상온 초전도체 알아두어야 할 상식

초전도체(超傳導體 superconductor)란 전기저항이 (완벽히 제로) 되면서 마이너스 효과(자기장을 밀어내는 효과)가 일어나는 물질을 말합니다. 마이스너스 효과는 일어나지 않고 초전도 현상만 있는 것은 ‘완전도체’ 혹은 바일 금속이라고 합니다. 하지만 마이스너스 효과 없이는 자기력을 이용한 기술의 상용화는 어렵습니다.

초전도체 - 마이너스 효과
출처 : 위키피디아

초전도 현상은 1911년 네덜란드 라이든 대학의 카멜링 온네스교수(Keike Kamerlingh Onnes)가  4.2K(약 -269℃)에서 액체헬륨을 만드는데 처음 성공하고, 해당 온도에서 수은(Hg)의 전기 저항이 ‘0’ 이 되는 현상을 발견하면서 연구가 처음 시작되었으며, 그 후 현재까지 초전도 현상을 과학적으로 증명하려는 연구가 계속돼 왔습니다.

 

상온 초전도체의 의미

상온 초전도체 개발

지금까지의 초전도체는 상온과 비교했을 때 극단적으로 낮은 온도이거나, 일반적인(혹은 표준적인) 압력인 상압에 비해 극단적으로 높은 기압에서만 기능할 수 있었습니다.

이에 과학자들은 초전도체 기술을 상용화하기 위하여 특수한 환경이 아닌 일상적인 환경에서도 기능할 수 있도록 상온·상압 초전도체를 지속적으로 연구하고 있었습니다.

그런데 2023년 7월 22일 한국의 벤처기업인 퀀텀에너지연구소에서 기존의 초전도체가 되기 위한 극단적인 제약 조건을 뛰어넘는 상온·상압에서의 초전도체 물질인 ‘LK-99’를 발표하면서 전 세계적으로 화제가 되고 있습니다.

아쉽게도 퀀텀에너지연구소에서 발표한 ‘LK-99’에 관한 논문이 여러 해외연구소들의 검증결과 부정적인 평가가 나오고 있지만 ‘LK-99’의 초전도성을 완전히 부정하는 것은 아니며, 그 동안의 무수한 실험을 바탕으로 발표한 그들의 연구결과가 전혀 근거없는 내용이 아니기에 앞으로 더 다양한 연구와 검증을 통해 발전해 나갈 것으로 기대되고 있습니다.

 

상온 초전도체가 상용화된다면

100년이 넘는 연구로 초전도 특성을 보이는 물질이 약 1000종 이상 발견됐지만, 이 중 단 5~6종만이 실제 생활에 응용할 수 있는 것으로 알려져 있습니다.

상온·상압에서 사용이 가능하고, 공기와 직사광선에 지속적으로 노출되어도 아무 문제없는 물질.

많이 무겁지 않고, 부피도 작으며, 내구성이 좋고, 임계전류가 높은 물질.

전달 가능한 전력의 양이 무한대이고, 가격까지 저렴한 물질.

비록 아직은 상상 속의 물질인 상온 초전도체가 상용화되었을 때의 기대는 정말 매우 매우 큽니다.

만약 상온 초전도체의 실물 개발에 성공한다면 전세계의 전기공학계는 물론 각 산업계에도 상상을 뛰어넘는 파급효과와 수많은 변화가 올 것으로 추정됩니다.

전기 분야

1. 송전효율이 거의 100%가 되기 때문에 송배전 전압을 지금처럼 매우 높게 유지하지 않아도 되어 대용량 직류 송전기술이 비약적으로 성장할 것입니다.

2. 복잡한 변전 시설 및 설비의 단순화와 직류 급전방식을 통한 전기철도(고속철도) 분야의 발전과 각종 코일과 배선의 저항이 없어지고 충전 속도도 비약적으로 빨라져 전기자동차 분야의 발전을 이끌어 낼 것 입니다.

3. 배터리 대신 전력을 저장하는 장치가 개발되어 기존의 화학 배터리를 대체할 수 있을 것 입니다.

자기 분야

1. 비용의 대부분이 냉각을 위한 액체헬륨 비용인 MRI의 촬영비용이 매우 저렴해 질 수 있습니다.

2. 자기부상열차의 설치와 유지보수가 쉽고 비용이 저렴해져 자기부상열차를 통한 수송이 더욱 활발해 질 것입니다.

3. 발열로 인한 냉각 비용으로 비효율성이 발생하는 핵융합 분야의 경제성이 크게 올라 핵융합 발전의 상용화를 이끌어 낼 수 있습니다.

초전도체의 활용

컴퓨터 분야

1. 프로세서의 냉각 수요가 현저히 줄고, 소음과 고장이 거의 없어지며, 전자기기의 소형화가 가능해짐은 물론 관리도 편리해지고 수명도 현재보다 더욱 길어질 것 입니다.

2. 현재 양자컴퓨터가 가지고 있는 단점을 극복하여 양자컴퓨터의 소형화를 통한 상용화가 가능해 질 것입니다.

3. 전 세계의 해저 케이블을 초전도체 케이블로 대체할 경우 각 나라간 발생하는 네트워크 지연이 거의 없어질 것 입니다.

이밖에도 각종 의료 기술, 통신 기술, 항공 우주 기술, 전력 저장 시스템 등 이루 헤아릴 수 없이 많은 분야의 발전을 이끌 것이며, 에너지 효율성 향상을 통해 에너지 소비를 줄여 환경 및 기후변화의 문제에도 기여할 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

 

마치며..

상온 초전도체의 개발은 미래 세대의 에너지, 의료, 전자, 환경 등 여러 분야에 걸친 혁신적인 변화를 이끌어줄 것으로 기대되며, 그렇기에 전 세계의 과학자들은 그 발견과 적용 가능성을 위해 끊임없이 연구하고 있습니다. 우리 인간은 이미 과거에는 상상도 하지 못할 많은 비약적인 발전과 성공을 이루어 냈기에 상온 초전도체의 상용화도 머지않은 미래에 반드시 이루어 낼 것이라고 생각합니다.

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