김기만 켄텍 석학교수 "대한민국 인공태양 장치 제작 기술은 세계 최고... 켄텍, 핵융합 교수 '최다' 강점" [와이드이슈]

△ 황인찬 앵커 : 시청자 여러분 안녕하십니까? 11월 11일 화요일 KBC 뉴스와이드 시작합니다.

풍부한 태양광과 해상풍력 발전을 바탕으로 전남 솔라시도가 최근 AI 데이터센터와 국가 컴퓨팅 센터를 모두 유치했는데요. 이번엔 전남 나주시가 태양의 핵융합을 구현하는 인공태양의 국가 연구시설 유치 전에 나섰습니다.

오늘 뉴스와이드에서는 안전하고 강력한 미래 청정 에너지원으로 꼽히는 인공태양이 무엇인지 그리고 연구시설 유치 상황에 대해 김기만 켄텍 석학교수와 이야기 나눠보겠습니다. 교수님 안녕하십니까?

▲ 김기만 교수 : 안녕하십니까?

△ 황인찬 앵커 : 최근 전국 지자체 4곳이 인공태양 연구 시설 유치 경쟁에 나서고 있습니다. 지역에선 나주시가 경쟁에 뛰어들었죠. 먼저 인공태양이 무엇인지 설명 부탁드립니다.

▲ 김기만 교수 : 인공태양이란 사실 소위 말하면 사람이 만든 태양이라는 뜻이죠. 따지고 보면 모든 에너지는 핵에너지에 그 근원을 두고 있습니다. 석탄, 석유, 나무, 가스 뭐 모든 것이 비 오는 것도 그렇고 나무를 자라게 하는 것도 그렇고 모든 것이 태양 에너지의 화학적으로 변한 것들이잖아요.

우주상의 모든 별들은 핵융합을 통해서 빛을 발산하고 있습니다. 그래서 태양에서는 고온의 수소 원자끼리 부딪혀 핵융합을 일으켜 냅니다. 그래서 헬륨이라는 원소 가스를 만들어내면서 빛을 발생하는 것이죠.

그 빛으로 나무도 자라고 곡식도 자라고 태양전지에서 전기도 생산하고 바람을 이용하여 풍력 발전도 하고 또 우리가 말했듯이 비를 골고루 바닷물에 있는 걸 갖다가 이쪽 땅에도 뿌려주고 하면서 곡식도 자라게 하고 모든 것이 태양 에너지죠.

이 태양 이런 수소끼리 핵융합 반응 태양 에너지의 그걸 갖다가 지구상에서 자유자재로 조절 가능한 형태로 만들어 가자는 것이 인공태양을 건설하자는 계획인 겁니다.

그리고 우리가 현재 유치하고자 하는 이 인공태양 연구시설은 인공태양 장치를 건설하자는 건 아니고요. 당장에 인공태양 장치를 연구하는 시설을 일단 만들어야 되거든요. 그거를 하자는 것입니다.

△ 황인찬 앵커 : 네 인공태양은 핵융합을 기반으로 한 꿈의 에너지로 불립니다. 신재생에너지를 중심으로 한 에너지의 대전환이 진행되고 있는 가운데 인공태양에 관심이 집중되는 이유는 무엇일까요?

▲ 김기만 교수 : 여러 가지 이야기가 있지만 에너지 생산에 환경 문제를 일으키지 않는 시설은 없습니다. 그런데 핵융합은 조금 다릅니다. 일단 핵융합은 깨끗해요. 핵융합 후에 핵폐기물 격으로 나오는 것이 헬륨 가스입니다. 우리가 풍선을 볼 때 쓰는 그 가스가 바로 헬륨 가스죠. 사람들이 조금 마시고 목소리 막 변해서 장난치고 그러는 가스죠. 무해한 가스입니다.

핵분열 발전소처럼 기존의 핵발전소처럼 고준위 폐기물이 전혀 없어요. 그리고 핵융합 반응의 원료는 중수소와 삼중수소인데요. 수소에서 중성자가 하나 더해지면 조금 무겁다고 그래 갖고 중수소라고 그러고 두 개가 더 무겁다고 그래서 삼중수소라고 그럽니다.

그 중수소는 바닷물에 무진장이 있습니다. 그리고 삼중수는 블랭킷이라는 장치에서 스스로 생산합니다. 연료가 무한한 거예요. 그리고 안전합니다. 폭발이 일어날 수가 없어요. 조금만 잘못되면 꺼집니다. 자동으로 꺼져요. 그렇기 때문에 깨끗하고 무한하고 안전한 거예요. 그래서 오래전부터 궁극의 에너지원으로서 생각하고 있었습니다.

△ 황인찬 앵커 : RE100 시대에 필수적인 태양광과 풍력 등 신재생에너지가 대표적인 청정에너지지만 안정성과 효율성에 대한 의문은 늘 지적이 됩니다. 그런 면에서 상대적인 강점이 있다고 볼 수 있을까요?

▲ 김기만 교수 : 핵융합 발전소에서는 생산되는 에너지의 양은 그 플라스마 전류의 양을 조절하면서 마음대로 조절할 수 있어요. 이렇게 전기 에너지 생산량, 전기 생산량을 갖다가 마음대로 조절할 수 있는 발전소는 거의 없습니다. 사실은 화력발전소밖에 없어요. 그런데 이제 화력발전소는 아시다시피 이산화탄소 발생 문제로 미래에서는 사용하기 어렵게 될 거라고 예측하고 있거든요.

또 재생에너지의 가장 큰 문제는 에너지 생산량을 조절할 수 없다는 것이죠. 태양광은 햇빛이 있으면 전기가 생산되고 없으면 전기가 생산되지 않죠. 또 풍력발전소는 바람이 있으면 생산되고 바람 없으면 생산되지 않고 바람이 너무 세도 구조적인 문제 때문에 이제 전기를 생산할 수가 없습니다.

이제 이렇게 재생에너지는 생산되는 에너지의 양을 인간이 조절할 수가 없고 다 자연이 조절을 하는 거예요. 그래서 그런데 이제 재생에너지 생산이 부족할 때도 우리는 필요한 전기 에너지가 있습니다. 이때 이런 필요한 에너지가 있을 때 핵융합 발전소에서 전기의 에너지 생산량을 조절하면 우리가 필요한 만큼의 에너지를 갖다가 공급할 수 있게 되는 거예요.

재생에너지와 핵융합 에너지는 한마디로 궁합이 너무 잘 맞는 거죠. 재생에너지에는 핵융합 에너지가 있어야지 정말 유용하게 사용할 수 있다고 생각합니다.

△ 황인찬 앵커 : 과기부는 이번 인공태양 연구시설 구축 사업 공모 신청을 모레 13일까지 받고 이달 말 최종 부지를 발표할 예정인데요. 이번 사업의 핵심 내용과 규모는 어떻게 됩니까?

▲ 김기만 교수 : 과학기술정보통신부에서 에너지 패권 경쟁 속에서 우리의 에너지 주권을 확보하고 미래 전력 에너지 시장을 선점하기 위해서 핵융합 핵심 기술 개발 및 첨단 인프라 구축 사업이라는 이름으로 사업을 추진하고 있습니다.

그 첫 단계가 인프라 구축을 하기 위해서는 부지가 필요하잖아요. 그 부지를 선정하는 지금 작업 중에 있는 것이고 그 연구 시설 부지를 갖다가 나주에 유치하자는 것이 우리들의 지금 그 목표 중에 하나죠.

2027년에 착공을 시작해서요. 약 10년간 공사를 해서 2036년에 완공을 목표로 하고 있는데요. 약 3,500억 원 규모의 기술 개발에 들어가는 돈 연구비와 그다음에 8,500억 원 규모의 인프라 구축에 들어가는 시설 구축에 들어가는 비용이 소모될 것입니다. 그게 다 완성되고 나면 이제 본격적으로 연구가 시작되고 또 많은 연구가 투입된다고 볼 수 있죠.

△ 황인찬 앵커 : 네 그러면 현재 우리나라 핵융합 기술 수준은 세계 주요국들과의 경쟁력은 어느 정도입니까?

▲ 김기만 교수 : 인공태양이라는 것은 인간이 개발하고 있는 장치 중 가장 복잡한 거예요. 그래서 기술도 하이테크란 하이테크는 다 들어가거든요. 그래서 다양한 기술이 필요하기 때문에 우리나라의 핵융합 기술이 어느 분야를 따지느냐에 따라서 조금씩 달라지기는 합니다.

그런데 토카막(인공태양) 장치 제작 분야에 있어서는 아 물론 인건비가 싼 중국이 가격 경쟁력에서 조금 우위에 있을 수 있어요. 가격 경쟁력 부분은 그렇지만 우리나라가 최고 수준이라고 말할 수 있습니다.

특히 초전도 자석 기술, 중공업 분야 기술, 핵융합 연료 기술 등은 1등이라도 말해도 될 것 같아요. 핵융합 물리 기술은 전 세계가 지금 현재 공동으로 연구를 하고 있어요. 그런데 연구 인력이 많은 유럽이 약간 리드를 하고 있는데 우리나라도 큰 기여를 하고 있습니다.

한 가지 기분 좋은 얘기는 현재까지 건설된 최고 성능의 토카막 장치가 한국핵융합에너지연구원에 있는 KSTAR 장치라고 생각하시는 건 맞습니다. 실제로 그렇고요.

전체적으로 이걸 봤을 적에 전체적으로 우리나라의 기술 경쟁력이 최고 수준에 있다고 말할 수 있습니다.

△ 황인찬 앵커 : 총 사업비 1조 2천억 원이 투입되는 이번 사업에는 4개 지자체가 경쟁에 뛰어들어 경쟁이 치열합니다. 그렇다면 나주가 가진 강점은 무엇입니까?

▲ 김기만 교수 : 사실 유치 경쟁에 뛰어들고 있는 모든 지자체에서 부지 자체 내에서는 합격증을 받도록 노력할 거예요. 많은 어려움이 있지만 어떻게든지 만족을 시킬 겁니다.

근데 나주는 우리나라의 에너지 수도로서 전력 에너지 분야에 있어서 한전을 중심으로 많은 기업들이 있습니다. 그래서 많은 기업들이 나주 부근에 광주를 포함해서요. 나주 부근에 사업장을 차리면 좀 더 잘될 것 같은 기대감이 있어요. 그래서 상대적으로 사업장을 차릴 가능성이 높고요.

그다음에 그것이 결국은 지역경제 활성화 목표를 달성하기에 용이한 위치에 있다고 생각할 수 있죠. 그런데 실질적으로 핵융합 연구시설이 전력산업 쪽에 직접적으로 이제 막 기여해서 돈을 벌고 이러는 거는 이 연구시설 다 짓고 연구 많이 해서 뭔가 진짜 발전소를 짓고 그래야지 그래야 되니까 좀 시간이 더 필요할 것 같지만 하여튼 많은 기대 효과가 있을 것 같습니다.

그런데 이제 켄텍은 그런 산업 문제도 있지만 켄텍이 작지만 에너지연구특화대학으로서 핵융합 연구를 하는 교수님들이 지금 현재 네 분이 계세요 벌써. 우리나라 대학교 중에서 거의 최고로 많은 수준이죠.

이 중에 세 분이 저를 포함해서 세 명이 한국 핵융합에너지연구원에서 일을 하셨던 분들이에요. 그래서 현재도 같이 공동 연구를 하고 있는데 공동 연구하는데 뭐 다 친구 같은 사람들이고 후배 같은 사람들이고 그러니까 굉장히 잘 통하죠.

△ 황인찬 앵커 : 네 좋은 시너지 효과가 있겠네요.

▲ 김기만 교수 : 그래서 내년에도 핵융합 관련된 교수를 한 명 더 뽑기로 돼 있습니다. 그리고 앞으로도 지속적으로 교수님을 영입할 계획이에요. 그러니까 켄텍이 핵융합 쪽에서는 학교 중에서 제일 큰 집단이 될 것 있습니다.

그 핵융합 장치 기술 중에 핵심이 초전도 자석 기술이거든요. 그런데 이거 중에 가장 중요한 시설이 초전도 도체 시험 설비예요. 이때까지는 모든 나라가 스위스에 있는 SULTAN이라는 설비가 있는데 11 테슬라라고 자기장의 세기입니다. 거기에서 모든 걸 테스트를 다 했어요. 전 세계가 거기 하나만 의존했죠.

그런데 우리가 이번에 16 테슬라 짜리, 훨씬 세죠. 전 세계에서 최고의 초전도 도체 시험 설비를 켄텍 우리 캠퍼스 내에 구축 중에 있어요. 한국핵융합에너지연구원이랑 같이 공동 연구를 하고 있죠.

그리고 앞으로도 이게 많이 쓰일 것이고 또 향후에도 켄텍이랑 한국핵융합에너지연구원이랑은 계속 공동으로 연구를 할 거예요. 이런 것이 핵융합 인공태양 연구시설이 나주에 유치된다면 많은 시너지 효과가 있을 것입니다.

△ 황인찬 앵커 : 네 말씀하신 대로 나주는 세계 유일의 에너지 특화대학인 켄텍이 있다는 점이 큰 강점으로 꼽힙니다. 인공태양 연구시설이 나주에 들어서게 되면 대학과 어떤 시너지 효과를 낼 수 있을까요?

▲ 김기만 교수 : 지금도 준비는 하고 있는데 인공태양 연구시설이 나주에 유치하기로 결정이 되면은 켄텍에서는 핵융합전문대학원을 만들 예정이에요.

정부 출연 연구소는 항상 인력 부족으로 어려움을 겪고 있어요. 상대적으로 연구비 대비 인력이 우리나라가 외국에 비해서 좀 인력이 적어요. 그런데 이제 켄텍이 핵융합전문대학원의 핵융합을 전공하는 학생들이 이제 모이면 이 학생들이 인공태양 연구시설 즉 현재의 한국핵융합에너지연구원의 시설이겠죠. 거기 가서 실험에 참여하고 실험을 준비하고 또 공동 연구를 하면서 정부 출연 연구소의 인력 부족 문제가 심각했던 문제를 갖다가 큰 도움을 줄 거라고 생각합니다.

그리고 한국 핵융합 연구원의 연구자 분들께서는 켄텍의 겸임 교수가 돼서 켄텍에서 다양한 분야에 대한 강의를 해 줄 거라고 생각하고 있어요. 그리고 많은 우수한 인력을 양성하는 데 큰 도움을 주실 겁니다.

핵융합 에너지 개발은 정말로 다양한 분야의 연구가 필요해요. 그래서 우수한 인력 양성이 굉장히 어렵습니다. 그리고 다양한 분야의 교수진이 필요한 분야예요. 이를 해결할 수 있는 방법이 켄텍과 한국핵융합에너지연구원이 공동으로 강의를 하는 거예요. 제 생각에는요. 그걸 항상 꿈꾸고 있었습니다. 핵융합 연구원에서도.

그 한국핵융합에너지 연구가 켄텍이 마음을 같이 해서 노력을 하면 우리나라 핵융합 기술에 있어서 일취월장할 수 있다고 자신하고 있습니다.

△ 황인찬 앵커 : 국가핵융합연구소 소장을 지낸 핵융합 분야 대표적인 연구자인데요. 이번 나주 인공태양 연구시설 유치위 공동 집행위원장도 맡고 있습니다. 먼저 과기부 공모 일정은 어떻게 됩니까?

▲ 김기만 교수 : 공모 공고가 난 거는 10월 15일이었어요. 15일 날부터 시작해서 내일모레 13일 목요일 오후 6시까지 공모를 마치게 돼 있습니다. 그 뒤에 한 2, 3주 정도 현장 조사를 하고 21일 우선 협상 대상지를 선정한 뒤에 이달 말 최종 발표할 계획이라고 합니다.

일정이 너무 조급하다는 생각이 좀 들죠. 그런데 2027년도부터 시작하기 위해서는 이게 필요합니다.

△ 황인찬 앵커 : 네 말씀하신 대로 13일 공모 마감 이후 상당히 빠른 속도로 결과가 나오게 되는데요. 과기부의 심사에서 중요하게 판단될 만한 요소는 어떤 것들이 있을까요?

▲ 김기만 교수 : 부지의 면적도 굉장히 중요하고요. 근데 이 부지가 확실히 한국핵융합에너지연구원 소유로 되는 것이 제일 중요합니다. 과거 키스트나 핵융합연구원에서 무상 임대 뭐 이런 걸로 해서 여러 가지 문제가 생기고 어려움이 많이 있어요. 그래서 지금은 이제 소유권을 직접 넘기지 않으면 안 되는 걸로 결정이 나 있습니다.

그리고 또 핵융합 연구시설에는 25만 kW 정도, 25만 kW면은 약 10만 가구 나주시 전체 전력량과 비슷합니다. 그렇게 큰 에너지 양인데 이를 수용할 수 있는 15만 4000볼트짜리 내셔널 그리드 라인이 위치가 전류 인입할 때 위치가 잘 맞아야 될 거고요. 또 변전소 같은 부대설비를 위한 인프라도 매우 중요하거든요.

그리고 연구자들의 정주 여건, 그다음에 과학기술 분야 연구기관과 산업체들의 협력이 얼마나 편한 위치에 있느냐 이런 것들도 굉장히 중요합니다.

△ 황인찬 앵커 : 네 기대가 크지만 걱정도 있습니다. 지난 2020년이죠. 4세대 반사광 가속기 유치 실패 때문입니다. 실패를 반복하지 않도록 준비는 잘 진행되고 있을까요?

▲ 김기만 교수 : 반사광 가속기는 쉽게 얘기하면 연구자들의 이용 설비예요. 네 그러니까 그런 거는 그 이용자가 얼마나 사용자가 얼마나 이렇게 잘 쓸 수 있느냐. 이제 그러다 보니까 주변에 연구 기관 숫자라든가 그리고 교통 여건이 정말 중요했습니다. 그런 면에서 보면 대덕연구단지를 배후로 끼고 있고 수도권과 가까운 오창이 나주보다는 우위에 있었던 게 사실이에요.

그런데 인공태양 연구시설은 좀 다릅니다. 이거는 사용자 이용 시설이라기보다는 그거는 사용자가 있긴 있는데요. 1년에 한 석 달 뭐 조금만 사용하고 많이 사용하지 않습니다. 그리고 이제 실제로 준비하고 하는 거는 외부 사람들이 하는 게 아니라 그 내부 인력들이 이제 켄텍 연구원들도 같이 포함해서 그랬으면 좋겠지만 그 주로 이제 한국핵융합에너지연구원 사람들이 주로 일을 하는 거예요. 그래서 외부랑 그렇게 큰 지역은 연계가 되지는 않아요.

근데 이제 어 다른 지자체처럼 대학과 연계해서 시너지 효과가 있을 거라고 얘기는 했지만 우리 학교처럼 적극적으로 핵융합 연구를 지니는 학교는 거의 없을 거라고 생각합니다.

광주과기원에서 핵융합을 연구하시는 분이 있어요. 그래서 우리 학교뿐 아니라 광주 광전도 계시고 그래서 대학과의 시너지 효과에서는 나주시가 가장 높은 평가를 받을 수 있지 않을까 그렇게 생각하고 있습니다. 주민 수용성에 대해서는 나주시민들께서 진심으로 환영해 주시니까 큰 도움이 될 거라고 생각하고요.

나주시에서는 교통이나 주변시설, 정주 여건 뭐 여러 가지 여러 이런 면에서 좀 노력해 주시고요. 그다음에 좀 더 좋은 여건을 좋은 여건의 부지를 제공하도록 노력해 주시면 될 것 같습니다.

△ 황인찬 앵커 : 이번 사업은 2027년부터 2036년까지 총 사업비 1조 2천억 원이 투입돼 핵심 기술 개발과 실증 인프라 구축이 진행이 됩니다. 그러면 핵융합 에너지 상용화까지는 어느 정도의 시간이 걸릴까요?

▲ 김기만 교수 : 인공태양 연구시설이 2040년까지는, 36년, 거의 40년이라고 하면 좀 더 발전해야 되니까 한 40년 되면 정상 궤도에 오를 거라고 생각합니다. 그러면 20년 정도 지나고 나서 2060년 정도에는 상용화가 가능할 것이라고 생각해요. 그렇게 기대해 봅니다.

원래는 사실은 ITER라고 국제핵융합실험이란 사업이 있었는데 좀 많이 지연이 됐습니다. 이 2052년에 상용화 발전을 시작하는 걸로 계획을 잡았었는데 좀 지연이 된 거죠.

△ 황인찬 앵커 : 상용화를 위한 첫걸음이라고 볼 수 있는 사업이기 때문에 장기적인 관점이 필요해 보입니다. 인공태양 연구시설 구축으로 지역과 국가 차원에서는 어떤 변화와 효과를 기대해 볼 수 있을까요?

▲ 김기만 교수 : 인공태양 연구시설이 구축되는 과정과 연구가 계속되는 과정에서 지역에는 많은 고부가가치 기술 기업체들이 설립될 것입니다. 이러한 기업들이 대기업들도 있겠지만 대개는 중소기업들로서 소위 말하는 ‘히든 챔피언’이라고 그러는 그런 기업들이 될 수 있을 것 같아요.

국가 차원에서는 핵융합 기술이 발전하고 정말로 핵융합 기술을 전 세계적으로 주도할 수 있을 거리라고 예상해 봅니다.

△ 황인찬 앵커 : 에너지 전환은 이제 거스를 수 없는 시대적인 흐름입니다. 전 세계적인 AI 산업의 확산과 탄소중립 제도화로 산업 구조가 빠르게 재편되면서 안정적이면서도 경제적인 청정 전력 공급이 국가 경쟁력의 핵심이 되고 있는데요. 이런 변화 속에서 우리나라의 국가 에너지 전략은 앞으로 어떤 방향으로 나아가야 한다고 보십니까?

▲ 김기만 교수 : 말씀하신 듯이 지금 전 세계는 AI 산업 때문에 가속화가 돼서 그런지 재생에너지는 부족하다 이런 생각이 있고요. 에너지 전략이 RE100에서 카본 프리, 그러니까 탄소중립 100% 그러니까 탄소를 생산하지 않는 이산화탄소를 배출하지 않는 그런 100%로 가자는 걸로 전환하고 있어요.

그래서 즉 재생에너지 100%에서 탄소에너지 배출이 없는 핵융합 에너지랑 원자력 에너지를 갖다가 포함시키자 그런 것이 이제 유럽이나 이런 데서 많이 되고 있죠. 그래서 이제 결국 카본 프리 100%로 전환되고 있는 상황이에요.

개인적으로 핵융합 에너지가 우리나라의 20% 30% 이런 정도 되려면 2100년 이후라고 생각하고 있습니다. 왜냐하면 핵융합 발전소는 깨끗하고 무한하고 안전하지만 장치가 복잡하고 건설에 시간이 오래 걸립니다. 그렇기 때문에 초기 건설 비용도 또 많이 들고요. 그러다 보니까 시간이 오래 걸려요.

연료는 싸지만 연료는 거의 공짜에 가깝지만 그 사이를 이어 주기 위해서는 아무래도 석탄 쓰기는 좀 곤란한 것 같고요.

제가 보기에는 제 개인적인 생각입니다. 기존의 원자력 발전소랑 안전성이 우수한 요즘 나오는 SMR 소형 모듈형 원자로, 또 MMR 초소형 모듈형 원자로 이런 것들을 활용하는 것이 국가 발전을 위해서 좋다고 생각합니다.

원자력 발전소에 대해서 막연한 공포를 가지고 원자력 에너지에 대한 반대 여론이 높아요. 근데 실질적으로 그렇게 많이 위험하지는 않거든요. 무엇이 정말로 국가를 위해 옳은 일인지 생각하셔서 우리나라의 에너지 전략을 준비했으면 좋겠습니다.

△ 황인찬 앵커 : 오늘 이야기는 여기서 마무리하겠습니다. 지금까지 김기만 캔텍 석학 교수와 함께 했습니다. 교수님 고맙습니다.

▲ 김기만 교수 : 감사합니다.