핵융합 및 열펌프…겨울 난방과 탄소제로 고민을 해결하는 솔루션

미국 에너지부가 레이저를 이용한 핵융합 실험에서 처음으로 순수 에너지 증가를 달성하는 쾌거를 이룩했다고 발표했다. 인공태양의 가능성이 마련된 것이라고 전 세계가 흥분했다. 특히 최근 유럽을 휩쓸고 있는 에너지 위기 속에 나온 희소식이어서 기대감은 어느 때보다 컸고 꿈은 부풀었다.

세계경제포럼(WEF)도 미국 로렌스 리버모어 국립 연구소가 핵융합연구센터인 국립점화시설에서 순수에너지 생산에 성공한 데 대해 높이 평가했다. 특히 요즘의 에너지 및 기후 위기 상황에서 실험에 성공한 데 대해 역사를 만들어냈다고 호평했다.

WEF에 따르면 에너지 위기는 지속될 것으로 예상된다. 사람들은 추운 계절에 따뜻하게 지내야 하지만, 비용과 탄소배출 모두가 증가하고 있다. 많은 국가들이 탄소 생산이 많은 나무와 석탄, 기름과 같은 화석연료에서 눈을 떼지 못하고 있다. 저렴한 비용으로 청정에너지를 만들어낼 방법을 고안하는 것은 모든 국가들이 염원하는 바다. 비용 경쟁력이 우수하고 안정적이며 깨끗한 에너지에 대한 투자가 필요하다는 것은 분명하다.

지난 10년 동안 신재생 에너지의 성장은 눈부셨다. 이제 눈이 핵융합으로 돌아가고 있다. 핵융합이 상업적인 용도로 발전하는데 필요한 인식과 지원을 얻기 시작했다.

핵융합은 태양과 같은 항성이 스스로를 밝히는 동력원이자 열원이다. 태양은 스스로 에너지를 쏘아 지구상의 생명체를 생존하게 만든다. 그것은 두 개의 원소를 함께 융합함으로써 작용하며, 원래 두 원소의 결합 질량보다 약간 작은 질량을 가진 새로운 원소를 만든다. 이 약간 작은 질량의 차이는 엄청난 에너지 방출을 유발한다. 핵융합로는 그러한 반응에서 나오는 에너지를 통제하고 포착하는 방법을 찾기 위해 건설되고 있다.

남부 캘리포니아의 TAE테크놀로지를 포함한 선구적인 개발자들은 핵융합 발전소와 함께 태양이 불타는 자연적인 과정을 지구상에서 실현하기 위해 총력을 기울이고 있다. 핵융합은 1950년대 후반부터 존재해온 아이디어이지만, 최근 몇 년간 획기적으로 발전했다.

상업용 핵융합 발전은 2030년대에 출시될 것으로 예상되며, 광범위하고 신속하게 구현될 경우 2050년 기후 목표를 달성하는 최종 추진력을 세계에 줄 수 있을 것이라는 기대다.

COP27(유엔기후협약당사국 27차 총회)에서는 파리 협정에서 정한 목표를 달성하기 위해 2030년까지 배출량을 절반으로 줄이자는 약속이 있었다. 또 기후 변화로 타격을 받고 있는 빈곤국들을 지원해야 할 선진국들의 책임에 대한 논의도 있었다. 핵융합은 대화의 주요 부분이 아니었지만, 유럽의 가뭄과 폭염, 파키스탄과 나이지리아의 홍수, 그리고 다른 모든 기후 재앙이 최근 보여주었듯이 대규모 변화가 필요한 것은 사실이다. 그리고 핵융합으로의 전환이 변화의 해법을 제공할 수 있다.

WEF는 핵융합 발전은 에너지 부문에 혁명을 일으킬 것으로 진단한다. 가장 환경적으로 영향을 미치는 동시에 증가하는 요구 중 하나는 가정용 냉난방이다. 핵융합 연료를 사용하면 가정용 냉난방의 혼란을 일거에 잠재울 수 있다.

난방유 부족과 원자력 발전소 폐쇄로 인해 전기 요금이 치솟고 있는 미국에서는 많은 주민들이 춥고 비싼 겨울을 지내고 있다. 가정 난방의 혼란은 우리가 가지고 있는 비효율적이고 오염된 시스템을 폐기시킬 필요가 있다는 사실을 분명하게 한다.

전기에 의존하는 냉난방 기술 솔루션 중 하나는 열펌프다. 열펌프 역시 이미 탄력을 받고 있다. 항상 존재하는 외부 공기의 에너지를 열의 형태로 내부로 이동시킴으로써, 열펌프는 효율적으로 가정을 따뜻하게 할 수 있다. 더울 때는 그 과정을 역전시켜 열을 식히기 위해 집 밖으로 에너지를 옮긴다. 열펌프는 중앙 난방 및 냉방의 모든 작업을 수행할 수 있으며 가스버너 또는 HVAC(냉난방공조) 시스템보다 훨씬 적은 에너지를 사용한다.

과거 열펌프를 설치하는 가장 큰 장애물은 비용이었다. 전체 시스템의 가격은 약 1만 달러로 비싸다. 그러나 이번에 인플레이션 감소법의 일부로 통과된 3,690억 달러의 기후변화 대응 예산과, 그 중에 포함된 8000달러의 연방 세금 공제로 열펌프 설치가 크게 늘어날 것으로 예상된다.

지난 10~15년 동안 스칸디나비아에서는 열펌프가 널리 채택됐다. 열펌프는 그만큼 추운 온도에서 잘 작동할 수 있다. 노르웨이의 북극권 바로 앞에서, 거의 3분의 2의 가정이 난방을 열펌프에 의존하고, 스웨덴과 핀란드에서는 40%가 조금 넘는 가정이 열펌프를 사용하고 있다.

뉴욕시에서도 열펌프가 일반화되고 있다. 뉴욕시의 공공 주택에 열펌프가 도입되기 시작할 것이다. 북동부의 시골에서는 열펌프와 옥상 태양광이 결합되는 사례가 늘고 있다. 화석연료와 장작을 태우는 방식에서 멀어지고 있는 것이다. 많은 도시들이 샌프란시스코와 새너제이를 따라 새로 건설되는 빌딩에 화석연료 시스템 연결을 금지하고 있다. 열펌프가 사실상의 대체 시스템이 될 것으로 보인다고 WEF는 추정한다.

이제 탄소 발생이 없는 저렴한 가격의 전기를 만들어 낼 때다. 핵융합 에너지 개발에 투자하는 것은 다음 세대를 위한 길임은 분명하다. 저렴하고 풍부한 융합 전기로 열펌프의 효율성도 빛을 발할 수 있다.