 박사 같은 [미친] 연구자가 있었기에 그것이 가능했다.
    두번째로 중요한 이유는,
    대한민국의 막강한 제조업 인프라 덕분이다.


    "지금 핵융합발전의 복잡한 설비를 가장 잘 만들수있는 국가는
    일본도 아니고 독일도 아니고 미국도 아니고,
    바로 대한민국이다."


    소재, 중공업, 조립, 정밀제어 등 복잡다난하면서도
    고도의 정밀성을 필요로 하는 시설을 다 만들 수 있는 단일국가는
    거의 찾아보기 힘들다. 

    이경수 박사는
    “대한민국은 자기가 잘 하는 것을 얼마나 잘하는지 모른다”고 말했다.
    다른 나라에서는 하기 어려운 초전도핵융합시설 건설을
    우리가 세계최초로 만들어
    핵융합연구릴레이의 4번째 주자로 나설 수 있었던 근본 요인을 간결하게 설명한 말이다,

    핵융합발저은 아직 상용화까지 대략 20년이 남았다.
    대한민국은 2036년 6월에 세계 최초의 핵융합발전소를 짓겠다는 꿈을 꾸고 있지만,
    유럽도 2040년에,
    중국은 2030년에 상용화발전소 건설을 목표연도로 하고 있다.

     

    전화위복이 된 IMF 위기 - 단 한번에 성공하다


    이경수 박사가 핵융합발전에 눈을 뜨게 된 것은
    수소폭탄을 만들었던 천재 물리학자 마샬 로젠블루스 교수의 제자가 되면서부터이다.

    로젠블루스 박사는 수소폭탄을 만들었으나 그 파괴적인 위력에 실망해서
    이를 평화적인 목적으로 사용하려고 핵융합발전연구를 시작했다.

    서울대 물리학과 대학원을 마치고 미국 시카고 대학에서 공부하던 그에게
    하루는 지도교수인 유진 파크 박사가 연구실을 옮겨보라고 권유했다. 

    마샬 로젠블루스 박사가 미국 텍사스 오스틴대학에서
    핵융합발전에 대한 연구를 시작했으니 그리로 옮겨보라는 제의였다.

    유진 파크 박사는 실용적인 질문을 많이 던지던 이경수박사가
    핵융합발전 관련 연구에 적합하다고 생각했던 것이다.

    이 박사는
    “마샬 로젠블루스 같은 천재는 처음 봤다”고 한다.
    책을 읽을 땐 글자 하나씩 읽는게 아니고
    그저 책장을 넘기는 속도만큼 빠르게 읽어댔다.

    도저히 모를 것 같은 내용도 질문만하면 답변이 나왔고,
    논문 제목만 수록해도 책자가 나왔다. 
    두꺼운 수학책은 통째로 외고 칠판 가득한 수학식도 글자 하나 안 틀리고 적어댄다.

    이 박사가
    고인이 된 마샬 로젠블루스 제자로 들어간 것이 1981년이니
    대략 지금까지 35년을 물리학의 플라즈마 연구,
    다른 말로 하면 태양열과 같은 원리로 전기를 생산하는 핵융합발전연구에 몰두했다.

    그가 우리나라에 핵융합발전을 이식시키려 귀국한 것은 1991년이다.
    처음엔 [미친 소리다] [안된다] [불가능하다]는 소리를 수없이 들었다.

    그러나 지금은 아니다.

    위기는 있었다.
    1997년 말 대한민국이 IMF 관리체제에 들어가면서 연구가 중단될 위기가 왔다. 



  • 겨우 걸음마를 떼기 시작한 핵융합연구를
    중단할 것인지 말 것인지 결정하는 전문가회의가 열렸다.
    위원들은 거의 중단을 마음속으로 결정한 상태였다.

    이때 이를 지지한 정부 예산실 과장의 말을 그는 아직도 기억한다.

    “우리나라가 이 위기로 망할 것 같습니까?
    이 위기로 한국이 망하지 않습니다.
    지금 쓸 돈은 없지만 미래를 죽이면 정말 망합니다.
    당장 내년에 핵융합연구에 투자할 순 없지만,
    그렇다고 지금 죽이면 나중에 후회할 것입니다.”


    그래서 나온 절충안이
    연구진의 월급만 주고 사업은 일시 중단하는 것이었다.  
    4년간 20여명의 연구진들은
    사업비는 없이 그저 죽치는 신세가 됐다.

    그들에게 남은 것은 컴퓨터뿐이다. 
    펄펄 뛰던 이박사에게는 거의 미칠만큼 힘들고 괴로운 시간이었다. 

    그러나 나중에 돌이켜보니
    이 4년 죽치는 시간이 엄청 큰 도움이 됐다.
    사업비가 없으니 그들이 할 수 있는 일은 컴퓨터로 설계도를 그리고
    지금까지 세웠던 계획을 꼼꼼히 되짚는 일뿐이었다.

    광야에서 자기를 돌아보는 시간이었다.

    컴퓨터로 수정하고 다시 점검하는 일뿐이던 시간이
    오히려 전화위복이 됐다.

    핵융합발전 연구 시설 같은 대형 프로젝트는
    아무도 해 본 적이 없는 새로운 시설이므로
    실제 이 장치가 제대로 가동할 것인지 아닌지는 아무도 모른다.

    수천억원이 들어가도 수없는 시행착오와 불발로 끝나는 일이 적지 않다.
    나로호 발사체 카운트 다운이 몇차례 실패한 데서도 잘 알 수 있다.

    그렇지만,
    IMF 이후 4년의 공백은
    이 같은 시행착오를 없애는데 결정적인 역할을 했다.
    4년동안 설계의 모든 오류를 다 잡아냈다.

    이 때문에 2007년 핵융합시설이 처음 가동할 때
    아무 사고도 발생하지 않았다.
    당시 K스타 가동 카운트 다운은 무려 6개월전에 시작했다.
    대한민국의 내노라는 69개 기업이 참여한 종합설계첨단공사였다. 

    6개월의 카운트 다운 동안 단 한번도 중단된 적이 없다.
    나사 하나 용접 한군데 혹은 조립 한 부분이라도 잘 못되면
    카운트 다운은 중단된다. 


  • 새로운 초전도장치는 모든 극한 기술이 총동원된 것이다.
    섭씨 -269도에서 돌아가는 그 큰 장치가
    그냥 돌아가는 것은 인류역사상 처음이었다.

    사람들은 운이 좋다, 기적이다고 말하지만,
    이경수박사는 검지손가락을 내밀며 이게 답이다고 한다.

    워낙 꿈 같은 이야기요,
    지하자원이 필요없는 발전이라는 허무맹랑해 보이는 연구과제이다 보니
    너무나 많은 사람들이
    안된다, 미쳤다는 소리를 한 그 비난의 손가락을 생각하면서
    도저히 실패할 수 없었다는 뜻이다.

    “대형 장치는 우리나라에서는 더 어렵다.
    우리나라는 용서가 없다.
    연구과제는 100% 성공하는 이상한 전통이 있다.
    8,600개의 용접부위가 하나도 이상 없이 다 돌아갔다.
    그 분들이 보고 있어서 성공할 수 있었다.”


    K스타를 만든 실력을 가지고
    지금 대한민국은 세계 7개국(EU를 한 국가로 계산)이 공동으로 만드는
    이터(ITER) 일원으로 당당하게 들어갔다.

    프랑스에 건설하고 있는
    국제핵융합실험로(이터 ITER International Thermonuclear Experimental Reactor)가
    완성되면,
    이제 남은 과제는 실용화 연구 경쟁이다. 

    현재 7개국은,
    이터에 들어가는 87개의 부분을 나눠서 짓고 있다.
    대한민국은 이중 9개 부분을 맡았는데,
    K스타의 핵심 기술이 중요한 부분을 차지한다.
    초전도체-진공용기-전기공급시설-어셈블리 등이다. 

    이터는 2020년쯤 완공된다.
    이터는
    핵융합발전 설비를 통해서 전기가 실제로 생산된다는 사실을 보여주는
    실증 연구로이다.

    태양 같은 발전소가 가능하다는 것이 눈앞에서 보여지면,
    정치가들과 공무원 언론들은 엄청난 반응을 보일 것이다.

    세계적으로도 핵융합발전의 태풍이 불 것으로 이박사는 예상했다.
    이 박사는
    지금부터 10년을 준비해야 핵융합발전의 과실을 딸 수 있다고 강조했다.

     

    지하자원 필요없고 무기화 되지 않는 평화 에너지


    핵융합발전은 누구나 꿈처럼 생각할 수 있는 여러가지 장점이 있다.


    1. 원료값이 거의 들어가지 않는다.

    석탄이나 석유 또는 우라늄 같이 힘들게 땅에서 파낸 지하자원을 이용하지 않는다.
    바다물에서 손쉽게 얻을 수 있는 중수소와 리튬을 이용한다.
    중수소와 리튬이 융합하면서 나오는 잉여의 중성자가
    E=mc2의 원리에 의해 발생하는 엄청난 열을 이용한다.

    원료가 지구상에 널 부러져 있으니 자원전쟁을 불러오지 않는다.
    자원을 가지고 공급가격을 공급가격을 조작하는 일은 애초부터 불가능하다.


    2. 위험한 부산물이 생기지 않는다.

    원자력발전의 가장 큰 위험 중 하나는
    원자력발전을 하고 난 다음에 생기는 폐기물을 가지고
    무서운 핵무기를 만들 수 있어서 핵확산이 우려된다. 
    뿐만 아니라 원자력 발전을 하고 남은 핵폐기물은
    아직도 어떻게 처리를 해야 할 지 몰라 그저 저장만 하고 있다.

    인류의 커다란 골치거리중의 하나이다.
    핵융합발전에는 이런 것이 없다.
    중수소와 리튬은 그냥 타 없어진다.


    3. 핵융합발전소는 폭발하지 않는다.

    쓰나미로 인해 일본 후쿠시마 원전이 폭발,
    핵연료봉이 녹아내리는 후유증은 아직도 계속되고 있다.
    체르노빌 원전 폭발사고, 쓰리마일 원전 폭발사고는
    원전 반대여론을 잠재우지 못하는 중요 원인이다.


  • 핵융합 발전은 다르다.
    석유난로가 석유를 가득 장전하고 가동하듯,
    원전은 우라늄이라는 위험한 원료를 가득 채우고 가동한다.

    핵융합발전소는 그렇지 않다.
    고도의 정밀한 과학기술 장치 안에
    중수소와 리튬이라는 원료를 조금씩 공급하면 된다.
    원전이 폭발하면 그 안의 원료 누출이 우려스럽지만,
    핵융합발전소는 테러를 당하거나 폭격을 맞더라도
    그냥 기계가 부서져 가동 중단하는 것 이상의 위험은 없다.

    원자력발전소는 여러가지 위험성이 있어서
    대도시에서 멀리 떨어진 외딴 곳에 건설한다.

    그리고 고압선을 길게 연결해 전력을 대도시로 공급하면서
    송전탑이 지나는 마을 주민들의 반발을 산다.
    핵융합발전은 대도시 주변에 세워도 안전하기 때문에
    송전 선로길이가 대폭 줄어든다.

    핵융합발전은
    자원이 만들어내는 에너지가 아니라
    지식이 만들어내는 지식에너지이다.

    핵융합발전은 아무리 지어도 위험하지 않고
    정치군사적으로 악용될 소지도 없으니 평화의 에너지이다.

     

    밀레니엄 에너지의 과실을 따 먹으려면...


    그런데 우리나라는 과연 핵융합발전의 과실을 따 먹을 수 있을까?
    이 연구의 과실은 실제로 핵융합발전소를 지어 전기를 생산하는 일이다.

    이박사는 "우리나라가 세계 최초로 핵융합발전소를 짓자”고 제안했다.
    그러려면,
    현재 유지하고 있는 우리나라의 제조업 경쟁력을 계속 갖고 가야한다.
    핵융합발전은 하루살이 농사가 아니다.
    수십년 키워야 하는 거목이다.

    핵융합발전분야에서
    세계 주요 선진국들의 불꽃경쟁이 점점 더 가시적으로 나타나고 있다.
    중국 시진핑은
    핵융합발전을 주요 2대 과학목표중 하나로 정했다.
    다른 하나는
    미국이 운영하는 국제우주정거장(ISS)이 2020년에 수명을 다 할 때
    이를 대체할 우주정거장을 올린다는 우주계획이다. 

    중국의 핵융합발전 계획은
    앞으로 원자력발전소 100기를 지은 후에는
    핵융합발전소를 건립한다는 것이다.

    유럽연합, 일본도 마찬가지이다.
    경쟁에 뛰어들었다.

    이런 국제상황에서
    이경수 박사는 핵융합발전이 한반도 통일 이후
    북한 개발에도 매우 중요한 요소가 될 것으로 전망했다.

    독일 통일 경험에서 보듯,
    북한이 자생력을 가지려면 에너지 문제가 관건이다.
    그 해결책이 바로 핵융합발전소 건립이라는 것이다.

    한반도에너지개발기구(KEDO)가
    북한 신포에 짓다가 중단한 한국형 원전을 수 개 북한에 짓고,
    그 다음으로 핵융합발전소를 건설하고 연구하는 시설을 북한에 둬야 한다는 생각이다.
    전체 통일비용의 30% 정도를 여기에 사용해야한다는 주장이다. .

     

    진흥법 만들기 위해 국회의원 전부 다 만나

    이경수 박사가 대한민국에 와서 핵융합연구를 한 지도 20년이 됐다.
    필자가 이 박사를 처음 만난 것은,
    지금은 미래부로 통합된 과학기술처 사무실의 복도에서 였다.
    한 젊은 과학자가 너무나 활기차고 열정적으로 이 사무실 저 사무실 드나들면서
    당시만 해도 꿈같은 헛소리로 들리던 핵융합발전연구의 필요성을 설명했다.

    워낙 활기차고 열정적으로 핵융합발전이 무엇인지
    왜 그 연구가 필요한지
    설명하던 그 모습은 수많은 사람들에게 깊은 인상을 남겼다.

    국가핵융합에너지개발 진흥계획을 제정하기 위해
    국회에도 수없이 드나들었다.

    “정권이 바뀌면 연구비가 외풍을 탈 수 있어요.
    그 같은 외풍을 막으려면 법률을 제정해야 하겠더라고요.
    여야 의원을 가리지 않고 국회의원을 죄다 만났습니다.”


    그의 열성과 집념에 감동한 의원들은
    한 사람도 반대하지 않고 이 법안을 통과시켜줬다.
    2007년 통과된 <핵융합에너지개발진흥법>은
    213명이 참석해서 212명이 찬성표를 던졌다.


  • 나머지 한 표는 민노당 권영길 전 의원의 흔적이다.
    권 의원도 반대한 것은 아니었다.
    원전에 반대해온 권영길 의원은
    핵이란 글자가 들어간 핵융합발전연구 지원에 찬성할 수 없다며
    기권표를 던졌다.

    이 법률에 의한 국가핵융합에너지개발 2차 기본계획은
    2007년부터 5년씩 6차계획을 거치면서 2036년에 끝이 난다. 

    이경수 박사는
    “20년 정도 남은 상용화에서도 장자권을 차지하려면
    지금 단계에서 해야 할 일을 끝까지 놓치지 말아야 한다”

    강조했다.

    그러면서 이 박사는 2가지를 제안했다.

    첫번째는 글로벌 창의공학 융복합 연구시설의 구축이다.
    과학과 공학의 한계를 극복하고 ICT와 융복합하는
    세계 최고수준의 창의공학 기반 연구시설을 만들어
    세계적인 연구수준을 유지하자는 것이다.

    두번째는 미래 첨단 부품소재 클러스터의 구축이다.
    전략적인 국내-외 협력으로
    세계 최고수준의 핵융합재료 등 극한 첨단부품소재를 개발하자는 것이다.

    [사진출처=국가핵융합연구소]