바로가기 메뉴
메인메뉴 바로가기
본문 바로가기
  1. 청색기술
  2. 지속가능발전

미래를 바꿀 새로운 기술혁명

나노기술, 양자컴퓨터, 핵융합발전

글  조병학 에프앤이노에듀 부대표

  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오톡
  • 네이버 블로그
  • sns 공유
    • 메일보내기
  • 글자 크게
  • 글자 작게
원본보기
핵융합은 핵분열과는 반대되는 물리현상이다. 핵융합은 원자핵이 더 크고 안정적인 원자핵으로 변하는 과정이고, 반대로 핵분열은 원자핵이 분열하여 더 작은 원자핵으로 변하는 과정이다. 사진=뉴시스DB

창조자에 도전하는 나노기술
 
1991년 일본의 재료공학자인 이지마 스미오는 탄소 6개로 이루어진 육각형들이 원통을 이루는 탄소나노튜브Carbon Nano Tube를 발견했다. 2004년 영국의 가임Andre Geim과 노보셀로프Konstantin Novoselov는 탄소 6개가 육각형 벌집 모양으로 결합해 한 층을 이룬 그래핀Graphene을 발견했다. 이들은 그래핀 발견의 공로로 2010년 노벨물리학상을 받았다. 2016년에는 우리나라 기초과학연구원 나노물질 및 화학반응 연구단이 3차원 그래핀 합성기술을 개발해 세계 과학계를 놀라게 했다.
 
그래핀은 두께 0.2㎚나노미터로 얇고 투명하고 물리적, 화학적 안정성이 매우 높다. 구리보다 전류의 전도성이 100배 높고 강철보다 200배 이상 강하지만, 신축성이 좋아서 늘리거나 접어도 특성에 변화가 없다. 그래핀과 탄소나노튜브를 활용하면 전력 전송, 열 전송은 물론 투명
한 디스플레이나 휘어지는 디스플레이도 개발할 수 있다. 이미 그래핀과 탄소나노튜브를 활용해 플라스틱이나 금속을 대체할 수 있는 여러 가지 제품에 응용되고 있다.
 
나노기술의 창시자는 에릭 드렉슬러Eric Drexler이다. 세계 최초로 분자 나노기술 분야에서 박사학위를 받은 그는 1986년 <창조의 엔진Engines of Creation>15을 저술해 과학계의 이목을 집중시켰다. <창조의 엔진>에는 ‘원자들을 결합해 필요한 물질을 생산해내는 나노 조립 기계’가 만들어지고 이 기계로 원하는 모든 물질을 재조립할 수 있다는 아이디어가 담겼다. 또한, 그는 <급진적 풍요Radical Abundance>16에서 나노 조립 기계로 원자 정밀제조가 가능해져 식량을 비롯한 모든 물질의 급진적 풍요가 이루어진다고 주장했다.
  
인공지능의 미래, 양자컴퓨터
   
2019년 CESConsumers Electronics Shows에 양자컴퓨터Quantum Computer가 등장했다. IBM이 개발한 20큐비트Qubit 수준의 상용 양자컴퓨터이다. 2019년 9월에는 구글이 세계에서 가장 빠른 양자컴퓨터를 개발했다고 발표했다. 슈퍼컴퓨터로 1만 년에 걸쳐 풀어야 하는 수학 문제를 단 200초 만에 풀었다고 발표한 것이다. 이 일로 전 세계 과학계가 발칵 뒤집혔다. 구글은 53큐비트 양자컴퓨터 칩을 공개하고 양자화학과 기계학습 양자물리에 응용하는 실험을 하고 있다고 밝혔다. 물론, 양자컴퓨터를 활용하면 암호와 같은 관리체계가 거의 무용지물이 되는 부작용도 예상할 수 있다.
 
슈퍼컴퓨터보다 수백만 배 뛰어난 연산처리 능력을 갖춘 양자컴퓨터는 마이크로소프트, IBM 등 거대 IT 기업과 대학, 정부가 연합해 치열하게 개발 경쟁을 하고 있다. 특히 나사NASA는 구글과 양자컴퓨터에 관한 공동 프로젝트를 진행하고 있어 더욱 주목받고 있다. 구글과 IBM은 양자컴퓨터를 개발해 클라우드 서비스를 제공함으로써 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 초고속 데이터 처리 시장을 선점하려고 경쟁하고 있다. 이 중에서 가장 놀라운 혁신은 인공지능과 양자컴퓨터가 만났을 때 만들어진다. 최대 5년 내에는 상용서비스가 시작될 양자컴퓨터는 지금 상상할 수 있는 미래를 완전히 바꿔놓을 것이다.
  
태양을 만드는 핵융합발전
 
핵융합은 핵분열과는 반대되는 물리현상이다. 핵융합은 원자핵이 더 크고 안정적인 원자핵으로 변하는 과정이고, 반대로 핵분열은 원자핵이 분열하여 더 작은 원자핵으로 변하는 과정이다. 이 변화 과정에서 에너지가 발생하게 되는데, 핵분열을 이용한 것이 원자력발전이고 핵융합을 이용한 것이 핵융합발전이다. 원자력발전을 하게 되면 고준위 방사성 폐기물이 발생하는 데 반해, 핵융합발전에서는 저준위 방사성 폐기물만 발생해 위험이 거의 없다. 그러나 핵융합발전을 위해서는 1억도 이상의 온도가 필요하고 플라스마Plasma가 발생한 상태가 안정적으로
유지되어야 한다.
 
핵융합발전의 재료는 삼중수소3H이다. 삼중수소는 바닷물의 중수소2H와 리튬을 이용해 쉽게 만들 수 있다. 원료도 쉽게 만들 수 있고, 발전과정에 이산화탄소를 배출하지 않으며, 고준위 방사성 폐기물도 없고, 1g으로 석유에너지 8t의 에너지를 얻을 수 있으니 인공태양이라고 부르는 것이 이상하지 않다. 핵융합반응을 연구하는 국제 열핵융합 실험로International Thermonuclear Experimental Reactor 프로젝트가 국제원자력기구의 지원으로 한국, 일본, EU, 러시아, 미국, 중국, 인도의 7개국의 참여로 1980년대 후반부터 진행되고 있다.
 
우리나라 국가핵융합연구소의 ‘국가 핵융합 연구개발 기본 계획’에 따르면 1995년 국가 차원의 핵융합 연구를 시작해서 KSTARKorea Superconducting Tokamak Advanced Research라는 이름의 세계 3위 수준의 초전도 핵융합 장치Tokamak를 개발하고, 국제 열핵융합 실험로ITER 프로젝트에 참여해 임무를 수행하면서 기술을 축적해, 2035년에는 핵융합 에너지를 활용하는 것을 최종 목표로 하고 있다. 실제로 KSTAR는 2019년 1억 도의 고성능 플라스마를 1.5초간 유지하는 데 성공했다. 다음 목표는 300초를 유지하는 것이며, 늦어도 2040년에는 상업 발전을 시작할 수 있을 것으로 전문가들은 평가한다.
 
 
 

 

[입력 : 2020-02-09]   조병학 에프앤이노에듀 부대표 more article

  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오톡
  • 네이버 블로그
  • sns 공유
    • 메일보내기
Copyright ⓒ 서울스트리트저널. 무단전재 및 재배포 금지

포토뉴스

Future Society & Special Section

  • 미래희망전략
  • 핫뉴스브리핑
  • 생명이 미래다
  • 정책정보뉴스
  • 지역이 희망이다
  • 미래환경전략
  • 클릭 한 컷
  • 경제산업전략
  • 한반도정세
뉴시스
TOP