최근에 국내 연구진이 아카이브에 게재한 상온초전도체 논문에 대한 관심이 뜨겁습니다.
실험 데이터도 부족하고 논문에서 공개한 영상 또한 초전도체 마이스너 효과가 아니라 강자성체에 전자기력으로 설명이 가능하기 때문에 지금 큰 이슈가 되고 있습니다.
오늘은 우선 이슈를 제쳐두고 만일 상온초전도체 가 현실화 된다면 인류에 어떤 영향을 미치게 될지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.
상온초전도체 (RTSC)
초전도체란 임계 온도(critical temperature,Tc) 이하의 초저온에서 금속, 합금, 반도체 또는 유기 화합물 등의 전기 저항이 없게 되어서 전류가 아무런 장애 없이 흐르는 현상을 말합니다.
상온 초전도체는 동작 온도가 0 °C (273 K) 이상의 일상적인 환경의 온도에서도 초전도 현상을 보이는 물질 또는 초전도 물체를 말합니다.
최근 2023년 7월 23일 퀀텀에너지연구소와 한국과학기술연구원(KIST)의 한국 연구진은 “최초의 상압 상온 초전도체”라는 이름의 논문을 arXiv에 공개함으로서 상온 초전도체인 LK-99이라는 물질을 개발했다고 주장한 사실로 현재까지 사실 여부 논란 중에 있습니다.
상온초전도체 이용 실현 가능한 기술
엄청난 성능의 디바이스 개발
일단 우리 실생활에 가장 먼저 바뀔 부분은 엄청난 성능의 디바이스의 개발입니다.
초전도 현상은 전류저항이 제로가 되기 때문에 cpu나 gpu의 성능을 대폭 늘릴 수가 있게 됩니다.
cpu나 gpu의 성능을 높이는 건 매우 간단합니다. 클럭 스피드를 높이면 되죠. cpu에 더 많은 전력을 투입하면 성능은 계속해서 올라갑니다.
현재는 반도체의 저항이 존재하기 때문에 높은 에너지를 투입하면 엄청난 열이 발생하여 무한정 클럭을 높이면 반도체가 녹아버립니다.
그래서 클럭 수를 강제로 높이는 오버클럭을 하기 위해서는 수냉 쿨러나 액체 질소를 부어버리는 것이죠. 하지만 상온초전도체로 cpu를 만들게 된다면 기존과는 비교도 안 되는 클럭 수로 동작을 시킬 수가 있습니다.
뿐만 아니라 현재 노트북이나 스마트폰의 CPU 성능이 데스크탑에 비해서 현저히 떨어지는 이유가 발열 때문입니다.
상온초전도체 물질을 사용한 cpu가 나온다면 현존한 데스크탑보다 성능이 훨씬 뛰어난 스마트폰이나 노트북 혹은 더 작은 디바이스들이 개발될 수가 있으며 더 나아가면 양자컴퓨터도 상용화될 가능성이 있습니다.
내연 기관이 사라짐
이제 더 이상 내연기관을 사용할 이유가 사라진다는 것입니다.
현재도 전기차 급속 충전은 발전을 거듭하면서 무려 350kw에 달하는 충전 속도로 거의 20분만에 충전이 가능해졌지만 여기에서 더 올리기 힘든 이유도 바로 저항 때문입니다.
도선에 많은 전류가 흐를수록 저항으로 인해서 발열이 일어나며 수십에서 수백 암페어의 전류를 흘리기 위해서는 급속 충전기 선이 두껍고 요새는 이 전선을 수냉으로 쿨링 할 정도입니다.
하지만 전기차 충전선을 초전도체를 사용한다면 기존의 400v나 800v를 사용하는 급속 충전에서 문제될 것이 없고 전기차 급속 충전이 5분을 넘지 않는 시대가 도래하는데 문제가 없습니다.
급속 충전시에 생기는 화재 위험 역시 저항이 제로가 되면 발생하지 않습니다.
초고속 자기부상열차와 전력망
상온초전도체가 기존의 구리선 만큼 저렴하다면 훨씬 더 에너지 효율이 좋은 자기부상열차를 만들 수가 있습니다.
그리고 송전으로 인한 전력 손실과 전력망의 설치가 필요 없어집니다.
도선 내에 흐르는 전류량이 많아질수록 저항이 커지게 되고 이를 막기 위해서 도선의 굵기를 늘리거나 전압을 높여 버린 방법을 써야 하므로 현재는 765kv나 345kv까지 전압을 높여서 송전하고 있습니다.
전압을 높여서 송전함에도 전력 수요량이 증가할 때마다 송전 설비를 증설해야 하고 현재 송전을 위해서 설치된 전선에 있는 구리만 가져다가 팔아도 한국전력을 살 수가 있을 정도로 전력망에 막대한 예산이 필요합니다.
하지만 송전선의 저항이 발생하지 않는다면 저항 손실로 인한 에너지 낭비를 막을 수 있을 뿐만이 아니라 전력 수요가 늘어날 때마다 송전탑을 늘릴 필요가 없어집니다.
이 경우 사람이 살지 않는 곳에 원전이나 발전소를 몰아서 건설해도 국가 전체의 송전이 가능해진다는 의미가 되죠.
지구 온난화를 막을 가장 현실적인 방법
그리고 사실 상온초전도체가 필요한 가장 큰 이유는 지구 온난화를 막을 가장 현실적인 방법이기 때문입니다.
현재 한 명의 사람은 일생 동안 동일한 질량을 가진 다른 동물에 비해서 수 백배 이상으로 탄소를 배출하며 살아갑니다.
우리가 가정에서 배달 시켜 먹는 음식이나 택배, 자동차나 비행기에 필요한 전력 등 우리가 하는 행위 모두가 탄소를 배출 시키는 행위입니다.
어떻게 보면 지구온난화가 일어나는 것은 너무 나도 당연한 일입니다.
하지만 상온초전도체가 존재한다면 꿈의 에너지 기술인 수소 핵융합 발전을 상용화할 수도 있습니다.
자기장 같은 방식으로 핵융합을 하게 된다면 상온초전도체를 이용해서 자기장을 훨씬 더 높일 수가 있고 1억 대 플라즈마 유지가 쉬워지기 때문이죠.
현재 인류는 언젠가 고갈 될 석유 같은 유한한 자원에 의존해서 살아가고 있고 원자력 발전에 사용되는 우라늄 같은 자원이라고 해도 1만 년 내에 고갈이 됩니다.
사실상 무한한 자원인 수소를 사용하는 핵융합 발전이 반드시 필요한 상황입니다.
거기다가 기존에 화력 발전소를 대체하고 내연기관 이동 수단을 전기로 바꾸게 되면 당장 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수가 있게 되는 것이죠.
그래서 이번에 이슈가 되는 상온초전도체가 사실이라면 단순히 대단한 발견을 넘어서 불의 발견을 뛰어넘는 인류 역사상 최대의 발견입니다.
