꿈의 물질 초전도체.. 그런데 그것이 실제로 일어났습니다.
물리학계의 오랜 난제인 ‘초전도체’가 국내 연구진에 의해 세계 최초로 상온에서 구현됐다는 소식에 전 세계가 떠들썩 합니다. 이석배 퀀텀에너지연구소 대표, 오근호 한양대 명예교수 연구팀이 논문 사전공개 사이트 ‘아카이브(arXiv)’에 30도의 상온에서 초전도성을 가지는 납 기반 물질 ‘LK-99’를 만들었다고 발표한 건데요. 초전도체가 무엇이고, 우리 삶에 어떤 변화를 가져오기에 이토록 화제가 된 걸까요? 오늘은 초전도체에 대해 알아보겠습니다.
초전도체란?
전기에너지에는 저항이 있습니다. 전기를 저장하거나, 전류가 이동할 때 어쩔 수 없이 에너지 손실이 일어나는 이유인데요. 간혹 어떤 물질은 아주 낮은 온도에서 전기 저항이 0이 되는 경우가 있습니다. 이렇게 특정한 조건에서 전기의 저항이 사라지는 현상을 ‘초전도 현상’이라고 하고, 이러한 현상을 일으키는 물질을 ‘초전도체’라고 부릅니다.
꿈의 물질, '초전도체'의 역사
초전도체는 1911년 네덜란드의 물리학 교수 ‘카메를링 오너스’에 의해 발견되었어요. 그가 액체헬륨으로 수은을 냉각시켜 전기 저항을 측정하던 중, 수은의 온도가 영하 269도 가량으로 떨어지면 전기 저항이 사라지는 것을 알아낸 겁니다. 하지만 왜 그러한 현상이 일어나는지에 대한 이유를 밝힐 수 없었죠. 기술을 상용화시키는 것도 현실적으로 불가능 했습니다. 초전도 현상이 일어나는 영하 270도까지 온도를 떨어뜨리기 위해서는 고가의 냉각 장치가 필요했기 때문입니다.
이후 세계 과학자들이 연구를 거듭한 결과, 1987년 미국 휴스턴 대학의 ‘폴 추’ 박사 연구팀이 영하 120도에서 초전도 현상을 일으키는 물질을 발견했어요. 이 사실은 과학계에 큰 충격을 주었습니다. 초전도 현상을 일으키는 온도가 급격히 높아져 상용화 가능성이 커졌기 때문인데요. 이전 연구에서는 냉각제로 고가의 ‘액체 헬륨’을 써야 하는 데다, 온도를 269도까지 떨어뜨려야 하는 어려움이 있었지만, 영하 120도를 만드는 데는 값싼 ‘액체 질소’를 냉각제로 활용할 수 있어 기술의 현실화 가능성이 높았습니다. 또 머지 않은 미래에는 상온에서 초전도현상을 일으키는 물질을 발견할 수 있을 거라는 희망이 샘솟았죠.
하지만 연구는 여전히 답보 상태입니다. 지난 100여 년간 전 세계에서 무수한 연구가 진행된 결과, 2019년 초전도체를 영하 23도에서 구현하는 것을 성공했는데요. 높은 압력이 필요해서 이 또한 상용화 되기란 어려웠습니다. 이후 2020년 미국 로체스터대의 ‘랑가 다이어스’ 교수 연구팀이 15도의 상온에서 100만 대기압 이상의 초고압으로 초전도 현상을 일으키는데 성공했다고 발표했지만, 실험 자료를 임의로 수정한 의혹이 일며 논문이 철회되었죠.
이처럼 초전도체는 전 세계 과학자들의 부단한 노력에도 쉽게 밝혀지지 않는 ‘꿈의 물질’로 통합니다. 30도의 상온에서 구현되는 초전도체를 개발했다는 국내 연구팀의 논문이 세계적인 화제가 된 이유입니다.
일상에서 초전도체가 활용된다면?
지금도 초전도체는 우리 삶 곳곳에서 활용되고 있습니다. 대표적으로 병원의 MRI나 핵융합 발전 등에서 초전도체로 만든 전자석이 필요하죠. 하지만 현재 활용되는 초전도체는 고가의 비용을 들여 초저온 상태를 유지해야 하기 때문에 일상에서 사용되기가 어렵습니다.
그런데 우리의 일상과 가까운 온도, 압력에서 구현되는 초전도체가 발견된다면 지구에는 엄청난 변화가 일어날 겁니다. 어떤 변화가 생길지 알아볼까요?
① 효율적인 에너지 활용
전기를 운송하고, 보관할 때 에너지의 손실이 일어나지 않기 때문에 전기 에너지를 낭비 없이 사용할 수 있습니다. 초전도체를 기반으로 송전선을 구축하면 더 먼 지역까지 전기를 안전하고 효율적으로 이동할 수 있거든요. 이로써 전기료가 낮아지는 것은 물론이고, 초전도체가 활용되는 MRI 검사 또한 합리적인 금액으로 이용할 수 있게 되죠.
② 환경 보호
전기를 보관하거나 이동할 때 전력이 손실되지 않으면 전기가 많으면 저장해 두었다가 필요할 때만 조금씩 사용할 수 있겠죠. 이렇게 에너지를 낭비하지 않으니 그만큼 탄소 배출이 줄어듭니다. 탄소 배출이 줄면 지구온난화를 막는 데도 큰 도움이 됩니다. 또 초전도체를 활용해 에너지 저장 장치를 개발하면 태양광, 풍력 발전 등의 친환경 에너지를 효율적으로 저장하고 공급하는 것도 가능해질 겁니다.
③ 전기차, 비행차 상용화
가깝게는 전기차의 상용화에 가속도가 붙을 것입니다. 현재의 전기차는 저항으로 전기에너지가 손실될 것을 감안해 크고 무거운 배터리를 탑재하는데요. 초전도차 배터리가 만들어지면 적은 용량으로도 더 많은 거리를 갈 수 있어 주행 거리가 짧은 전기차의 단점을 대폭 개선할 수 있습니다.
먼 미래에는 하늘을 나는 자동차가 현실이 될 수 있습니다. 초전도체로 강력한 자력을 생성하면 무거운 물체도 허공에 쉽게 띄울 수 있기 때문이죠. 초전도체를 활용해 날개옷을 만들어 입는다면, 사람이 하늘을 날아다니는 것도 아주 허무맹랑한 일은 아니죠. 휠체어에 초전도기술을 탑재하면 장애인의 이동권 또한 크게 달라질 수도 있을지 모릅니다.
④ 발열 없는 전자제품
전자제품을 오래 사용하면 기기가 뜨거워지는 이유는 전기 에너지의 저항 때문인데요. 초전도체는 저항이 0이므로, 전자제품을 아무리 오래 사용해도 뜨거워지지 않습니다. 또 에너지 효율이 높기 때문에 배터리의 크기를 대폭 줄일 수 있어 무거운 전자기기를 지금보다 훨씬 더 작고, 가볍게 만들 수 있습니다.
국내 연구진이 발견한 초전도체는 현실에서 구현될 수 있을까요? 학계는 조심스러운 입장입니다. 심사를 통해 정식 출판된 것이 아니기 때문에 철저한 검증이 이루어져야 한다는 게 그 이유죠.
만약 실제로 ‘꿈의 물질’을 발견했다 하더라도, 상용화까지 얼마나 시간이 걸릴지는 미지수입니다. 하지만 상온에서 구현되는 초전도체의 새로운 가능성을 보여주었다는 사실만으로도 큰 의의가 있어요. 세계를 뒤흔든 초전도체 이슈는 앞으로 어떻게 전개될까요? 전 세계 과학계에서 꿈꾸는 상온⋅상압 초전도체의 개발이 꼭 이루어지기를 기대하고, 응원합니다.
출처: 이베스트투자증권
