중국의 핵 혁신

리얼리티 TV 스타 도니 트럼프가 시작한 지그재그 관세 전쟁 드라마에 전 세계가 매료되고, 사람들이 괴팍하고 미친 남자의 엄청난 괴력에 경탄하는 가운데, 중국에서는 정말로 중대한 사건이 발생했습니다.

 

4월 초, 중국 과학자들은 가동 중인 토륨 용융염 원자로에 세계 최초로 신선 연료를 주입하는 데 성공함으로써 청정에너지 기술 분야에서 획기적인 진전을 이루었습니다. 이 획기적인 발전은 중국의 미래 에너지 구성에서 상업적으로 활용 가능한 토륨 원자로의 도래를 알리는 신호탄입니다.

 

토륨은 우라늄에 비해 훨씬 안전하고 풍부한 핵에너지 대안입니다. 토륨은 널리 이용 가능하고, 추출 비용이 저렴하며, 에너지 밀도가 더 높고, 오래 지속되는 핵폐기물을 훨씬 적게 생성합니다.

 

토륨은 그 자체로는 핵분열이 불가능하여 무기화될 수 없기 때문에 우라늄보다 훨씬 안전합니다. 원자력 업계 전문가들은 토륨을 핵융합 다음으로 미래 에너지 혁명의 성배로 보고 있는데, 이에 대해서는 마지막 부분에서 간략하게 다루겠습니다.

 

토륨은 전 세계 지각에 풍부하게 매장되어 있습니다. 중국 내몽골 자치구에 있는 바얀오보 광산 하나만 해도 이론적으로 향후 2만 년간 중국의 에너지 수요를 충족할 만큼의 토륨 매장량을 보유하고 있으며, 방사성 폐기물 발생량은 최소화하고 있습니다.

 

가장 유망한 기술 방향은 용융염 원자로에 토륨을 사용하는 것입니다. 여러 국가가 이 기술을 개발하고 있지만, 중국이 실험용 토륨 용융염 원자로를 최초로 건설했습니다.

 

가동 중인 원자로에 신선한 연료를 추가하는 최신 획기적인 기술은 이러한 기술이 지속적인 상업적 배치에 적합함을 보여줍니다.

이는 토륨 기술을 장기적으로 안정적으로 운영하는 최초의 사례로, 중국이 원자력 발전에 토륨을 활용하려는 세계 경쟁에서 선두에 서게 되었습니다.

 

중국 서부 고비 사막에 위치한 이 실험용 원자로는 용융염을 연료 운반체 및 냉각재로, 토륨을 연료원으로 사용합니다. 이 원자로는 2 메가와트의 열전력을 지속 가능하게 생산하도록 설계되었습니다.

 

이 개발은 4월 8일 중국과학원에서 이 프로젝트의 수석 과학자인 쉬홍지에(Xu Hongjie)에 의해 발표되었습니다. 쉬 씨는 중국이 "현재 토륨 핵기술 분야에서 세계 최전선을 선도하고 있다"라고 말했습니다.

 

중국의 토륨 용융염 원자로 프로젝트는 1970년대 이론 연구로 시작되었으며, 2009년 중국 원자력 기술 연구소의 리더십은 쉬에게 차세대 핵 에너지 기술을 현실로 만드는 임무를 맡겼습니다.

 

프로젝트 팀은 2년 만에 수십 명에서 400명 이상의 연구자로 확대되었습니다.

 

"우리는 실천하며 배우고, 배우며 실천했습니다."라고 쉬는 말했습니다. 새로운 소재를 설계하고, 극한의 온도에서 발생하는 문제 해결에 주력하고, 이전에는 제작되지 않았던 엔지니어링 부품을 다루는 등 엄청난 과제들이 있었을 것입니다.

 

2018년 실험용 원자로 건설이 시작된 후, 프로젝트에 참여한 과학자 대부분은 휴가를 포기하고 밤낮으로 일했으며, 일부는 1년에 300일 이상 현장에 머물렀습니다. 고비 사막은 주요 해안 도시에서 수천 킬로미터 떨어져 있습니다.

 

2023년 10월에 건설되어 임계점, 즉 지속적인 핵연쇄반응에 도달했습니다. 그리고 2024년 6월에는 최대 출력 운전에 도달했습니다.

 

올해 초 원자로가 가동되는 동안 토륨 연료 재장전 공정이 완료되어, 세계에서 유일하게 가동 가능한 토륨 원자로가 되었습니다.

 

쉬 씨는 순전히 학문적 추구가 아닌 실제 세계에 적용하려는 의지를 언급하며 "우리는 가장 어려운 길을 선택했지만 올바른 길을 선택했습니다."라고 말했습니다.

 

훨씬 더 큰 규모의 토륨 용융염 원자로가 이미 중국에 건설 중이며, 2030년까지 임계점에 도달할 예정입니다. 이 연구용 원자로는 10메가와트의 전력을 생산하도록 설계되었으며, 이는 1년 동안 1만 가구에 전력을 공급하기에 충분한 양입니다.

 

중국의 국유 조선업계도 잠재적으로 배출 없는 해상 운송을 달성할 수 있는 토륨 추진 컨테이너선에 대한 설계를 공개했습니다.

 

한편, 미국은 양당의 의회 지지와 에너지부의 이니셔티브에도 불구하고 용융염 원자로를 개발하려는 노력을 여전히 문서상으로만 진행하고 있습니다.

 

쉬 씨는 "핵 전쟁에는 빠른 승리란 없다. 전략적 체력을 갖추고 20년, 30년 동안 한 가지 일에만 집중해야 한다"라고 말했습니다.

 

중국은 토륨 원자로 외에도 탄소 배출이 없고 거의 무한하며 깨끗한 에너지를 생산할 수 있는 핵융합 기술(현재의 핵분열 기술과 대조적으로) 개발에서도 선두에 서 있습니다. 핵융합은 태양이 스스로 에너지를 생산하는 방식이며, 핵분열보다 4배 많은 에너지를 생산합니다.

 

이 핵융합 혁명의 핵심에는 강력한 자기장을 이용하여 과열된 플라즈마를 담도록 설계된 도넛 모양의 장치인 토카막이 있습니다. 토카막은 수소 원자가 헬륨으로 융합하는 태양의 조건을 모방하여 엄청난 양의 에너지를 방출합니다.

 

중국은 세계 핵융합 개발의 선두에 있습니다. 최근 중국은 핵융합 연구 분야에서 몇 가지 중요한 이정표를 달성했는데, 다음과 같습니다.

 

– 중국에서 "인공 태양"으로 불리는 실험형 고급 초전도 토카막(EAST)이 2025년 1월에 새로운 기록을 세웠습니다. 이 프로젝트는 허페이에 위치하고 있으며 세계 최고의 과학 연구 기관인 중국과학원(CAS)이 운영하고 있습니다. EAST는 고밀폐 플라스마를 1,066초 동안 유지하여 기존 세계 기록인 403초를 뛰어넘었습니다. 이는 실용적인 에너지 생성에 필요한 지속적인 핵융합 반응을 향한 중요한 단계입니다.

 

– 청두에 위치한 HL-2M 토카막은 중국에서 가장 크고 가장 진보된 토카막입니다. 최초로 플라스마 방전을 달성하고 높은 플라스마 매개변수를 달성하여, 효율적인 핵융합 반응에 필수적인 섭씨 2억 도 이상의 플라스마 온도와 250만 암페어 이상의 플라스마 전류를 생성할 수 있습니다.

 

– 상하이에 본사를 둔 민간 기업 에너지 싱귤래리티(Energy Singularity)가 개발한 HH70 토카막은 REBCO(희토류 바륨 구리 산화물) 소재의 고온 초전도 자석을 통합한 것이 특징입니다. 이 최첨단 기술은 기존 토카막의 크기와 비용을 획기적으로 줄여 더욱 접근 가능하고 상업적인 핵융합 에너지의 길을 열어줍니다.(혹시 주식하세요?) 에너지 싱귤래리티는 2027년까지 차세대 토카막을 건설하고 2030년까지 핵융합 반응을 위한 본격적인 기술 시연 장치를 구축할 계획입니다.

 

 

상업적 실현 가능성이 여전히 최후의 도전이기는 하지만 EAST와 HH70과 같은 획기적인 발전은 핵융합을 실용적인 에너지 솔루션으로 전환하는 데 있어 중요한 진전을 보여줍니다.

 

관세와 무역전쟁을 둘러싼 온갖 소음은 차치하고라도, 기술은 궁극적으로 인류 발전과 번영으로 가는 길입니다. 눈을 공에서 떼지 마세요.