에너지 호르무즈 해협 봉쇄로 드러난 ‘탈탄소’의 중요성… 핵융합·SMR로 ‘세계를 선도’하는 일본의 발전 기술 진가를 전문가가 해설

[お持て成し]

호르무즈 해협 봉쇄로 드러난 ‘탈탄소’의 중요성… 핵융합·SMR로 ‘세계를 선도’하는 일본의 발전 기술 진가를 전문가가 해설 / 4월 30일(목) / 핀즈바 뉴스

호르무즈 해협을 건너는 유조선(사진/shutterstock)

미국과 이스라엘의 이란 공격으로 긴장이 고조되는 가운데, 중동에서 원유 탱커가 통과하는 호르무즈 해협이 봉쇄되면서 원유의 약 90%를 중동에 의존하고 있는 일본은 심각한 에너지 위기에 직면하고 있다.

■【이미지】자기 링을 갖춘 핵융합로의 핵심 이미지

그 와중에 경제산업성은 4월 15일, 차세대 지열발전 및 페로브스카이트 태양전지에 대한 개발 지원 확대를 결정했다. 하지만 주목받는 차세대 에너지 기술은 지열 발전이나 페로브스카이트 태양전지에만 국한되지 않는다.

그 중 하나가 핵융합 발전이다. 이는 원자로를 이용한 발전의 한 종류이지만, 기존의 원자력 발전과는 어떻게 다른지. 과학 작가 카와구치 토모카즈 씨가 설명한다. (이하, 따옴표 안의 모든 댓글은 카와구치 씨의 발언)

"원자력 발전과 핵융합 발전의 차이는 열을 만들어내는 방식의 차이에 있습니다. 두 경우 모두 핵연료로 물을 끓이고, 그 수증기로 터빈을 회전시켜 전기를 생산한다는 점은 동일하지만, 원자력 발전이 우라늄이나 플루토늄 같은 무거운 입자가 분열하는 열을 이용하는 반면, 핵융합 발전은 수소를 핵융합 반응시킬 때 발생하는 열을 사용합니다. 핵융합은 반응을 지속할 조건이 무너지면 그 지점에서 멈추기 때문에, 연료가 계속 열을 발생시키는 원자력 발전보다 안전하고, 화력 발전처럼 CO₂도 배출하지 않는다. 게다가 연료인 삼중수소(트리튬)는 해수에서 추출할 수 있습니다"

원자력 발전만큼 효율적으로 막대한 전력을 생산하고, 연료 자원도 풍부하며, 게다가 안전하고 깨끗하다. 바로 꿈의 차세대 에너지다. 그 개발 분야에서 세계 최첨단을 이끌고 있는 것이 바로 일본이라고 한다.

"핵융합 반응을 일으키기 위해 사용되는 것이 ‘자기장 가두기 방식’이다. 즉, 자기장을 조절해 핵융합이 끊기지 않도록 하는 장치인데, 여기에는 고출력이지만 제어가 어려운 ‘토카막형’과 출력은 낮지만 제어가 비교적 간단한 ‘헬리컬형’이 있습니다. 후자를 실용화하기 위해 세계 최첨단 기업인 일본의 ‘헬리컬퓨전社’가 앞서 개발했으며, 그에 필요한 고온 초전도선재를 세계 최초로 개발한 것이 역시 일본의 ‘후지쿠라’입니다. 즉, 일본은 핵융합 발전의 소재와 장비 분야에서 세계를 선도하고 있다고 말할 수 있습니다"

다만, 이 핵융합 발전의 실용화 장벽은 상당히 높다는 것이 현실이다.

"핵융합 반응을 유지하기 위해 필요한 자기장 제어 장치와 고온을 연속적으로 견딜 수 있는 안전성이 높은 원자로 개발 자체가 상당히 기술적으로 어려운 것이 현실입니다. 설립한다 하더라도 그 설비를 건설하는 데는 막대한 비용이 듭니다. 2027년에 최종 실증이 시작된다는 이야기가 있지만, 현실적으로는 2030년쯤부터 조금씩 화제가 되고, 실용화는 빠르면 2050년, 30년 정도는 더 걸릴 것이라고 생각합니다"

■ 트럭에 실을 수 있을 정도 크기의 원자로
　

그와 반대로 비교적 현실적인 것이 소형 모듈 원자로(SMR)이다. 기존 원자력 발전소를 소형화하고, 공장에서 만든 장비와 부품을 결합해 설치가 용이하도록 만든 차세대 원자로이다. 이 제품이 현재 은밀히 주목받고 있다.

"말하자면 원자력 발전소의 소형화입니다. 전 세계에서는 지금, 차에 실을 정도, 트럭에 싣을 정도 크기의 원자로를 만들려고 하고 있습니다. 작기 때문에 공랭식으로도 운용할 수 있어, 기존 원전처럼 바다 근처에서 대량의 냉각수를 필요로 하지 않습니다"

즉, 어디에든 설치가 가능하다는 뜻. 여러 곳에서 만들 수 있다면 전력 케이블을 길게 끌 필요도 없어진다. 지역별로 분산 배치할 수 있는 전원으로 활용할 수 있다는 점도 놓칠 수 없다.

"현재 원전처럼 수백만 킬로와트 급에 비하면 꽤 작지만, 그 대신 어디에든 설치할 수 있다.’ 대도시 전체를 커버하는 것이 아니라, 도시·지역·섬 단위의 전원으로 활용할 수 있다. 공원이나 빈터에 두어 지역 전기 요금을 낮추는 활용도 가능할 것입니다"

그렇다면, 이러한 차세대 에너지가 실용화된 뒤 우리의 생활은 어떻게 변할까. 보이는 미래상은 더욱 커진다.

"2050년쯤이 되면, ‘전기 요금을 내는’ 감각 자체가 사라질지도 모른다. 도로와 같은 사회 인프라가 될 수도 있습니다. 오늘, 내일 그렇게 될 것은 아니지만, 그 방향으로 나아갈 것입니다"

전기는 사용할수록 요금을 신경 쓰게 되는 것이죠——. 그런 당연함이 앞으로는 과거의 상식이 될지도 모른다.

전편에서는 경제산업성이 개발 지원 확대를 결정한 차세대 지열 발전과 페로브스카이트 태양전지의 실현 가능성, 그리고 일본이 세계를 선도하는 이유를 설명하고 있다.

카와구치 토모카즈
1967년생. 과학 작가. 도야마 대학 이과대 물리학과를 졸업한 뒤 출판사에 근무했으며, 1999년부터 작가로 활동하고 있다. 그동안 과학 정보 사이트 ‘사이언스 뉴스’의 편집 총괄과 불규칙적으로 바 ‘과학 실험 술집’을 운영하는 등 다양한 관점에서 과학을 주제로 활동하고 있다. 저서로는 『정말 대단해! 일본의 과학기술』(소우바샤), 『비타민 C는 인류를 구한다!!』(학켄 퍼블리싱), 『뭐든 미래 도감』(코단샤), 『라멘을 과학한다』(칸젠) 등 다수. 

핀즈바 NEWS 편집부

ホルムズ海峡封鎖で露呈した「脱炭素」の重要性…核融合・SMRで「世界をリード」する日本の発電技術の真価を専門家が解説

ホルムズ海峡封鎖で露呈した「脱炭素」の重要性…核融合・SMRで「世界をリード」する日本の

ホルムズ海峡封鎖で露呈した「脱炭素」の重要性…核融合・SMRで「世界をリード」する日本の発電技術の真価を専門家が解説 / 4/30(木) / ピンズバNEWS

ホルムズ海峡を渡るタンカー（写真／shutterstock）

　アメリカとイスラエルによるイラン攻撃で緊張が高まる中、中東からの原油タンカーの通り道であるホルムズ海峡が封鎖されたことにより、原油の約9割を中東に依存している日本は深刻なエネルギー危機に直面しようとしている。

■【画像】磁気リングを備えた核融合炉の炉心のイメージ

　そんな折、経済産業省は4月15日、次世代型地熱発電とペロブスカイト太陽電池への開発支援の拡充を決定した。だが、注目を集める次世代エネルギー技術は、地熱発電やペロブスカイト太陽電池だけではない。

　その一つとして挙げられるのが、核融合発電だ。これは原子炉を使った発電の一種なのだが、従来の原子力発電とは、どのように違うのか。サイエンスライターの川口友万氏が説明する。（以下、カギカッコ内のコメントはすべて川口氏）

「原子力発電と核融合発電の違いは、熱の生み出し方の違いにあります。どちらも核燃料で水を沸かし、その水蒸気でタービンを回発電する点は同じですが、原子力発電がウランやプルトニウムといった重い粒子が分裂する熱を使うのに対し、核融合発電は水素を核融合反応させた際に起こる熱を使います。核融合は反応を続ける条件が崩れればそこで止まるため、燃料が熱を出し続ける原子力発電よりも安全で、火力発電のようにCO2も出さない。しかも燃料の三重水素（トリチウム）は海水から取り出せます」

　原子力発電並みに効率よく莫大な電力を生み出し、燃料の資源も豊富で、しかも安全でクリーン。まさに夢の次世代エネルギー。その開発において、世界の最先端を行っているのが日本なのだという。

「核融合反応を起こすために用いられているのが“磁場閉じ込め方式”。つまり磁場を調整して核融合が絶えないようにする仕組みなんですが、これには高出力だけど制御が難しい“トカマク型”と出力は低いけれど制御が比較的簡易な“ヘリカル型”があって、後者の実用に向けた世界最先端企業が日本の『ヘリカルフュージョン社』、それに必要な高温超電導線材を世界に先駆けて開発したのが同じく日本の『フジクラ』です。つまり日本は、核融合発電の素材と装置の部分で世界をリードしていると言えます」

　ただし、この核融合発電の実用化へのハードルは相当高いのが現実。

「核融合反応を維持するために必要な、磁場の制御装置や、高温に連続して耐えられる安全性の高い原子炉の開発自体が、かなり技術的に困難だというのが現実。できたとしても、その設備を建設するのには莫大なコストがかかります。2027年に最終実証が始まるという話がありますが、現実的には2030年くらいから少し話題になって、実用化は早くて2050年くらい、30年は先だと思います」

■トラックに積めるくらいのサイズの原子炉
　その一方で、比較的現実味があるのが、小型モジュール炉（SMR）だ。従来の原発を小型化し、工場でつくった機器や部材を組み合わせて設置しやすくした次世代型の原子炉である。これが今、密かに注目を集めている。

「言ってみれば、原子力発電所の小型化です。世界中では今、車に載るくらい、トラックに積めるくらいのサイズの原子炉をつくろうとしているんです。小さいから空冷でも運用できるので、従来の原発のように海のそばで大量の冷却水を必要としません」

　つまり、どこにでも設置が可能だということ。あちこちでつくれれば送電ケーブルを長く引く必要もなくなる。地域ごとに分散して置ける電源として使える点も見逃せない。

「今の原発のような何百万キロワット級に比べればかなり小さいですが、その代わり、どこにでも置ける。大都市全体をまかなうようなものではなく、街や地域、離島単位の電源として使える。公園や更地に置いて、地元の電気代を下げる使い方だってありえるでしょう」

　では、こうした次世代エネルギーが実用化された先に、私たちの暮らしはどう変わるのか。見えてくる未来像は、さらに大きい。

「2050年くらいになれば、“電気代を払う”という感覚自体がなくなるかもしれない。道路のような社会インフラになるかもしれません。今日、明日でそうなるわけではありませんが、その方向には向かっていくはずです」

　電気は、使えば使うほど料金を気にするもの——。そんな当たり前が、将来は過去の常識になるのかもしれない。

　前編では、経済産業省が開発支援の拡充を決定した次世代型地熱発電とペロブスカイト太陽電池の実現性と日本が世界をリードする理由を解説している。

川口友万（かわぐち・ともかず）
1967年生まれ。サイエンスライター。富山大学理学部物理学科卒業後、出版社勤務を経て99年よりライターに。これまで科学情報サイト「サイエンスニュース」の編集統括や不定期でバー「科学実験酒場」を経営するなど、様々な角度から科学をテーマに活動している。著書に『ホントにすごい!日本の科学技術』（双葉社）、『ビタミンCは人類を救う!!』（学研パブリッシング）、『なんでも未来ずかん』（講談社）、『ラーメンを科学する』（カンゼン）など多数。

ピンズバNEWS編集部