新에너지원 확보 위해 7개국 참여
20조원 투입… 2025년 완공 목표
핵융합에너지 상용화 가능성 실증
플라즈마응용 등 신산업 창출 기대
[충청투데이 이심건 기자] 전 세계가 공통으로 맞이한 에너지 부족 문제와 갈수록 심각해지는 기후변화 문제는 인류가 지속적으로 발전하기 위해 가장 먼저 해결해야하는 중요 과제로 떠올랐다.
이 위기를 궁극적으로 해결하기 위해 필요한 것은 자원이 아닌 기술을 바탕으로 하는 안전하고 깨끗한 대용량 에너지원을 확보하는 것이다. 특히 에너지의 해외 의존도가 높은 우리나라의 경우 안정적인 국가 운영과 발전을 위한 차세대 에너지원 확보가 시급한 상황이다.
국가핵융합연구소(이하 NFRI)는 미래 녹색에너지원으로 세계가 주목하고 있는 핵융합에너지 개발을 선도하는 국내 유일의 핵융합 전문 연구기관이다.
세계 최고 수준의 핵융합연구장치인 KSTAR(케이스타)를 국내 기술로 개발하고, 세계 핵융합 공동연구장치로 운영하며 핵융합 상용화를 위한 핵심 기술 개발과 우수한 핵융합 인력 양성에 힘쓰고 있다.
또 핵융합에너지 상용화를 위해 세계 주요 선진 7개국이 공동으로 수행하고 있는 국제핵융합실험로(ITER) 공동개발사업에 주도적으로 참여하며, 21세기 중반 핵융합에너지 시대를 열기 위한 인류 공동의 노력의 중심에 있다. 더불어 플라즈마 및 핵융합 연구과정에서 얻은 기술들은 과학사업화를 통해 다양한 산업 분야에서 활용되며 신산업 창출과 국내 산업의 고부가가치화에 기여하도록 노력하고 있다.
◆ITER, 인류 에너지 문제 해결의 길
국제핵융합실험로(이하 ITER) 공동개발사업은 핵융합에너지 상용화 가능성을 최종 과학적·기술적으로 실증하기 위해 7개 참여국이 공동으로 ITER를 건설하고 운영하는 인류 최대의 과학기술 협력 프로젝트이다. 프랑스 남부 카다라쉬에서는 오는 2025년 완공을 목표로 ITER 건설이 한창이다.
핵융합에너지 상용화 연구를 위해 2만 3000t의 거대 핵융합실험로를 건설하는 ITER 프로젝트는 건설비용만 20조원이 투입되는 초대형 국제 협력사업으로 우리나라를 비롯해 유럽연합, 미국, 러시아, 중국, 일본, 인도 등 7개 국가가 회원국으로 참여한다. 우리나라를 비롯한 7개 회원국은 ITER 건설을 위한 조달품을 개발하고 있으며, 조달품들이 프랑스 현지에 도착하면 장치 조립을 진행한다. ITER 건설 공정률은 현재 70%에 달하며, 올해부터 본격적으로 ITER장치의 조립에 들어갈 예정이다.
우리나라는 ITER장치 건설을 위해 9개의 조달품의 개발과 제작을 담당하고 있으며, ITER국제기구에 전문가 파견을 통해 핵융합 전문인력 양성에 힘쓰고 있다. 2007년 시작된 ITER 건설은 모든 과정이 기존의 과학기술 한계를 뛰어넘어야 하는 도전이다.
국가핵융합연구소 ITER 한국사업단은 2025년 ITER가 성공적으로 완공될 수 있도록 초전도 도체, 진공용기 본체 및 포트, 조립장비류, 전원공급장치, 블랑켓 차폐블록, 열차폐체, 진단장치, 삼중수소 저장 및 공급 장치 등 9개 품목의 국내 조달품 제작과 납품 공정관리를 체계적으로 진행해왔다.
그중 초전도 도체는 가장 먼저 조달을 마쳤으며, 나머지 조달품들이 속속 제작돼 납품을 진행하고 있다. 지난해에는 ITER의 초전도자석 전원공급장치의 컨버터 초도품이 출하됐다. 컨버터는 자기장을 만드는 ITER 초전도자석 시스템의 각 부분에 수십 kA 급의 정밀제어전류를 공급해 핵융합 플라즈마의 발생, 가열, 위치 및 형상을 효과적으로 제어하는 장치이다.
총 32대의 ITER 초전도자석 전원공급장치 중 18대의 조달을 담당하는 ITER 한국사업단은 ㈜다원시스와 협력해 5종류의 컨버터 개발과 제작을 진행하고 있다. 또 상세 설계부터 제작까지, 우리나라가 100% 조달을 책임지는 핵심 부품임 열차폐체의 초도품도 성공적으로 제작돼 납품을 시작했다.
열차폐체는 진공용기 속 1억도에 달하는 플라즈마의 열기가 -269도 극저온에서 운전되는 초전도자석에 전달되는 것을 최소화하는 장치이다. 열차폐체는 전체를 조립 시 높이와 직경이 각각 25m, 무게가 900t에 이르는 초대형 구조물이다.
특히 전체 600개의 패널과 7만 개의 볼트 조립을 해야 하지만 높이 12m에 달하는 장치의 공차는 2㎜에 불과해 극도로 정교한 설계와 장치 제작 기술이 필요하다. 특히 열차폐체의 핵심기술 중 하나인 은도금을 성공적으로 완료하기 위해 세계 최대 규모의 대형 스틸 도금조 11개로 이뤄진 은도금 설비를 제작하고, 대형 열차폐체 표면에 8~10㎛ 두께의 균일한 은도금을 구현하는 데 성공하는 성과를 거두었다. 또 핵융합(연) ITER 한국사업단은 국내외 핵융합 사업 참여로 기술력을 키워온 국내 산업체들이 ITER 국제기구와 타 회원국에서 발주되는 사업 수주에 성공할 수 있도록 적극적으로 지원해왔다.
그 결과 지난해 10월 국내기업 ㈜KAT가 이탈리아에서 개발하는 430억원 규모의 토카막형 핵융합실험장치 DTT의 초전도 선재 제작 사업 수주에 성공하는 쾌거를 이루었다.
이 외에도 지난해 ITER국제기구로부터 국내 기관 및 산업체가 수주한 사업 규모는 50억원이며, 타 참여국으로부터 수주한 금액은 145억원에 달한다. ITER 사업 참여 이래 국내 산업체와 기관이 해외로부터 ITER사업 관련 수주 금액은 누적 6042억원이 넘었다. ITER 국제기구에 한국인 근무자 확대의 성과도 있었다. 지난해 말 기준 ITER국제기구의 한국인 근무자는 49명으로 전년보다 17명이 늘어났다. 또 ITER국제기구 채용 관련 홍보를 강화해 국내 전문가들의 근무부서를 다양화하고, 신진연구자와 산업체 인력을 활용한 방문연구원이나 단기 파견을 위해 기존 경력을 연계한 지원도 확대하고 있다.
올해에는 ITER 장치 조립 시작을 위한 핵심 조달품목인 ITER 진공용기의 첫 번째 섹터가 우리나라에서 제작돼 조달을 시작할 예정으로, ITER 장치의 조립이 본격적으로 시작될 것으로 기대되고 있다. ITER 장치는 2025년까지 장치 조립을 마친 후 운영을 시작해 핵융합에너지 상용화를 위한 연구에 들어갈 예정이다. 이심건 기자 beotkkot@cctoday.co.kr
이 기사는 NFRI 지원을 받아 작성됐습니다