[파이낸셜뉴스] 울산과학기술원(UNIST) 원자력공학과 이지민·윤의성 교수팀은 '인공태양'으로 불리는 핵융합발전을 앞당길 수 있는 시뮬레이션 인공지능(AI) 모델을 개발했다고 17일 밝혔다. 연구진이 개발한 딥러닝 기반의 AI 모델 'FPL-net'은 핵융합로 안의 플라즈마 상태를 기존보다 1000배 빠르게 시뮬레이션 할 수 있으며, 빠른 결과를 얻어냄에도 불구하고 예측 오차가 0.001%에 불과해 높은 정확도를 가졌다. 핵융합 발전, 일명 '인공태양' 기술에서는 발전기 내부를 실제 태양과 같은 고온 플라즈마 상태로 유지해야 한다. 플라즈마는 물질이 음전하를 띤 전자와 양전하를 띤 이온 입자로 분리된 상태로, 이 상태에서 입자 간 충돌을 정확하게 예측하는 것이 안정적인 핵융합 반응을 유지하는 핵심 요소다. 플라즈마 상태는 수학적 모델로 나타내는데 그중 하나가 '포커-플랑크-란다우 방정식(FPL)'이다. 이 방정식'은 양과 음의 전하 입자 간 충돌, 즉 쿨롱 충돌을 예측한다. 원래 이 방정식을 풀기 위해서는 해답을 점진적으로 구해나가는 반복법이 쓰여 계산량이 많고 시간이 오래 걸린다. 연구진이 개발한 AI 모델은 기존에 쓰이는 반복법과 달리 한 번에 방정식의 해를 구할 수 있다. 연구진은 "정확도는 유지하면서도 GPU를 활용한 딥러닝으로 CPU를 사용하던 기존 코드에 비해 계산 시간을 1000배 단축했다"며, "핵융합로 전 영역을 시뮬레이션하는 난류 해석 코드나 플라즈마를 가두는 핵융합로 특수 구조물인 토카막을 컴퓨터의 가상 공간에 구현하는 디지털 트윈 기술의 초석이 될 것"이라고 말했다. 연구진은 "다만 이번 연구는 전자 플라즈마에 한정돼, 응용을 위해서는 불순물이 포함된 다종입자들의 복잡한 플라즈마 환경으로 확장하는 연구가 필요하다"고 덧붙였다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 AI 모델을 국제학술지인 '계산물리학저널(Journal of Computational Physics)'에 발표했다.   monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 우리나라가 태양이 에너지를 만들어내는 것을 모방한 500㎿급 핵융합 발전 실증로 설계에 돌입했다. 이번 실증로 설계에는 산학연 전문가 70여명이 참여하며 특히 국제 핵융합 실험로(ITER) 건설에 참여한 업체를 포함한 25개 이상의 기업들이 함께 한다. 과학기술정보통신부는 7일 '실증로 설계 준비팀(TF) 착수식'을 개최하고 본격적으로 '핵융합 전력생산 실증로' 설계에 착수했다. 실증로 설계를 위한 TF에는 실무위원장에 전북대 홍봉근 양자시스템공학과 교수를 내정하고 산학연 전문가 70여명으로 구성됐다. 과기정통부 관계자는 "현재 25개 기업이 TF에 참여하고 있지만, 산업계 수요조사 결과 참여를 희망하는 기업이 많아 기업쪽 실무자가 TF에 추가될 것"이라고 말했다. TF는 실증로 설계를 총괄·조정하고 세부 실행계획을 수립하는 총괄위원회를 필두로 설계 통합 및 변경 관리 등을 담당하는 설계통합 전담팀, 설계의 중요 이슈에 대한 자문을 제공하는 설계자문위원회, 장치별 설계를 담당하는 12개 분야의 워킹그룹으로 구성했다. 앞으로 TF는 2035년 실증로 설계 완료를 목표로 총 3단계로 설계를 진행한다. 2026년까지 1단계 예비 개념설계를 완료하고 인허가 체계를 수립한다. 이후 2030년까지 2단계 개념설계를 완료하고 설계기준을 확립한다. 3단계 공학설계 완료 및 인허가 추진을 목표로 2035년까지 마칠 계획이다. 이와함께 별도로 구성된 이행점검단이 설계 단계별로 점검해 다음 설계 이행 여부를 결정하게 된다. #OBJECT0#핵융합 발전 실증로는 한국핵융합에너지연구원의 초전도 핵융합 연구장치 'KSTAR'의 노형보다 약 4배 정도 크며, ITER의 에너지 효율보다 3배 이상 더 높은 30배로 설계될 전망이다. 과거 핵융합에너지연구원 윤시우 부원장은 경제성을 고려해 에너지 투입대비 30배 정도의 에너지를 뽑아내야 의미가 있다고 설명한 바 있다. 또한 설계기준으로 40년 이상 설계 수명에, 지진 규모 7.0에도 버틸 수 있는 안전기준을 충족하도록 설계한다는 방침이다. 과기정통부 조선학 거대공공연구정책관은 이날 TF 착수식에 참석해 "우리의 우수한 기술력을 바탕으로 실증단계에서도 핵융합에너지 개발을 주도해나갈 수 있도록 이번 설계 준비팀(TF) 구성에 이어, 핵융합 실증 핵심기술 확보를 위한 장기 연구개발 로드맵을 연내 수립하는 등 핵융합 실현을 위한 준비를 민간과 함께 차근차근 해나가겠다"고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 정부가 인공태양 프로젝트인 핵융합 발전기 건설을 본격적으로 추진한다. 2035년 500㎿급 핵융합 발전 실증로 건설 착수를 목표로 필요한 주요 기술 확보와 설계에 들어간다. 이종호 과학기술정보통신부 장관은 23일 제18차 국가핵융합위원회에서 '핵융합 실현을 위한 전력생산 실증로 기본개념' 등의 안건을 심의·의결했다. 이날 발표된 기본개념에는 지난해 12월 발표한 '제4차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획'을 달성하기 위한 후속조치가 담겨있다. 먼저 핵융합 실증로는 최대 500㎿ 이상의 전기출력을 낼 수 있는 규모로 만든다. 현재 건설중인 국제핵융합실험로(ITER)는 에너지 효율이 10배 정도의 실험로인데 반해 우리가 목표로 하고 있는 실증로는 30배다. 한국핵융합에너지연구원 윤시우 부원장은 "경제성을 고려하면 에너지 투입대비 30배 정도의 에너지를 뽑아내야 의미가 있다"고 설명했다. 여기에 연료로 쓰이는 삼중수소 생산기술 확보도 중요하다. 발전 가능성 못지 않게 삼중수소를 취급하는데 따른 중저준위 방사성 폐기물 처리 등의 안전성 검증도 필요하다. 핵융합에너지연구원의 KSTAR가 주반경이 1.8m로, 실증로는 이보다 더 큰 7m 이내의 토카막 노형으로 만들어질 전망이다. 또 설계기준으로 40년 이상 설계 수명에, 지진 규모 7.0에도 버틸 수 있는 안전기준을 충족하도록 설계한다는 방침이다. 과기정통부는 올 상반기중 산·학·연 전문가가 참여하는 '실증로 설계 TF'를 구성해 실증로의 단계적 설계에 착수한다. 또 핵융합 공백기술 확보를 위한 장기 R&D 로드맵을 연내 수립키로 했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스]핵융합 및 가속기 초정밀 제어시스템 공급업체인 모비스가 한국핵융합에너지연구원(KFE)과의 컨소시엄을 통해 560만 유로(약 75억원) 규모의 국제핵융합실험로(ITER) 초전도 코일 퀜치검출용 고전압 신호처리 시스템 설계 및 제작(High voltage cubicles and signal conditioners for the ITER system) 사업을 수주하는 데 성공했다고 29일 밝혔다. 퀜치(Quench) 검출용 신호처리 시스템은 퀜치현상이 발생해 핵융합발전 자체가 중단되는 것을 막고 발전소의 주요 시스템까지 손상되는 것을 방지한다는 점에서 핵융합발전 과정에서 중요한 부분이다. 퀜치 현상은 핵융합 발전에 들어가는 초전도 코일이 운전 중 초전도상태가 상전도 상태로 전이되는 것을 말한다. 이때 막대한 자기장 에너지가 열에너지로 변하면서 시스템에 손상을 줄 수 있다. 이번에 수주한 고전압 신호처리 시스템은 초전도 코일에서 발생하는 전압과 온도를 측정하여 퀜치현상의 발생 여부를 측정하고 이를 예방하는 역할을 담당하는 장치다. ITER 초전도 코일의 수십 kV 전압 환경에서 약 10만분의 1 수준인 수십 mV의 낮은 전압을 측정하는 것으로 고전압 처리와 노이즈 제거 기술 등과 같은 정밀한 기술이 요구된다. 모비스가 지금까지 ITER에서 단독으로 수주한 중앙제어시스템(CFS)과 한전기술과의 컨소시엄을 통해 수행한 인터락시스템(CIS) 등의 주요 프로젝트들은 모두 전 세계 최고의 연구소 및 기업들과 경쟁을 통해 수주한 결과다. 이번에도 다수의 EU 연구소 및 기업들과의 기술경쟁 등을 통해 모비스-KFE 컨소시엄이 최종 사업수행자로 결정됐다. 모비스 관계자는 "이번 수주는 ITER 한국사업단과 KFE의 적극적인 지원이 있었기에 가능한 프로젝트라고 생각한다"며 "미래 청정에너지의 원천이 될 핵융합발전에서 정부 출연기관들과 중소기업이 함께 핵심기술 개발과 상용화를 추진하는 좋은 사례가 될 것"이라고 설명했다. 이어 "ITER 사업과는 별도로 다양한 국가 및 기업들이 추진하는 핵융합 발전 관련 사업에도 참여를 모색 중"이라고 덧붙였다. kmk@fnnews.com 김민기 기자 , 노유정 인턴기자

[파이낸셜뉴스] '인공태양'이라 불리는 핵융합발전의 핵심연료인 중수소를 보다 경제적으로 얻을 수 있는 실마리가 나왔다. 한국연구재단은 오현철 경남과기대 교수, 최경민 숙명여대 교수와 독일 막스플랑크연구소의 마이클 허셔 박사 공동연구팀이 영하 170도에서도 중수소 분리가 가능한 시스템을 개발했다고 한국연구재단이 16일 밝혔다. 연구진은 "지금까지 발표된 중수소 분리 연구 중 가장 높은 온도에서 중수소를 성공적으로 분리해 실제 산업에서의 응용 가능성을 실험적으로 입증했다"고 말했다. 중수소는 수소에 중성자가 하나 더 있는 수소다. 중수소는 미래 에너지원으로 꼽히는 핵융합 발전의 핵심연료이자 원자력발전과 연구용 장비 등에 쓰이는 대체 불가능한 자원이다. 하지만 지구상에 존재하는 중수소는 전체 수소 중 0.016%에 불과하다. 기존에는 중수소를 얻기 위해 절대온도 근처인 영하 250도 환경을 만들어야 했다. 극저온 환경을 만드려면 리터당 3만원에 달하는 고가의 액체헬륨을 사용한다. 연구진이 개발한 시스템을 사용하면 영하 170도에서도 중수소를 얻을 수 있다. 리터당 600원인 액체질소를 이용해도 중수소를 얻을 수 있는 환경을 만들 수 있어 기존 기술보다도 훨씬 경제적이다. 연구팀은 극저온에서는 닫혀 있다 온도가 올라가면서 서서히 열리는 미세 구멍을 가진 다공성 물질을 이용해 더 무거운 중수소만 고온에서 기공을 통해 분리되도록 했다. 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업 및 해외대형연구시설활용연구지원사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 미국화학회지 'JACS'에 11월 21일 게재됐다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

"미국 시카고에서 영화 투모로우가 현실로 나타났다." 이경수 국제핵융합실험로(ITER) 기술 총괄 사무차장은 올 겨울 날씨를 언급하며 세계가 기후 온난화로 환경이 변하는 것을 체감하는 현 시점이 핵융합발전 상용화를 생각할 것이라고 전망했다. 이경수 사무차장은 "한국의 초전도핵융합장치 'KSTAR'를 2027년엔 완전히 업그레이드해야 우리나라가 10년 후 세계를 또 다시 리드할 기회가 올 것"이라고 전망했다. 이경수 사무차장은 지난 20일 KSTAR 운전 10주년을 맞아 20일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 국제 학술대회에 참석해 국제핵융합연구 동향과 한국이 나가야 할 길에 대한 의견을 밝혔다. 이 사무차장은 2038년이 되면 ITER에서 다양한 실험결과가 나오고 핵융합발전이 상용화 직전까지 가면 ITER를 위한 파일럿 장치인 KSTAR는 더 이상 효용 가치가 없다는 것이다. 그는 ITER 건설현장에 34명의 한국인 기술인력이 중요 업무를 담당하고 현대중공업, 효성 등 국내 여러 기업들이 주도하고 있다고 설명했다. 향후 KSTAR 업그레이드와 상용화에 중요한 핵심들이라고 강조했다. 이 사무차장은 중국이 시진핑의 주도로 인력양성을 추진해 매년 2000명을 배출하고 있다며 국내 부족한 인력에 대해 아쉬움을 표했다. 이에 대한 해결책으로 "요즘 젊은이들은 똑똑해서 왠만한 지원 가지고는 선택하지 않을 것"이라며 이공계에 피부로 느낄 정도의 정부정책이 필요하다고 지적했다. 그는 핵융합에너지에 대한 국민들의 회의적 시각에 대해 해외 주요국의 계획 등을 전했다. 중국과 일본 등 여러 참여국은 각자 나름대로 상용화 직전 단계를 준비하고 있고, 이들은 핵융합에너지가 실현불가능한 프로젝트로 생각하지 않고 국가적 로드맵을 따라 진행중이라고 했다. 이 사무차장은 이어서 "한국은 이제껏 한번도 상용화 되지 않은 연구개발에 참여한 적이 없다"며 부정적 반응에 이해한다고 말했다. 그는 "국가나 대기업들이 해볼만 하다는 생각이 들게 하고 먼저 뛰어들게 만드는게 우리 임무"라고 전했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

이엠코리아가 강세다. 이엠코리아가 국제핵융합실험로(ITER) 사업에 참여한다는 소식이 호재로 작용하는 모습이다. 10일 오전 10시43분 현재 이엠코리아는 전날보다 8.52%(325원) 상승한 4140원에 거래되고 있다. 국가핵융합연구소는 방산·항공 분야 전문기업인 이엠코리아와 ITER 부품인 '블랑켓 차폐블록' 제작 계약을 했다고 이날 밝혔다. ITER 사업은 한국, 미국, 중국, 유럽연합(EU) 등 7개국이 2007년부터 프랑스 남부 카다라쉬에 태양처럼 핵융합 반응을 일으켜 에너지를 대량 생산할 수 있는 실험로, 즉 '인공태양'을 건설하는 사업이다. 장치 건설에 필요한 부품은 7개국이 나눠 개별 제작한 뒤 카다라쉬에서 최종 조립하게 된다. 유럽연합(EU)과 미국, 러시아, 한국, 일본, 중국, 인도 등 7개국이 공동 진행하는 글로벌 핵융합 발전 사업은 크린에너지로 각광받은 수소를 활용한 미래에너지 개발 프로젝트다. 총 사업 규모도 20조 원에 달한다. kjw@fnnews.com 강재웅 기자

이베스트투자증권은 27일 다원시스에 대해 "수주 확대 모멘텀 이어질 전망"이라며 목표주가 3만6000원을 제시했다. 서용희 이베스트투자증권 애널리스트는 "핵융합발전 기반 기술력을 바탕으로 수요산업 빠르게 확대 중"이라며 "중장기적으로 수주 확대 모멘텀 이어질 전망"이라고 말했다. 다윈시스는 핵융합발전용 특수전원장치 기술 보유 업체로 세계 및 국내 핵융합발전 프로젝트 전원장치 독점 납품 중이다. 특수전원장치 기반 기술이 일반산업에 적용되면서 응용 분야가 확대되는 것이 중장기 투자 포인트로 꼽힌다. 서 애널리스트는 "핵융합발전장치의 경우 상용화 시점인 2030년까지 안정적인 수주 전망 (하반기 ITER 7차 수주 예상)"이라며 "중국 플라즈마 환경 집진설비 및 가속기 전원장치 관련 수주도 하반기 예상된다"고 말했다. 덧붙여 전동차용 전원장치 관련 수주도 국내 2호선 레퍼런스 확보로 규모 확대가 전망되며 기타 다양한 영역에 관련 기술이 접목되면서 중장기 수요 확대 예상된다. courage@fnnews.com 전용기 기자

권면 국가핵융합연구소 소장(오른쪽 여섯번째)과 김종민 강원발전연구원 원장(오른쪽 일곱번째)이 산업발전을 위한 협약을 체결했다. 국가핵융합연구소는 30일 오전 11시 대전 어은동 연구소 회의실에서 강원발전연구원과 과학기술 및 산업 발전을 도모하기 위해 상호협력 협약을 체결했다. 두 기관은 이날 △공동연구 및 기술지원 △연구인력 교류 및 활용 △학술 및 기술 정보 교환 등에 대한 협약서를 교환하고 향후 긴밀한 업무협력을 통해 창의적인 성과를 창출해 나갈 것을 약속했다. 권면 핵융합연구소 소장은 "강원 발전 연구원과 유기적인 상호협력 체계를 구축하고 핵융합 및 플라스마 분야의 공동연구 등을 통한 신산업 창출 노력으로 강원 지역 발전에 기여할 수 있도록 하겠다"고 밝혔다. hsk@fnnews.com 홍석근 기자

국가핵융합연구소(NFRI)가 인도에서 플라스마 기술을 적용한 석탄가스화 복합발전기술(IGCC)의 상용화를 추진한다. 고청정 발전기술인 석탄가스화 복합발전기술의 해외 수출은 이번이 처음이다. 핵융합연 이경수 소장은 8일 "인도 대기업들과의 협력을 통해 석탄가스화 복합발전소를 건설하고 전기를 공급받지 못하는 빈민계층 20만가구에 전기를 공급할 계획이다"고 밝혔다. 핵융합연은 석탄가스화 기술을 제공하고 발전소 건설은 인도 대기업들이 맡기로 했다. 양국은 인도 전역에 흩어져 있는 저급탄을 석탄가스화 공정을 통해 합성가스로 전환하고 이를 활용해 전기를 생산하면 전기 취약지역 20만가구가 수혜를 볼 수 있다는 판단에서 사업을 추진키로 했다. 핵융합연의 IGCC는 석탄 등 저급연료를 수소와 일산화탄소가 주성분인 합성가스로 제조해 가스터빈과 증기터빈을 구동시킨다. 특히 황, 이산화탄소 등 환경오염물질 배출이 거의 없는 고청정 발전기술로 주목받고 있다. 이 소장은 "인도에 석탄가스화 복합발전 건설이 완료되면 상당한 경제적인 수익을 거둘 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다. 핵융합연은 2018년까지 25㎿급 플라스마 석탄가스화 복합발전을 개발, 상용화하는 것을 목표로 하고 있다. 이 소장은 이 밖에도 올해 한국형핵융합실험로(KSTAR) 성능향상 작업에도 힘을 쏟을 계획이라고 밝혔다. KSTAR운영 사업단은 현재 플라스마 대향장치와 제어코일 제작 등 진공용기 내부 장치와 부대장치의 성능 고도화를 진행하고 있다. 또한 사업단은 고성능 플라스마를 안정적으로 발생·유지할 수 있는 D형 플라스마(전류 500㎄, 유지시간 5초)구현을 위한 연구에 집중하고 있다. D형 플라스마를 구현했다는 것은 플라스마를 마음대로 조정할 수 있다는 것을 뜻한다. 핵융합발전 상용화를 앞당기는 데 필수적인 기술이다. 핵융합연은 플라스마 연구개발을 통한 국제경쟁력 강화를 위해 국제공동연구도 더욱 확대할 방침이다. 이 소장은 "ITER 국제토카막 물리활동그룹(ITPA) 및 미국 제너럴 아토믹스(GA), 프린스턴 플라스마 물리연구소(PPPL) 등과 공동연구를 수행하고 일본 핵융합연구소(NIFS), 일본 원자력연구개발기구(JAEA)와 연구장비 무상대여 및 공동개발을 추진할 것"이라고 말했다. 한편, 핵융합연은 오는 10월 대전에서 열리는 국제 핵융합올림픽 '국제원자력기구(IAEA) 핵융합에너지 콘퍼런스(FEC, Fusion Energy Conference)'를 개최한다. ■용어설명 플라즈마는 원자핵과 전자가 분리돼 이온화된 입자들의 상태이다. 전자와 양이온, 즉 전기를 띈 하전 기체(전기적으로 중성)의 물질상태를 말한다. 형광등, 번개, 오로라 등이 일상에서 볼 수 있는 플라즈마의 대표적인 예이다. /talk@fnnews.com 조성진기자