수소의「에너지」원 개발 계기로 각광받는「저온물리학」의 응용분야

최근「에너지」위기를 극복할 수 있는 미래의 연료로서 수소가 각광을 받고 있다. 자원이 무진장인데다가「에너지」효율이 높고 대기오염의 위험이 없기 때문이다. 그러나 수소를「에너지」원으로 이용하기 위해서는 저온물리학과 저온공학이 밑받침을 해 주어야 한다. 이 분야의 세계적 권위인 김영배 박사(미 남가주대 교수·현재한국과학원초빙교수)에게 저온물리학과 저온공학의 응용분야에 대해 알아본다.

<수소의 저장과 운반>
수소는 잘 다루기만 하면 연료전지·냉장고·냉방기·조명·통신·식품공업·의약품공업·광공업 등에 소요되는「에너지」원으로서의 이용가치가 높고 가정연료로서도 이용될 수 있다.
그러나 문제가 있다. 어떻게 저장하고 운반하느냐 하는 점. 수소「개스」는 폭발위험성이 높고 용적이 크기 때문이다. 이러한 문제는 수소를 액화하면 쉽게 해결된다. 수소는 섭씨 영하 2백52.6도에서 액체수소로 되는데 이때 용적도 1만l천2백분의1로 줄어든다.
이 같은 수소의 성질상 저온물리학과 저온공학이 필요하게 된다. 저온물리학은 보통 산소가 액화되는 온도인 섭씨영하1백83도 이하에서 일어나는 물리현상을 다루기 때문이다.

<식품저장>
온도가 낮으면「박테리아」가 번식하지 못하므로 온도를 대폭 낮추면 음식을 상하지 않고 싱싱하게 유지할 수 있다. 생선을 액체 질소로 냉동하면 원래의 모습 그대로 싱싱한 생선을 맛볼 수 있어 실제 쓰이고 있다.

<저온케이블>
도시 등지에서는 송전선을 지하로 묻어야 되는데 발열이 되고 기술상 어려운 점이 많이 생긴다.
여기에 액체질소를 사용하여「케이블」의 온도를 국도로 낮추면 저항이 10분의 1정도로 줄어들므로 송전하는데 좋은 효과를 얻을 수 있어 현재 선진국에서 개발중이다. 여기에 액체수소「파이플라인」을 겸하여 사용하면 연료용 액체수소도 나르고 액체수소가 저온「케이블」로 만들어 주어 일석이조를 꾀할 수도 있다.

<제철공업>
제철에 많이 쓰이는 산소를 분리해 낼 때 액화되는 온도차를 이용하여 산소를 다량으로 얻어 용광로에 쓴다.

<강자장>
현대 물리학 연구에는 강한 자장을 얻을 필요가 있다. 지금까지의 방법을 쓰면 열이 많이 발생하므로 이를 냉각시켜야 하는데다가 전력의 소모도 많아 강한 자장을 얻을 수 없었다.
온도가 섭씨 영하2백9도로 내려가면 금속의 저항이 완전히 없어져 초전도성이 생긴다. 바로 이러한 점을 이용하여 크기가 작은 자석으로 1백50「킬로가우스」정도의 강 자장을 얻을 수 있다.

<부상열차>
지금까지도 시간이나 국가사이에 쓰이는 비행수단은「에너지」이용 면으로 보아 너무나 큰 낭비로 지적된다.
기차를 이용하는「에너지」의 50배 정도를 사용하는 셈이므로「에너지」절약에 크게 역행되고 있다. 여기에서 기차에 의존해야 하는 이유는 성립되나 그 많은 교통량을 소화하려면 기차의 속도를 시속 5백㎞정도까지 올려야만 한다. 그러나 이 정도의 속도에서는「레일」과 바퀴사이의 마찰이 크게 문제가 된다. 여기에 대한 돌파구가 바로 자석을 이용하여 기차를「레일」위에서 날도록 하자는「아이디어」이다.
이미 일본과 독일에서는 단거리 시험운행에 성공했다. 여기에 사용되는 자석 중 하나가 바로 저온초전도성을 이용한 강 자장이다.
이처럼 이용분야가 광범위한 것이 저온물리학인데도 우리나라에서는 전공하는 학자가 전혀 없는 황무지여서 수은「에너지」원 개발을 염두도 못 내고 있는 실정이다. <이운철 기자>