美 "핵융합 발견 100년만 인공재연 성공…과학계 획기적 사건"

미국 정부가 세계 최초로 ‘꿈의 에너지’로 불리는 핵융합 발전을 통해 에너지를 생산하는 데 성공했다고 선언했다. CNN과 AP통신에 따르면 제니퍼 그랜홈 미 에너지부 장관은 13일(현지시간) 워싱턴 에너지부에서 가진 기자회견에서 "핵융합 발전과 관련한 중요한 과학적 돌파구를 마련했다"고 밝혔다. 기자회견엔 미 백악관 관계자와 이번 실험을 이끈 에너지부 산하 '로런스 리버모어 국립연구소'(LLNL) 과학자들도 함께했다.

13일(현지시간) 미국 워싱턴에 위치한 미 에너지부 청사에서 제니퍼 그랜홈 에너지부 장관이 핵융합 연구성과와 관련한 발표를 하고 있다. AFP=연합뉴스

그랜홈 장관은 “미국 과학자들이 별과 태양에서만 발견되는 것과 같은 방식의 핵융합 재연에 성공했다”며 “이 같은 획기적인 사건을 통해 우리는 탄소배출 없이 풍부한 전력을 공급할 수 있는 핵융합 발전의 가능성에 한 단계 더 가까이 가게 됐다”고 말했다.

LLNL 과학자들은 지난 5일 핵융합 실험에서 ‘순(純) 에너지(net energy gain)’를 얻는 데 성공했다. 순 에너지란 에너지를 만드는 데 소모한 에너지보다 얻은 에너지가 많다는 의미다. LLNL 내 핵융합 연구 시설인 국립점화시설(NIF)에서 진행된 핵융합 반응 실험에서 2.05메가줄(MJ)의 에너지를 투입해 3.15MJ의 열에너지를 얻는 데 성공한 것으로 알려졌다. 이렇게 되면 약 54%의 에너지 마진을 남긴 것이고, 1.1MJ의 순 에너지를 온전히 전력 생산에 쓸 수 있게 된다.

13일(현지시간) 미국 워싱턴에 위치한 미 에너지부 청사에서 아라티 프라바카 백악관 과학기술정책실장(오른쪽)이 핵융합 연구성과와 관련한 발표를 하고 있다. AFP=연합뉴스

1950년대 이후 전 세계의 많은 과학자가 핵융합을 시도했지만, 핵융합 발전으로 통해 순 에너지를 생산한 건 이번이 처음이다. 핵융합이 이뤄지기 위해서는 1억℃ 이상의 고온 상태를 오랫동안 유지해야 하는데, 이를 위해 막대한 에너지가 필요하다. 이로 인해 항상 핵융합을 일으키는 데 투입된 에너지양이 산출량보다 많아 순 에너지 생산에 실패해왔다.

LLNL 과학자들은 192개의 강력한 자외선 레이저빔을 작은 연료 캡슐에 집중시키는 방식으로 이런 한계를 극복했다. 수소 원자가 들어있는 캡슐 형태의 실험 장비 안에 강력한 레이저를 발사해 고온의 기체 상태(플라즈마)를 만들어냈다. 이후 아주 짧은 파장의 엑스선이 생성됐으며, 이를 통해 캡슐 내부가 뜨겁게 가열되면서 핵융합이 가능한 조건이 이뤄졌다.

아라티 프라바카 백악관 과학기술정책실장은 “태양과 별에서 진행되고 있는 에너지 반응이 핵융합이라는 사실을 알게 된 지 100여년 만에 핵융합 활동을 실험실에서 재연할 수 있는 순간에 이르게 됐다”며 “이번 실험 결과는 ‘과학계의 획기적 사건’이자 ‘경이로운 공학적 성과’” 라고 평가했다.

미국 캘리포니아에 있는 로런스 리버모어 국립연구소의 과학자들이 핵융합을 촉발하는 국립점화시설을 점검하고 있다. 로이터=연합뉴스

다만 실제 핵융합 기술이 상용화되려면 아직은 시간이 걸릴 전망이다. 순 에너지를 생산하기 위해서는 핵융합 반응에 필요한 세계에서 가장 큰 레이저가 필요하고 실용화에 필요한 반응에 드는 자원의 규모도 엄청나기 때문이다. 핵융합 반응을 전력망에 적용할 수 있도록 전기로 전환하는 기술도 아직 개발되지 않았다. 킴 부딜 LLNL 소장은 “핵융합 기술이 상업적으로 실현되려면 많은 일을 해야 한다”며 “상용화에는 아마도 수십 년이 걸릴 것”이라고 말했다.

이승호 기자 wonderman@joongang.co.kr