상온상압 초전도체 개발의미 짚어보기

상온상압 초전도체를 개발했다는 발표가 초미의 관심을 끌고 있습니다. 초전도체란 무엇이며 어떤 의미가 있는지에 대해 상식적인 차원에서 쉽게 짚어보겠습니다.

초전도체(Superconductor)는 전류저항이 0Ω인 초전도 현상과 자기력을 이용한 기술에 사용할 수 있는 마이스너(Meissner) 효과가 일어나는 물질을 의미합니다.

영화 아바타를 보신 분들은 인간이 판도라 행성에 진출한 이유가 언옵테늄이라는 상온 초전도체를 얻기 위해서라는 사실을 기억하실 것입니다.

 

 

그러나 전기 저항이 없는 꿈의 물질인 초전도체는 현실세계에서는 극저온에서만 가능한데 고온 초전도체라고 불리는 것도 30K (약 -243℃) 정도로 낮은 온도에서 가능한 물질입니다.

그런데 올해 초에 미국 로체스터대 연구진이 상온인 20.5℃에서 초 전도 현상을 보이는 물질을 개발했다고 발표한 사례가 있고 최근에는 대한민국 연구진에 의해 상온, 상압에서 초전도체가 가능하다는 발표를 하여 화제가 되고 있는데, 머지않은 미래에 정말로 영화와 같이 자기 부상 열차를 따고 고층 건물사이를 날아다니는 꿈의 시대가 실현될 수 있을지 궁금해집니다.

 

상온상압 초전도체

 

초전도체의 개념과 연구 상황

전기가 통하는 물질을 도체, 통하지 않는 물질을 부도체, 통하게 하거나 차단하거나 제어할 수 있는 물질을 반도체라고 하지요. 이렇게 전기의 흐름을 제한하는 특성을 저항이라고 합니다.

아무리 전기를 잘 흐르게 하는 전선과 물질도 고유의 저항값이 있어 전기의 흐름을 방해하고 전기 에너지의 일부를 열로 소모합니다. 우리가 쓰는 전자기기들이 사용하면서 뜨거워지는 것도 이렇게 전기가 100% 사용되지 못하고 있음을 의미하니다. 즉 현재의 모든 물질은 전기의 힘을 100% 사용하지 못한다는 얘기입니다.

 

초전도체는 저항이 0Ω이므로 전기의 흐름을 방해하는 저항값이 없다는 의미입니다. 그러니까 투입되는 에너지가 100% 일을 하고 손실이 없어 마치 팽이를 한 번만 돌려놓으면 추가적인 회전력을 주지 않아도 세상이 멸망하지 않는 한 영원히 돌아가게 되는 것입니다. 이런 물질이 전자기기에 적용될 수만 있다면 더 이상 전기 값 걱정도 없고, 더 나아가 SF 영화에서 보았던 첨단화된 미래도시의 모습이 실현될 수 있는 것입니다.

 

 

현재 초전도체 연구의 도달 수준을 살펴보면 영하 23℃ 에서 초전도체를 구현했다는 결과를 독일 막스플랑크 연구팀에서 2019년에 발표하였습니다. 이때의 압력조건은 무려 170 Gpa에 달합니다.

1911년 약 영하 269℃ 에서 일어난 초전도 현상을 최초로 발견하고 난 이후 그나마 고온 초전도체라고 불리는 영하 23℃ 에서 구현하는데 100년 이상이 소요되었습니다.

그 후에 도입 글에서 언급한 것처럼 2023년 초에 미국 로체스터 대학에서 상온인 21℃, 압력 10 kbar (압력 1만 기압)에서 초전도체 물질을 개발했다고 네이처에 기재하였습니다.

에쏘프레소 머신에서 커피 내리는 기압이 9 bar 이니까 10 kbar라고 하는 것은 아직 상용단계에 이르기까지는 엄청난 격차가 있음을 알 수 있습니다.

그런데 2023년 7월 대한민국에서 상압과 상온에서 초전도체가 가능하다고 실험결과를 발표하여 전 세계적인 관심과 함께 실험의 신뢰도에 대한 의문도 많이 제기되고 있는 상황입니다.

 

상온 상압 초전도체 개발발표의 의미

상온 상압이란 우리의 일상생활의 온도와 압력을 의미합니다. 상온은 일정한 온도를 뜻하며 20±5℃의 실온이고 상압은 대기압과 같은 압력으로 1 기압입니다.

즉 상온 상압 조건에서 초전도체를 개발했다는 것은 바로 우리의 생활 속에서 초전도체를 이용한 시스템을 사용할 수 있다는 의미 합니다.   

상온 상압조건에서 초전도체가 실현되면 양자 컴퓨터, 핵융합 발전, 자기 부상 열차, 초전도 전송시스템, 정보처리, 전력 산업 등의 분야와 우리가 알지 못하는 미지의 영역까지 엄청난 변화를 가져올 수 있습니다. 제2의 산업혁명이 일어나 우리의 삶이 혁신적으로 변하는 날이 올지 기대가 됩니다.

그만큼 산업전반에 미치는 파급효과가 클 것으로 예상되기에 초전도 기술을 선점하기 위해 전 세계에서 막대한 연구비를 들여 집중하는 분야인데, 7월 22일 발표된 한국 연구진의 상온상압 초전도체 논문으로 학계가 뜨거워지고 있습니다.

 

 

논문의 주된 골자는 "납과 구리 그리고 인회석(인산염 광물)을 사용해 새로운 결정구조 LK-99를 개발했고, 400K (약 127℃)에서 초전도 현상을 일으켰다"는 내용입니다.

이 발표에 대해 초전도체 상용화의 기틀이 마련되었다는 찬사와 실험 결과에 대한 데이터 신뢰성에 대한 의문점을 제기하는 회의적인 반응이 상존하고 있습니다.

또한 해당 실험 결과를 재현하기 위한 연구에 착수했다고 밝히는 해외 연구소도 있습니다.

회의적인 의견 중에는 기존에도 상온 초전도체를 구현했다는 연구결과 들이 많이 발표되었지만 아직 결과로써 입증된 것은 없고 지금도 학계에서 데이터를 검토하고 있는 상황이므로 이번의 실험결과도 가능성을 검증하기까지는 많은 시간이 소요될 것으로 예상됩니다.       

 

그러나 초전도체 연구이력과 이번 발표를 보면서 머지않은 미래에 초전도체라는 것을 직접 눈으로 볼 수 있는 기회가 오지 않을까 기대감이 들기도 합니다.

천천히 발전해 온 과학과 기술들이 가속도가 붙어 발전 속도가 엄청나게 빨라지고 있습니다. 초전도체 분야도 100년 동안 한 발짝식 발전해 온 성과가 최근 들어서는 발걸음이 엄청나게 빨라진 것처럼 느껴집니다. 

우리나라에서 발표한 결과가 당장 실현되지는 않는다 해도 이 새로운 파장이 세계 각국의 연구진에게 자극이 되는 트리거가 되어 현세대에서 초전도체가 실현되는 꿈을 꾸어봅니다.

 

 

상온 상압 초전도제 개발 발표를 보고 초전도체의 개념 및 연구현황에 대해 가능한 쉽게 정리해 보았습니다.

2050년쯤에는 자기 부상열차를 타고 세계를 여행하는 날이 오지 않을까요?

 

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