뉴스 | [동아사이언스] “핵융합 조기 상용화하는 데 KSTAR 성능 한계 있다” (첨단/물리 윤건수 교수)

“핵융합 조기 상용화하는 데 KSTAR 성능 한계 있다”

1일 대전 한국핵융합에너지연구원에서 '민관협력 핵융합에너지 실현 가속화 전략 포럼'이 진행되고 있다. 과기정통부 제공

한국 핵융합에너지 연구시설인 초전도 핵융합연구장치(KSTAR)의 성능에 한계가 있다는 목소리가 나오며 차세대 에너지원인 핵융합에너지 조기 상용화를 위해 새로운 핵융합로 개발·실증을 병행해야 한다는 논의가 이뤄지고 있다.

핵융합 전문가들은 KSTAR를 포함해 전세계에서 가장 널리 개발되고 있는 핵융합 반응로 형태인 토카막 방식은 유지해야 한다는 데 공감대를 형성하면서 민간 참여를 조기 실증의 관건으로 봤다.

윤건수 포스텍 물리학과 교수는 1일 대전 한국핵융합에너지연구원에서 진행된 '민관협력 핵융합에너지 실현 가속화 전략 포럼'에서 "지금 핵융합 커뮤니티에는 KSTAR 성능에 한계가 있어 새로운 장치가 필요하다는 인식이 있다"고 밝혔다. 핵융합에너지 실증과 연구 플랫폼 관점에서 새로운 형태의 핵융합로가 필요하다는 것이다.

최근 미국, 중국 등 핵융합 주요국들에서 민간 기업을 중심으로 핵융합에너지의 전력 생산 실증 시점이 2030~2040년대까지 앞당겨 제시되고 있다. 한국에서도 핵융합에너지 실증을 가속화해야 한다는 논의가 나오고 있다. 기존 대형 핵융합로 건설 계획은 실증 시기가 늦다는 점이 한계로 지적된다.

로드맵에 따르면 한국은 초대형 프로젝트인 국제핵융합실험로(ITER) 개발 참여와 KSTAR 연구에서 쌓은 경험을 바탕으로 2030년부터 실증장치인 K-데모(K-DEMO) 공학설계를 시작하고 2050년 이전에 건설을 완료할 계획이다. ITER 사례를 참고했을 때 2050년까지 전력 생산이 불가능하다는 것이다.

이날 윤시우 핵융합연 부원장은 핵융합에너지 실증 가속화에 집중하기 위해 소형화된 한국형 혁신 핵융합로(CPD)를 제안했다. 반응로 직경은 4m로 직경 약 7m으로 설계된 ITER, K-데모의 절반 수준이고 출력은 K-데모 설계의 약 30%다. 고온초전도 자석과 인공지능(AI) 등 첨단 기술을 접목해 성능도 확보하겠다는 계획이다.

CPD는 K-데모와 별도로 올해부터 10년 내 설계·건설을 완료하고 2035년부터 운전을 시작해 2040년대 민간 상용화하는 것이 목표다. 시간상으로 매우 '도전적'인 목표다. 달성을 위해서는 민간 협력이 필수적이라는 설명이 이어졌다.

최원호 KAIST 원자력및양자공학과 교수는 CPD 실증 계획에 대해 "비용과 건설기간 단축으로 투자 매력도가 상승해 민간 참여 확대가 예상된다"며 "엔지니어링 단계에 국내 업체 참여가 반드시 필요하다"고 말했다. 이어 "공공과 민간의 협력만이 성공의 지름길"이라고 강조했다.

이날 진행된 발표와 토의에서는 핵융합로 소형화를 중심으로 한 여러 방안이 제시됐지만 토카막 방식을 유지해야 한다는 데에서는 연구자들의 공감대가 형성됐다. 토카막은 핵융합 반응이 일어나는 초고온 환경을 구현하는 도넛 모양의 장치로 KSTAR와 ITER를 비롯해 전세계 핵융합 반응로 대부분은 토카막 방식이다.

윤 부원장은 "토카막은 30~40년전 여러 방식이 경쟁한 뒤에 주류가 된 것"이라며 "과학적·기술적으로 따져봤을 때 토카막이 가진 기술적 장점이 크고 실제로 대부분의 나라에서 토카막이 주류"라고 설명했다. 이어 "그동안 한국이 KSTAR로 쌓아온 경험을 활용해 빠른 시간 내에 검증할 수 있는 형태"라고 말했다.

정부는 아직 핵융합계의 의견을 들어보는 단계다. 제안 내용에 따라 정책과 연구개발 추진을 결정하겠다는 것이다. 이창윤 과학기술정보통신부 제1차관은 "한국 핵융합에너지가 아직까지 기술을 나열하는 수준"이라며 "기술 확보만 가지고는 충분하지 않다"고 말하며 가속화 전략의 필요성을 강조했다.