꿈의 물질 ‘상온 초전도체’의 상용화 Room-temperature Superconductor to commercialize



 

최근 몇십 년간 과학과 기술은 우리의 생활을 놀라운 속도로 변화시켰다. 스마트폰에서 이제는 AI로 변화되는 시점에 그보다 더 놀라운 기술이 우리나라 연구진에 의하여 발표되었다.

‘상온 초전도체’

상온 초전도체는 일반적인 조건에서도 초전도 상태를 유지하는 물질인데 초전도체라는 것 자체가 현재의 기준으로는 말도 안 되는 기술이다. 초전도체는 특정 온도에서 전기 저항이 거의 없는 물질로써, 전기 전류가 흐를 때 에너지 손실 없이 전기를 전달하는 능력을 갖추고 있다.

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이러한 형상을 초전도 현상이라고 하는데 일반적으로 초전도체는 액체 헬륨 또는 액체 질소와 같은 극저온 환경에서 동작한다.

그렇기에 상온 초전도체가 만들어지기만 하면 말 그대로 혁신적인 미래를 열어줄 것으로 기대된다. 특히, 에너지 분야에서 독보적이다. 전력 손실 문제는 기후 변화와 관련하여 점점 중요해지고 있는 상황에서, 초전도체는 뛰어난 전기 전달 능력을 통해 전력의 효율적인 전달을 가능하게 할 것이다. 이로써 재생 에너지의 효율적인 수급과 전력 네트워크의 안정성 향상도 대폭 늘릴 것이다.

https://conpaper.blogspot.com/2024/02/lk-99.html

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자기 공명 영상(MRI)과 같은 의료 기기에서 초전도체의 활용은 이미 시작되어 있는데 상온 초전도체가 발명되면 사용 비용이 대폭 낮아질 것이다. 자기부상열차의 상용화도 기대할 수 있고 초전도체를 활용한 고에너지 가속기나 핵실험 장치 등은 더 정교한 실험을 가능케 하여 우주 과학부터 물질과학까지 다양한 분야에서 발전을 도모할 수 있다.

초전도체의 상용화를 위해 다양한 나라에서 연구하고 있었는데 미국에서는 높은 온도에서 동작하는 고온 초전도체의 개발과 응용에 주력하고 있었고 에너지 저장 및 전송, 의료, 운송 분야에서 초전도체 기술을 활용한 연구를 진행하고 있는데 NASA의 우주 탐사 장비에서도 초전도체 기술이 활용되고 있다.

미국이 전 세계적으로 초전도체 개발에 선두이지만 일본과 중국도 개발 선진국으로 고온 초전도체 및 에너지 응용에 관심을 가지고 자동차 부품, 자기부상 열차 등 운송 분야에서도 활발한 연구가 이루어지고 있다.

우리나라도 마찬가지였다. 높은 온도에서 동작하는 초전도체의 개발과 에너지 응용에 관심이 있으며, 의료 분야에서 초전도체를 활용한 응용 연구도 이루어지고 있는 상황에서 우리나라 연구진이 개발한 LK-99라는 상온 초전도체는 그동안의 관련 연구의 판도를 180도 바꿔버리는 게임체인저 역할을 할 것이라고 기대한다.

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그래서 여러 나라와 연구진들이 교차 검증을 꾸준하게 하고 있다. 아직은 우리나라 연구진이 발명한 물질이 초전도성을 지닌다는 직접적인 증거를 제시하지 못하였고 결론을 내리기에는 데이터가 설득력이 있지 않다고 회의적인 반응이 다소 지배적이다. 다만 초전도체가 가지고 있는 반자성 효과를 검증하는 데 성공하였기에 긍정적인 평가도 뒤따르고 있다.

그야말로 과학계의 오랜 꿈인 초전도체는 그동안 100만 기압이거나 –200도에 달하는 낮은 온도 등 극한 환경에서만 작동하였는데 일반적인 온도와 기압에서 현상을 보인다면 스마트폰의 발명이나 AI 기술의 개발보다도 더 획기적으로 인류가 성장할 수 있는 발판을 마련하게 된다.

그래서 과학자뿐만 아니라 전 세계가 열광하고 있다고 해도 과언이 아니다. 2020년 10월 국제학술지 ‘네이처’에 상온의 범위인 15℃에서 초전도성을 보이는 물질을 만드는 데 성공했다는 내용이 실린 지 2년여 만이다.

110년 전인 1911년 네덜란드의 물리학자 카메를링 오너스가 금속 수은이 절대온도 4.2K(K=℃+273.15), 즉 –269℃에서 전기저항이 0인 초전도체가 되는 현상을 발견한 이후의 발전이다.

인간도 국가도 모두 흐름이란 것이 있다. 인간도 인생의 흐름이 있고 국가도 흥망성쇠가 있듯이 이번 상온 초전도체 발명은 그 흐름의 맥락과도 함께 하는 것으로도 볼 수 있다. 공학의 흐름에 상온 초전도체개발이 더하면서 그 속도가 크게 빨라지고 있다. 가히 태풍 수준이라고 할 수 있을 것이다. 특히 양자컴퓨터 분야에 적용되면 큰 활용성이 높아질 것이다.

양자 컴퓨터는 양자 역학의 원리를 기반으로 한 컴퓨터로, 전통적인 이진 시스템(0 또는 1)이 아닌 양자비트 또는 큐비트를 사용하여 정보를 처리한다. 양자 컴퓨터는 병렬 계산, 양자 간섭 및 양자 얽힘 등의 양자 현상을 활용하여 특정 문제에 대해 현저한 속도 향상을 제공할 수 있고 이를 통해 양자 컴퓨터는 일부 분야에서는 전통적인 컴퓨터보다 지수적으로 빠른 속도로 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

양자 컴퓨터는 매우 미세한 양자 상태를 제어하고 유지하는데 초전도체와 같은 물질을 사용하여 큐비트를 구현하고 조작한다. 초전도체는 양자비트를 안정적으로 유지할 수 있는 특성을 가지므로 양자컴퓨터를 운영하는데 개발비용뿐만 아니라 유지비용 모두 대폭 저감시킬 수 있게 된다.

그렇게 되면 영화 ‘매트릭스’에서나 보던 가상 시뮬레이션 세계가 현실이 될 수도 있다. 극단적인 컴퓨터의 성능이 향상된 시대가 다가오게 된다. 만약 상온 초전도체의 상용화가 된다면 극도로 상향된 차원의 데이터 처리 장치가 등장하면 인공지능의 활성화도 더욱 빨라진다.

로봇이나 자율 주행 등의 인공지능 성능이 크게 향상되고 관련 분야들의 개발 속도도 빨라질 것이다. 당장 상용화는 어렵지만 최근의 기술이 특이점이 온 만큼 초전도체는 발열이 거의 없기에 렌즈 디스플레이를 활용한 제품들도 나올 가능성이 높아질 것이다.

갑자기 AI의 성능이 좋아지고 로봇이나 드론 등 다양한 기술들이 개발되면서 공상과학영화에서나 보던 일들이 현실로 다가오고 있다. 그런데 그것이 상상만이 아니라 현실로 되면서 그 기대감은 더욱 커지고 있다. 첨단의 미래가 빨리 다가왔으면 하는 바람이다.

글_정이도

㈜드림기획 대표이사

공학전문기자/작가/칼럼니스트

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