바닷물자원

[핵융합 클래스 제4강] 우리나라에 핵융합 연료가 널려있다?! ‘이것’으로 1500만 년 동안 에너지 걱정 끝~

핵융합 에너지를 얻기 위해 필요한 핵심 연료인 중수소와 삼중수소는 모두 바다에서 얻을 수 있습니다. 바닷물 1리터를 전기 분해하면 약 0.03g의 중수소를 추출할 수 있으며, 삼중수소의 경우 바다에 풍부하게 녹아 있는 리튬을 활용합니다. 리튬에 핵융합 반응에서 발생하는 중성자를 충돌시키면 삼중수소가 생성되는데, 현재 바닷물에서 직접 리튬을 채취하는 연구가 활발히 진행 중입니다. 이러한 기술이 완성되면 인류는 바다라는 거대한 자원 저장고를 통해 무한에 가까운 에너지를 확보할 수 있게 됩니다. 핵융합 반응의 결과물로 생성되는 헬륨 또한 현대 산업에서 매우 중요한 자원입니다. 헬륨은 모든 원소 중 끓는점이 가장 낮아 극저온 환경이 필수적인 반도체 공정, 로켓 연구, 첨단 의료 기기 등 다양한 분야에 널리 쓰이고 있습니다. 현재는 주로 천연가스에서 헬륨을 추출하고 있지만, 화석 연료 사용이 줄어들면 공급에 차질이 생길 수 있습니다. 미래에 핵융합 발전이 상용화되어 부산물인 헬륨을 안정적으로 포집할 수 있게 된다면, 에너지 생산과 자원 확보라는 두 마리 토끼를 동시에 잡는 셈이 됩니다. 별의 내부에서는 수소가 헬륨이 되고 더 무거운 원소로 변하는 과정이 반복되지만, 지구상에서 이를 재현하기는 쉽지 않습니다. 원자핵은 양전하를 띠고 있어 서로 밀어내는 전자기력이 작용하는데, 양성자 수가 많아질수록 이 반발력은 기하급수적으로 강해지기 때문입니다. 수소는 양성자가 하나뿐이라 융합이 가장 용이한 원소에 속하지만, 탄소나 철처럼 무거운 원소로 갈수록 핵을 충돌시키기 위해 상상할 수 없을 만큼의 높은 에너지가 필요합니다. 따라서 현재 인류의 기술로는 수소를 이용한 핵융합이 가장 현실적인 대안입니다. 핵융합을 통해 에너지를 얻을 수 있는 한계점은 철(Fe)이라는 원소에 있습니다. 철보다 가벼운 원소들은 서로 합쳐질 때 질량 결손이 발생하며 막대한 에너지를 방출하지만, 철보다 무거운 원소들은 오히려 융합할수록 에너지를 흡수하는 성질을 가집니다. 이러한 이유로 금이나 납과 같은 무거운 원소들은 핵융합이 아닌 핵분열을 통해 에너지를 얻거나 다른 원소로 변환되는 과정을 거칩니다. 원자 번호가 높아질수록 핵 내부의 결합 구조와 에너지 효율이 달라지기 때문에, 우주와 지구의 에너지 원리는 철을 기점으로 큰 차이를 보입니다. 현대 과학의 관점에서 납을 금으로 바꾸는 연금술은 이론적으로 불가능한 영역이 아닙니다. 납의 원자 번호는 82번이고 금은 79번이기에, 납에서 양성자 3개를 떼어낼 수 있다면 금으로의 변환이 가능해집니다. 하지만 특정 양성자만을 정교하게 분리해 내는 것은 매우 어렵고, 과정 중에 다양한 동위원소와 불순물이 섞여 나오게 됩니다. 이렇게 인공적으로 만들어진 금에서 순수한 성분만을 추출하는 비용은 천문학적인 수준이 될 것입니다. 결국 기술적인 가능성과 별개로 경제성 면에서는 시장에서 금을 구매하는 것이 훨씬 합리적인 선택이라 할 수 있습니다.