고온의 태양에너지를 만들어내는 연료는 뭔가?

[그것은 이렇습니다] Q : 고온의 태양에너지를 만들어내는 연료는 뭔가?

2009년 8월 6일 오전 9:03공개조회수 50

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[그것은 이렇습니다] Q : 고온의 태양에너지를 만들어내는 연료는 뭔가?

• 이영완 산업부 과학팀장 ywlee@chosun.com

입력 : 2009.08.05 22:06 / 수정 : 2009.08.06 01:44

태양은 아주 뜨거운 불덩어리로 알고 있습니다. 그런데 태양의 불을 지피는 연료는 무엇인지 궁금합니다.

― 강원 동해시 독자 안희순

▲ 이영완 산업부 과학팀장

A : 수소가 태양의 원료, 핵융합으로 초고온의 에너지 만들어

태양의 부피는 지구의 130만배이지만 질량은 33만배입니다. 그래서 밀도는 지구의 약 4분의 1에 불과합니다. 이는 태양이 지구처럼 고체의 껍질을 가진 것이 아니라 전체가 뜨거운 기체로 가득 차 있기 때문입니다. 기체의 대부분은 수소와 헬륨입니다. 태양의 연료는 수소이고, 헬륨은 일종의 배기가스입니다.

태양이 에너지를 만드는 원리는 핵융합입니다. 태양에서는 엄청난 온도와 압력 때문에 원자핵과 전자가 분리돼 각각 따로 움직입니다. 기체·액체·고체와 다른 이른바 '제4의 상태'라는 '플라스마(plasma)' 상태입니다.

초고온의 플라스마 상태에서는 수소 원자핵들이 융합해 헬륨 원자핵으로 바뀝니다. 이때 줄어든 질량만큼 엄청난 에너지가 방출되는데 이를 핵융합에너지라고 합니다.

최근 우리나라는 일종의 '인공태양'인 차세대 초전도 핵융합실험장치(KSTAR)를 세웠습니다. 태양을 본떠 에너지 문제를 해결하자는 것입니다.

핵융합의 연료는 일반 수소(중성자 1개)보다 무거운 중수소(중성자 2개)와 삼중수소(중성자 3개)입니다. 중수소는 바닷물 1L(리터)에 0.03g이 들어 있습니다. 이 정도면 서울~부산을 세 번 정도 왕복할 수 있는 300L의 휘발유와 동일한 에너지를 낼 수 있습니다. 삼중수소는 매장량이 풍부한 리튬이란 원자를 핵변환 시켜 만듭니다.

이론상 중수소·삼중수소 혼합연료 1g은 시간당 10만㎾(킬로와트·1㎾는 1000와트)의 전기를 생산할 수 있습니다. 결국 300g의 삼중수소와 200g의 중수소만으로도 고리 원자력 발전소 같은 50만㎾급 발전소 4기를 하루 동안 가동할 수 있다는 얘기입니다.

물론 당장은 아닙니다. 무엇보다 저렴하게 연료를 공급할 수 있는 기술이 개발돼야 합니다. 지금으로선 바닷물에서 중수소를 뽑아낼 기술이 충분치 않아 일반 수소를 전기분해 해 중수소를 만들고 있습니다. 때문에 가격이 1g에 10달러나 됩니다. 또 최근 월성원전에서 핵변환으로 삼중수소를 얻었는데 가격이 1g당 수천만원을 넘었습니다.

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