인공태양과 핵융합발전 수혜주, 관련주 정리 [부제: 무한 청정 에너지의 상용화 멀지 않았다.]

인공태양은 핵융합 기술을 사용한다. 이러한 핵융합 기술은 영화에서도 찾아볼 수 있다. 영화 '아이언맨' 주인공의 가슴에 밝게 빛나는 원형 물체가 있다. 미국 뉴욕시 전체를 1년간 밝힐 수 있는 전기를 만드는 이 인공태양을 영화에서는 '아크리액터'라고 부른다. 윤시우 한국핵융합에너지연구원(핵융합연) 연구본부장은 “현재 한국이 개발 중인 핵융합 장치를 소형화한 형태가 아이언맨의 아크리액터”라며 “핵융합에 성공하면 SF 영화 속 이야기가 현실이 되는 셈”이라며 설명하기도 했다. 

 

 

최근 미국 연구진들이 이런 핵 융합 기술을 통해 에너지를 생산하는 데 선공했다. 일명 '인공 태양(solar simulator)' 기술이라고도 알려진 이 핵융합 기술은 태양이 에너지를 생산해내는 방식과 유사하다. 이번 연구성과에 따라 인류는 무한 청정에너지로 향하는 첫걸음을 뗐다고 할 수 있다.

 

 

13일 BBC, AP, NPR등 여러 외신들에서 미국 에너지부 산하 로런스 리버모어 국립연구소 연구진들이 핵융합 점화 기술을 이용하여 투입한 에너지 대비 150% 수준의 순 에너지를 생산하는 데 성공했다는 소식을 전했고 연구진들은 이달 5일 실시한 실험에서 레이저응 수소 입자에 쏘았는데, 이 과정에서 2.1MJ(메가줄)이 투입됐고 3.15MJ이 발출하며 인공태양 에너지의 첫 발을 떼었다는 소식을 전했다.

오늘은 이런 '인공태양'이란 무엇인지, 우리의 삶을 어떻게 윤택하게 바꿔 줄것인지와 상용화 시기, 관련주 및 수혜주 등을 알아보는 시간을 가져볼까 한다. 인류에 정말 무한 청정에너지의 상용화가 멀지 않았지 모르겠다.

 

 

 

 

 

 

---

인공태양이란?

현재 인류는 에너지를 빼놓고는 살 수가 없다. 최근 에너지 난을 통해 다들 느끼겠지만 그동안 인류의 환경과 인류 에너지에 대한 공생에 길은 인류의 염원이였으며, 끝도 없는 기술개발 연구의 긴 여정이었다. 물론 그것은 현재도 마찬가지이고, 그러나 꿈의 에너지로 불리는 핵융합 에너지 개발을 위한 핵융합 실험로가 완성되었다. 


핵융합 실험로는 중수소와 삼중수소를 연료로 사용해 초고온의 플라즈마를 생성하여 자기장을 활용해 가두어 마치 태양처럼 핵융합 반응이 일어나는 환경을 재현하게 된다. 이런 인공 태양의 핵융합을 이용하면 바닷물 1리터로 휘발유 300리터에 해당하는 에너지를 얻을 수 있다.


아인슈타인은 생전에 "우주를 구성하는 모든 물질은 에너지 덩어리로, 어떤 물질이든 그 질량 자체가 에너지로 바뀔 수 있다."라고 했다. 여기에서 핵에너지는 자연적 또는 인공적인 핵반응을 일으켜 반응 전과 후에 나타나는 질량 차이에 의해 만들어지는 에너지를 핵에너지라고 하며, 이러한 핵에너지는 우주의 수많은 별에서도 일어나고 있다.


별의 실체는 사실 핵융합 발전소와 같다. 수소로 이루어진 거대한 가스 덩어리가 높은 열을 받아 헬륨으로 변하는 핵융합이 끊임없이 계속 지속되며 에너지는 얻는데 그런 우주의 핵융합을 인류가 지구상에서 에너지로 구현하려 하는데 이게 바로 인공 태양의 건설이다.


핵융합이란 세상에서 가장 가벼운 원자인 수소 원자핵 4개가 모여 1개의 헬륨 원자핵을 만드는 융합 과정에서 줄어든 질량만큼 에너지로 바뀌는 것이 핵융합 에너지의 기초다. 쉽게 말해 보다 가벼운 원자핵과 원자핵이 만나 더욱 무거운 원자핵으로 결합하는 그 과정을 뜻하는데 이러한 융합 과정에서 막대한 양의 에너지를 방출한다.


태양이 1초 동안 만들어 내는 에너지는 숫자로 헤아리기도 힘들 정도로 그 에너지 양은 지구의 모든 발전 용량보다 무려 1조 배나 많은 양이지만, 태양의 중력과 지구 중력에는 차이가 존재하고 태양처럼 강한 중력으로 반발력을 이겨낼 수 없는 지구에서는 높은 온도에 원자핵의 움직임이 매우 빨라서 반발력을 이기고 핵융합 반응이 일어날 확률도 높아지기 때문에 중력 대신 온도를 태양보다 더욱 뜨겁게 만들어야 하는 기술적 어려움이 생긴다.


이때 이러한 다양한 핵융합 반응 중에서도 중수소와 삼중수소의 반응이 비교적 낮은 온도에서도 핵융합 반응이 가장 활발하게 일어나는데 그 온도가 바로 1억 도이며 많은 국가에서는 이 1억 도의 핵융합 에너지를 만들고 또한 그 엄청난 열기를 안전하게 가두어 에너지를 얻기 위해 총력을 기울이고 있다.

 

 

오늘은 이런 '인공태양'이란 무엇인지, 우리의 삶을 어떻게 윤택하게 바꿔 줄것인지와 상용화 시기, 관련주 및 수혜주 등을 알아보는 시간을 가져볼까 한다. 인류에 정말 무한 청정에너지의 상용화가 멀지 않았지 모르겠다.

 

 

 

 

---

인류가 인공태양에 주목하는 이유

 

핵융합 에너지는 무엇보다 원료를 쉽게 얻을 수 있으며 고갈 될 염려가 적기 때문이다. 이는 핵융합 에너지의 연료인 중수소가 바닷물에 들어 있기 때문으로 핵융합이 이뤄지면 바닷물에 들어 있는 중수소 연료 1그램으로 석유 8톤에 해당하는 에너지를 얻을 수 있다. 더욱 간단하게 설명을 덧붙이자면 욕조 한 개 분량의 바닷물이면 가정집에서 80년간 쓰는 에너지로 전환할 수 있는 기술력이다.

 

 

게다가 핵융합 에너지는 환경 오염 물질을 전혀 배출하지 않는 '꿈의 에너지'로 핵 융합은 현재 인류가 사용하는 원자력 발전소 등의 핵분열 기술과 달리 방사성 폐기물을 방출하지도 않는다. 


화석 연료 등 전통 에너지원을 대체할 수 있고 에너지를 생산하는 과정에서 온실 가스도 배출하지 않아 기후 변화에 영향을 미치지 않는다니 이 얼마나 꿈의 기술인가?


이러한 핵 융합 기술에 있어서 인공태양을 상용화하는 것은 그동안 인공적인 환경에서 구현하는 데 한계가 있었다. 앞서 설명한 대로 수소 핵융합을 일으키려면 섭씨 1억 도 이상의 온도를 유지해야 하지만 이 정도의 고온과 압력을 견디고 유지하는 환경을 갖추는 것은 쉽지 않은 일이다.


핵융합을 일으키는 데 투입된 에너지 양이 산출량보다 많았던 것도 이 때문이었지만 이번 미국 연구팀은 자기장으로 초고온 환경을 만드는 기존의 ‘토카막(tokamak)’ 방식 대신 192개의 강력한 자외선 레이저빔을 작은 연료 캡슐에 집중시키는 ‘관성 봉입 핵융합(inertial confinement fusion)’ 방식으로 이런 한계를 극복했다.


이로써 태양에서만 관찰되던 융합 에너지를 지구 내에서 생산한 것이다. 이는 탄소 없는 풍부한 핵융합 에너지 사회에 한 걸음 더 가까워지게 하는 이정표이며 청정 세계에 혁명을 일으킬 수 있는 깨끗한 에너지원을 향한 첫 단계를 밟은 것이다.

 

 

 

 

 

 

---

한국의 인공태양 기술 'KSTAR'

 

 

한국 핵융합에너지연구원이 인공태양을 안정적으로 만들기 위한 소프트웨어(SW) 개발에 성공했다. 핵융합에너지연구원은 한국의 인공태양 'KSTAR'를 이용해 이온 온도 1억 도 초고온 플라스마 운전 세계기록을 연이어 경신한 바 있다.


KSTAR 주장치 외부와 중간재는 스테인리스강과 순은으로, 내부 타일과 하단 디버터는 현재 고순도 탄소로 만들어졌다. 문제는 탄소가 플라스마에 의해 조금씩 침식된다는 점으로 불순물인 메탄도 발생시킨다.


현재의 탄소 재질 디버터로는 1억 도 플라즈마 제어를 30초까지 진행하는 것이 한계였지만, 제어 시간을 더 늘리기 위해서는 열에 강하면서도 플라즈마에 깎이지 않는 소재를 개발할 필요성이 커졌고 핵융합에너지연구원은 이에 수년간 열과 플라즈마 침식에 강한 금속인 '텅스텐'으로 디버터를 제작하는 연구를 해왔고 해당 디버터를 교체하여 2026년 제어 시간 300초 성공 목표라는 꿍을 보여주었다. 300초라는 시간이 얼마 되지 않는다고 생각할 수도 있지만, 사실 과학계에서는 ‘1억 도 300초’ 제어에 성공하면 핵융합 발전의 필수 조건인 24시간 제어가 사실상 가능한 것으로 보고 있다.


또한 핵융합에너지연구원은 핵융합 플라즈마에서 나타나는 대표적 불안정 현상 중 하나인 '토로이달 알펜 모드(TAE 불안정 현상)'를 해석하고 예측할 수 있는 국산 핵융합 시뮬레이션 코드를 개발하여 플라즈마 입자 중 일반 이온보다 수 배 높은 운동에너지를 갖는 고속 이온은 핵융합에 필요한 플라즈마의 온도와 성능을 높이는 역할을 한다. 이에 고속이온을 안정적으로 가두는 것은 핵융합 반응을 유지하기 위한 핵심 과제 중 하나이다.

 

'토로이달 알펜 모드(TAE 불안정 현상)'

핵융합 플라즈마의 고속이온과 플라즈마가 자기장에 의해 만드는 일정한 파형의 상호작용 과정에서 생기는 불안정 현상으로 이 현상은 플라즈마 내부의 고속 이온을 이탈시키며 열 에너지를 가두는데 방해되는 특징을 가진다.

 

 

이에 핵융합에너지연구원은 기존 국내 기술로 개발한 핵융합 시뮬레이션 코드 'gKPSP'를 활용하여 고속 이온의 움직임에 따른 TAE 불안정 현상의 변화를 계산하고, 이를 예측할 수 있는 '고속 이온 시뮬레이션 코드' 개발에 성공하며 기존 gKPSP 코드는 핵융합 플라즈마 수송 현상을 분석하는 데 주로 사용되었지만 이번 연구 성과로 인해 고속 이온 시뮬레이션 코드가 더해지며 TAE 불안정 현상과 같은 전자기 현상의 분석이 가능하도록 기능이 확장할 수 있었고 이번에 개발된 고속이온 시뮬레이션 코드는 해외 개발 코드와 교차 검증을 통해 우수한 계산 능력을 인정받기도 했다.

 

 

인공태양 관련 기업들은 많지만 몇몇 기업들만 잠깐 소개하자면, 두산에너빌리티의 경우 영국에 자회사인 두산밥콕과 컨소시엄을 구성하기도 했고 2022년까지 국제핵융합실험로 국제기구와 가압기 공급계약을 한 적이 있다.


한전기술의 경우 원전 발전소 설계 및 엔지니어링 전문 기업에 걸맞게 2007년 사업 초기부터 상업용 핵융합 발전 사업에 관련된 원천 기술을 확보하는데 주력하고 있는 곳이다.


모비스는 제어시스템 관련 회사로 핵융합 발전로 제어시스템을 개발하며 프랑스 ITER에 납품한 이력이 있고 2010년부터 국내 가속기 사업, 해외 핵융합 사업 등의 거대장치 정밀 제어 설루션을 제공하는 등 국제핵융합실험로 사업에 집중하고 있다.


비츠로테크는 비츠로 그룹의 지주사다. 전기공급, 전기제어장치 제조 등을 영위하는 기업으로 국가핵융합 관련 수주를 한 적이 있다. KSTAR 대전력 저장 공급장치 및 가열장치 빔라인 시스템 제작과 설치, 안정화 코일 제작 수주 등이 그것이다.


다원시스는 특수전원장치 제조 및 판매하는 기업으로 국내 핵융합 전원 공급장치를 유일하게 공급하는 회사이고 주로 반도체 세정장비 제조업체들을 상대로 제품 공급을 하고 있다.


일진파워는 발전소 설비 이상 유무 점검(발전기 경상정비)과 가압정수로 아틀라스 계발, 삼중수소 저장장치 상용화 등 주로 한국전력과 관련 기업들에 주된 납품을 하고 있다.

 

 

 

 

---

인공태양 기술 관련주, 수혜주

두산중공업, 두산에너빌리티, 한전기술, 모비스, 일진파워, 비츠로테크, 다원시스, 이엡코리아, 인진파워, 고려제강, 삼화콘덴서, 에스에프에이, 한양이엔지 등이 있으며 본문에 포함된 모든 기업들이 관련주, 수혜주라고 볼 수 있다.

 

 

 

출처: https://qlehfl0321.tistory.com/ [돈이 money? 의 돈 공부 거기에 일상까지 한 스푼 더합니다.]

 

본 포스팅의 내용은 무단 전재 배포를 원하지 않습니다. 투자의 책임은 온전히 본인에게 있는 것입니다. 포스팅 내용은 참고만 하시고 무리한 투자는 자제해 주세요.