중국에서 드디어 한국 초전도체 관련 물질 LK99에 대한 공식 언급이 나왔고 한국의 공로를 어느 정도 인정했습니다. 인도에서도 본격적인 움직임을 보이고 있는 상황입니다.
학계에서는 기대와 반신반의가 혼재하며 주요 연구진에서는 '기다려 보자, 가능성이 높다'라는 의견이 나오고 있습니다. 국내 과학계에서는 LK99가 초전도체 물질이 맞길 바라는 분위기가 높으며 만약 맞는다면 이 엄청난 물질이 한국에서 만들어진 것에 대해 다행이라는 분위기가 감지됩니다. 그렇다면 상온 초전도체가 무언인지 알아보고 이와 관련된 이슈를 살펴보겠습니다.
상온 초전도체(LK-99)
대한민국의 과학자인 이석배와 김지훈 등이 arXiv를 통해 발표한 상온·상압 초전도체로 주장되고 있는 물질입니다. 'LK-99'라는 명칭은 제1발명자 이(Lee) 석배와 제2발명자 김(Kim) 지훈의 성에서, '99'는 이들이 연구를 시작한 '1999년'에서 각각 따온 것이라고 합니다.
LK-99가 주는 의미
LK-99가 정말 상온·상압 초전도체라면, 인류 역사상 최대의 발명 중 하나이자 게임 체인저가 됩니다. 전 분야별 파급효과는 엄청날 것으로 보입니다. 만약, 입증이 된다면 노벨물리학상 수상은 기본이라는 말이 나옵니다.
LK-99 상용화 여부
LK-99가 정말 상온상압 초전도체라도, 대량생산 가능 여부나, 상용화 여부는 별개의 영역입니다.
- 고효율 저비용 대량양산을 해 낼 기술 개발이야말로 국가보안기술이 될 것으로 전망됩니다.
- 기존 초전도체를 대체할 성질들을 가지고 있는지 파악이 필요합니다.
- 이전까지 상용화된 초전도체 물질들도 발견 후 상용화까지 10년 단위의 시간을 잡아먹었습니다.
- 고순도 제조가 어렵거나, 제조의 경제성이 낮거나, 가공이 어렵다면 의미가 없을 수 있습니다. 그래핀의 경우 '꿈의 신소재'로 각광받았으나, 수 십 년 간의 연구에도 스카치테이프 수작업 결과가 가장 높은 순도일 정도로 생산공정이 엉망이라 여전히 실리콘이 가장 널리 사용되고 있습니다.
- 제조-가공이 어렵더라도 대체불가능한 특성을 가지면 고비용이라도 상용화될 수 있습니다.
LK-99 입증 시 파급효과
반도체 강국 한국과 초전도체
이 물질을 발견한 퀀텀에너지연구소는 상상하기 어려울 정도로 허름한 빌라 같은 건물에서 발견되었습니다. 이 건물은 서울 송파구 잠실 가락동에 자리한 적별돌 건물의 지하 1층입니다. 이곳이 이 엄청난 물질이 발견된 곳이라는 게 믿기지 않는데요. 일부에서는 만약 이 초전도체 물질이 상온상압에서의 유지 능력이 확인된다면 이 건물을 박물관으로 보존해야 할지도 모른다는 이야기가 나옵니다. 이러한 이야기가 나오는 배경에는 한국의 기초과학에 대한 투자와 환경이 상대적으로 열악하다는 사실이 작용하고 있습니다. 하지만 그럼에도 불구하고 한국이 가진 놀라운 강점이 있습니다. 그것은 바로 '반도체 나노 공정'입니다. 반도체와 초전도체 이 두 분야가 한국의 산업에 새로운 동력을 줄 수 있습니다. 특히 반도체 나노 공정이 초전도체 분야에서 어떠한 혁신을 이끌 수 있는지 많은 관심이 모아지고 있습니다. 일각에서는 LK99 같은 상온상압 초전도체 물질의 상용화를 위해선 반도체급의 나노 공정이 필수적이라는 의견이 제기되고 있습니다. 그런데 한국은 세계에서 거의 유일하게 반도체 나노 공정에 능한 강국입니다. 대만, 한국, 네덜란드, 미국 등 소수의 국가들만이 이 나노 공정을 수행할 수 있습니다. 만약 이 나노 공정이 초전도체 분야에 적용된다면 초전도체 관련 산업에서는 상상치 못한 시너지 효과를 볼 수 있을 것입니다. 이는 중국이나 인도 혹은 유럽의 어느 나라에서 초전도체 개발에 성공하더라도 반도체 나노 공정에 능한 대한민국을 따라잡기는 어려울 것이라는 의미입니다. 따라서 만약 대한민국에서 LK99 상온상압 초전도체 물질의 실체를 확인하게 된다면 그것은 마치 기적과 같은 현상이 될 것입니다.
디바이스의 개발
초전도현상은 전류저항이 0이 되기 때문에 CPU나 GPU성능을 대폭 늘릴 수 있습니다. CPU나 GPU의 성능을 높이는 것은 매우 간단합니다. 클럭 스피드를 높이면 됩니다. 클럭 속도란 프로세스의 초당 동작속도로 클럭 스피드를 높일수록 성능이 높아지지만 많은 전류와 그로 인한 저항이 발생해 발열이 심해집니다. CPU에 더 많은 전력을 투입하면 성능은 계속 올라갑니다. 하지만 현실적으로 반도체에 저항이 존재하기 때문에 높은 에너지를 투입하면 엄청나게 뜨거워지고 무한적 클럭을 높이면 반도체가 녹아버립니다. 이 때문에 클럭수를 강제로 높이는 오버클럭을 하기 위해 수냉쿨러나 아예 액체질소를 부어버리는 것이죠. 하지만 상온상압 초전도체로 CPU를 만들게 되면 기존과는 비교도 안 되는 클럭수로 동작시킬 수 있습니다. 뿐만 아니라 현재 노프북이나 스마트폰의 CPU 성능이 데스크탑에 비해 현저히 떨어지는 이유가 이 발열 때문인데 초전도물질을 사용한 CPU가 나온다면 현존하는 데스크보다 성능이 훨씬 뛰어난 스마트폰이나 노트북 혹은 더 작은 디바이스들이 개발될 수 있으며 더 크게는 양자컴퓨터도 상용화될 가능성이 있습니다.
전기자동차의 세상
더이상 내연기관을 사용할 이유가 사라질 것입니다. 현재도 전기차 급속충전은 발전을 거듭하면서 무려 350KW에 달하는 충전속도로 거의 20분 만에 충전이 가능해졌지만 여기서 더 올리기 힘든 이유도 저항 때문입니다. 도선에 많은 전류가 흐를수록 저항으로 인해 발열이 일어나며 수십 수백 암페어의 전류를 흘리기 위해 급속충전기 선이 두꺼운 데다가 요새는 아예 전선을 수냉으로 쿨링을 할 정도입니다. 하지만 전기차 충전선을 초전도체로 사용한다면 기존의 400V나 800V를 사용하는 급속충전에서 MW급의 충전도 문제 될 것이 없고 전기차 급속충전이 5분을 넘지 않는 시대가 도래할 수 있습니다. 급속충전 시 생기는 화재의 위험 역시 저항이 0이 되면 존재하지 않기 때문에 아무리 높은 전류라 하더라도 화재위험이 생기지 않습니다.
자기 부상열차와 전력망
상온상압 초전도체가 기존의 구리선만큼 저렴하다면 훨씬 더 에너지 효율이 좋은 자기 부상열차를 만들 수 있습니다. 자기 부상열차는 선로와의 마찰이 없어서 에너지 효율도 좋을 뿐 아니라 속도도 빠르죠. 그리고 송전으로 인한 전력손실과 전력망 설치가 필요 없어집니다. 도선 내에 흐르는 전류량이 많아질수록 저항이 커지고 이를 막기 위해서 도선의 굵기를 늘리거나 P=VI이기 때문에 전압을 높여야 하므로 현재는 345KV나 765KV까지 전압을 높여서 송전하고 있습니다. 이렇게까지 전압을 높여서 송전함에도 전력 수요량이 증가할 때마다 송전설비를 증설해야 하고 현재 송전을 위해 설치된 전선의 구리만 가져다가 팔아도 한국전력을 살 수 있을 정도로 전력망에 막대한 예산이 필요한 것이죠. 하지만 이런 송전선에 저항이 발생하지 않는다면 저항손실로 인한 에너지 낭비를 막을 수 있을 뿐 아니라 전력 수요가 늘어날 때마다 송전탑을 늘릴 필요가 없어집니다. 이 경우 아예 사람이 살지 않는 곳에다가 원전이나 발전소를 몰아서 건설해도 국가 전체에 송전하는 게 가능해진다는 의미가 되죠.
지구 온난화 해결
상온 초전도체가 필요한 가장 큰 이유는 지구온난화를 막을 가장 현실적인 방법이기 때문입니다. 현재 1명의 사람은 일생 동안 동일한 질량을 가진 다른 동물에 비해 수백배 이상의 탄소를 배출하며 살아갑니다. 우리가 가정에서 배달시켜 먹는 음식이나 택배, 타고 다니는 자동차나 비행기, 살아가기 위해 필요한 전력 등등 우리가 하는 행위가 모두 탄소를 배출시키는 행위이며 이 때문에 한 명의 인간은 같은 질량의 포유류에 비해 수백 배나 많은 이산화탄소를 만들어 냅니다. 거기다가 12000년 전 농경사회가 시작할 무렵 지구의 인구수는 고작 500만 명 남짓으로 추정되는데 현재 인구는 무려 80억 명으로 150배 넘게 늘어난 상황에서 거기다 이렇게 탄소를 배출해 대기 때문에 지구온난화가 일어나는 건 너무나도 당연합니다. 하지만 상온상압 초전도체가 존재한다면 꿈의 에너지 기술인 핵융합 발전을 상용화할 수 있습니다. 토카막 같은 자기장 가둠 방식으로 핵융합을 한다면 상온 초전도체를 이용해서 자기장을 훨씬 높일 수 있고 결과적으로 1억 도의 플라스마의 유지가 쉬워지기 때문입니다. 현재 인류는 언젠간 고갈될 석유 같은 유한한 자원에 의존해 살아가고 있고 원자력 발전에 사용되는 우라늄 같은 자원도 1만 년 내에 고갈되기 때문에 사실상 무한한 자원인 수소를 사용하는 핵융합 발전이 반드시 필요한 상황입니다. 거기다 기존의 화력발전소를 대체하고 내연기관 이동수단을 전기로 바꾸게 되면 당장 탄소 배출량을 획기적으로 줄일 수 있게 되는 것이죠. 따라서 핵융합 발전이야말로 터닝포인트를 지나기 직전의 지구온난화를 막을 가장 확실한 방법인 것입니다.
마무리
이번에 이슈되는 상온·상압 초전도체가 사실이라면 이건 단순히 대단한 발견을 넘어서 불의 발견을 뛰어넘는 인류 최대의 발견입니다. LK-99가 과연 증명이 될지 여부는 모르지만 대책 없는 에너지 사용과 탄소 배출로 인류가 당장 큰 위기에 직면해 있는 현재 이 위기를 한방에 해결해 줄 돌파구가 되기를 희망해 봅니다. 한국에서 노벨상이 나오기를 기다리겠습니다.
끝까지 읽어주셔서 감사합니다.