한수원블로그
삶에 활력(力)을 더하는 이야기
모바일메뉴 열기
검색창 닫기

달에서 온 그대, 헬륨3

  • 2014.07.03.
  • 4745
  • 블로그지기
  • 페이스북
  • 트위터
  • 카카오
  • 인쇄

0703-1

지구상의 에너지가 빠르게 고갈되고 있습니다.

화석연료인 석유는 40년, 천연가스는 60년 후면 완전히 고갈될 것으로 보입니다.

원자력발전의 연료인 우라늄도 재활용하지 않는다고 가정했을 때, 약 60년 후면 고갈될 전망입니다.

이에 따라 현재 세계 각국이 태양열, 풍력, 조력 등을 이용해 신재생에너지를 얻기 위해 노력 중입니다. 하지만 이런 방법으로 지구상의 막대한 전력 수요를 대체하기에는 턱없이 부족합니다.

그래서 적은 양의 연료로 많은 에너지를 내며 방사성 폐기물이 거의 나오지 않는 새로운 발전방식인 핵융합발전에 각국의 관심이 쏠리고 있습니다.

이렇듯 핵융합발전의 중요성이 커지는 가운데 최근 주목받고 있는 핵융합발전 연료가 있습니다.

바로 헬륨3(Helium-3)입니다.

 

0703-2-1

헬륨3는 우리가 익히 알고 있는 풍선 속 헬륨가스와는 조금 다릅니다.

헬륨의 동위 원소 중의 하나인 헬륨3는 헬륨과 구성 물질이나 구조는 같지만 질량이 다릅니다.

헬륨은 두 개의 양성자와 두 개의 중성자로 이뤄져 있습니다.

반면 헬륨3는 두 개의 양성자와 한 개의 중성자로 이뤄져 있습니다.

 

0703-3

핵융합발전은 이중수소와 삼중수소를 결합시켜 헬륨을 만들 때 손실되는 질량을 에너지원으로 이용합니다.

핵끼리 융합할 때 손실되는 양성자나 중성자가 에너지로 바뀌는 것을 이용하는 것이죠.

우리가 주목해야 할 자원인 헬륨3의 핵융합 과정을 살펴보면 이렇습니다.

헬륨3(양성자 2개, 중성자 1개)를 중수소(양성자 1개, 중성자 1개)와 핵융합하면 정상적인 헬륨 원자(양성자2개, 중성자 2개)로 전환되면서 남은 한 개의 양성자가 강한 에너지로 바뀝니다.

헬륨3의 경우, 다른 핵융합 반응 중 가장 높은 에너지를 발생시킬 수 있다고 합니다.

 

핵융합은 적은 양의 연료로도 많은 에너지를 생산할 수 있습니다.

즉, 20t의 석탄이 연소할 때 생기는 에너지를 핵융합 연료로는 60g만으로 발생시킬 수 있습니다.

헬륨3의 경우에는 불과 0.5g만으로 동일한 에너지를 발생시킬 수 있다고 합니다.

전문가들의 계산에 따르면 25t의 헬륨3면 미국 전국민이 1년간 사용할 전력을 생산해낼 수 있습니다.

 

0703-4

그러나 불행히도 이렇듯 희한하고 신통방통한 헬륨3를 지구에서는 얻을 수 없다고 합니다.

지구가 만들어질 때 존재했던 헬륨3가 대부분 우주공간으로 흩어져 지구 대기에는 거의 남아있지 않기 때문이라고 합니다.

 

그럼 헬륨3를 어디에서 얻을 수 있을까요? 해답은 바로 달에 있습니다.

달은 지구와 같은 대기가 없어서 태양풍(태양에서 방출되는 전하를 띤 입자들의 흐름)에 지속적으로 노출됩니다.

이 때문에 태양으로부터 온 헬륨3를 포함한 입자들이 달 표면에 그대로 쌓이게 되는 것이죠.

그렇게 수많은 세월을 지나오면서 달 표면에 쌓인 헬륨3의 양은 적게는 100만t, 많게는 5억t 정도가 되는 것으로 추정되고 있습니다.

이를 모두 지구로 가져온다면 전 세계인구가 무려 1만 년간 사용할 에너지를 확보할 수 있는 양이라고 합니다.

 

0703-5-2

헬륨3를 확보하기 위해 달로 달려가는 나라들이 많습니다.

세계적인 우주공학기업인 러시아의 ‘에너지아(Energia)’는 이미 몇 년 전부터 달에서 헬륨3를 채집해 핵융합발전 연료로 쓰겠다고 발표한 바 있습니다.

중국은 최근 다섯 번째 달 탐사선 발사 계획을 발표했습니다.

핵융합 연구에 적극적으로 임하고 있는 일본은 지난 2007년 탐사선 ‘가구야’를 달로 보내 헬륨 3를 얻기 위한 계획을 진행하고 있습니다.

인도도 지난 2009년 ‘찬드라얀 1호’를 쏘아 헬륨3를 찾고 있습니다.

미국에서는 이미 지질조사를 통해 헬륨3가 묻힌 장소를 표시하는 자원지도를 제작했습니다.

 

0703-6

하지만 지금 당장 달에서 헬륨3를 가져온다 해도 아직은 이 원소를 에너지원으로 이용할 수 없습니다.

헬륨3를 에너지원으로 이용하려면 핵융합이 가능한 원자로와 고온의 플라즈마를 오래 유지하면서 안정성을 검증해야 합니다.

이러한 실험을 할 수 있는 핵융합 실험로를 건설하는 데만 100억 달러 이상의 예산이 투입된다고 합니다.

그래서 우리나라를 비롯해 미국과 유럽연합(EU), 러시아, 일본, 중국, 인도 등 7개국이 합심해 ‘국제핵융합실험로(ITER)’를 짓고 있습니다.

이 프로젝트는 오는 2015년경에 완성될 전망인데, 실험로가 완공되면 각국의 핵융합실험은 일대 전기를 맞게 됩니다.

하지만 인류의 갈 길은 아직도 멉니다. 핵융합발전이 본격 실용화되려면 최소한 2050년은 되어야 할 것이기 때문입니다.

 

어느 새 인류는 지구상의 에너지원이 고갈되어 달을 바라볼 상황까지 왔습니다.

다행히 헬륨3라는 미래 에너지원을 발견했고, 이를 지구로 운반해 핵융합발전 원료로 쓴다면 전 세계가 고민해온 에너지 고갈 문제는 해소될 것으로 보입니다.

하지만 우리는 잊지 말아야 합니다.

이렇게 에너지원을 찾기 위한 각고의 노력만큼이나 중요한 것은 바로 에너지를 아껴 사용하는 우리의 자세라는 것을 말입니다.

4

댓글 남기기

블로그지기
블로그지기
한수원의 생생한 소식과 한수원사람들의 이야기를 전합니다
목록