개요
(자료 출처: 퀀텀에너지연구소의 소개 사진)
| 구리 | 기존 초전도체 | LK-99 초전도체 | |
| 사용 환경 | 일상 | 초저온 (-180ºC 이하) 또는 초고압 (29만 기압) |
일상 (1기압, 상온) |
| 사용 비용 (냉각장치) |
없음 | 매우 높음 (액체 헬륨, 액체 질소) |
없음 |
| 사용 원료 | 범용 원소 | 수급 어려운 회토류 원소 |
범용 원소 |
| 전기 효율 | 중간 | 매우 높음 (구리대비 10⁴배 이상) |
매우 높음 (구리대비 10⁴배 이상) |
| 개발제품 크기 (송전선 기준) |
두꺼움 | 두꺼움 (냉각장치 영향) |
얇음 (높은 전력 밀도) |
2021년 8월 25일, 주식회사 '퀀텀연구소'의 소장 이석배 및 김지훈 등이 "상온, 상압 초전도 세라화학물 및 그 제조방법(Ceramic composite with superconductivities over room temperature at atmospheric condition and mehtod of manufacturing the ceramic composite)"을 출원하고 2023년 3월 6일 공개하였습니다. 한국어# 영어#
그리고 2023년 7월 22일 arXiv에 발표된 "The First Room-Temperature Ambient-Pressure Superconductor"라는 제목의 논문으로 인해 현재 전세계가 매우 뜨거운 반응을 보이고 있습니다.
초전도체란?
그렇다면 먼저, "초전도체"란 무엇일까요?
(자료 출처: "초전도체와 노벨물리학상" 사이언스타임즈. 2017년 9월 29일. #)
"초전도체"란 "초전도 현상(전류 저항이 0Ω)과 마이스너 효과(마이너스(Minus) 아닙니다)(초전도 상태로 전이되면서 물질 내부의 자기장이 외부로 밀려나는 현상)가 일어나는 물질"을 말합니다. 여기서 마이스너 효과 없이 초전도 현상만 일어나면 초전도체가 아니라 완전도체라고 부르죠. 대부분은 이게 무슨 말이고, 왜 화제가 되는지 잘 모르시겠지요? 사실 저도 그렇습니다. (??) 이해하기 쉽게 비유하자면 초전도체는 다음과 같이 응용이 가능합니다.
아래 내용은 대부분 상온상압에서의 초전도체를 활용한 것이며, 아직까지는 이 글에서 제의되는 LK-99도 상용되지 않았기 때문에 실현되지 않았습니다. 인용해 온 나무위키에서도 재미로만 볼 것을 강조하고 있습니다. 만일 LK-99가 상용된다면 아래 내용은 재미가 아니라 실제 우리 일상에 녹아들지도 모릅니다. 많은 내용 중 저와 같은 무지한 일반인도 쉽게 와닿을 만한 내용을 요약하였습니다.
- MRI 촬영 비용이 매우 저렴해집니다.
- 작고 강력한 인공 근육을 만들어 로봇과 인공 근육계가 크게 발전합니다.
- 자기부상열차의 철도 건설 및 열차 부상 비용이 매우 저렴해집니다.
- 핵융합 발전의 강제성이 크게 올라 상용화될 수 있습니다.
- 송전 효율이 100%가 됩니다. 즉 대용량 직류 송전 기술이 발전하여 세계를 연결하는 대용량 전력망 구축이 일어납니다.
- 레일건 등 전자기력으로 구동하는 무기들의 크기, 무게, 유지 비용을 크게 감면할 수 있습니다.
- ︙
이 외에도 초전도체의 응용은 무궁무진합니다. 핵융합 발전이 현재까지 인류가 구현 가능한 가장 이상적인 발전 방식이라고 평가되는 것처럼, 이러한 초전도체가 상온상압에서 쉽게 이루어질 수 있다면 그 자체로 인류사를 뒤바꿀 큰 분기점이 될 것입니다.
하지만 꾸준히 언급하듯 초전도체는 쉽게 구현하기 힘든 물질입니다. 당장 상온상압을 거듭 강조하는 것처럼 초전도체는 쉽게 만들 수 있는 물질이 아닙니다.
초전도체의 역사
마이스너 효과 이전에 물질의 초전도 현상을 이끌어 내기 위해서는 상온 약 15~25ºC보다 훨씬 저온인 0~20K이어야 합니다. 1908년 네덜란드의 과학자 헤이커 카메를링 오너스가 4.2K에서 액체 헬륨을 만드는 데 성공한 것을 시작으로, 1911년에는 4.19K에서 수은의 전기 저항값이 0Ω으로 여겨도 될 정도로 낮아짐을 발견합니다. 여기서 K는 절대온도 켈빈을 뜻하는 단위로, 0K은 내부 에너지가 0J이 되어 분자의 운동이 완전히 정지하는 절대 영도, 섭씨로는 무려 약 -273.15ºC에 달합니다.
1933년에는 독일의 발터 마이스너, 로버트 오쉔펠트가 주석과 납 시료에서 초전도체 내부로 자기장이 침투하지 못하는 현상, 즉 추후 그의 이름을 딴 마이스너 효과를 발견합니다.
BCS 이론에서는 초전도성이 40K 이하에서만 있다고 예측되었으나 추후 이를 뛰어넘는 초전도체들이 발견되면서 40K이 넘는 초전도체들을 고온 초전도체라 부르게 되었습니다. 1986년 IBM 연구소의 베드노로츠와 뮐러가 30K 이상에서의 구리 기반 초전도체를 발견하여 이듬해 노벨물리학상을 수상하고, 1987년에는 폴 추 연구팀이 이트륨에 기반한, 츠쿠바 연구팀이 비스무트에 기반한 93K 이상에서의 초전도체를 발견하며 고온 초전도체에 대한 논의가 본격적으로 시작되었습니다. 이후 133K, 39K, 203K, 250K, 288K, 262K, 191K, 294K 등 다양한 고온 초전도체들이 발견되었습니다.
초전도체의 사용
물론 현대에도 초전도체를 응용한 상용 기술들은 다수 사용되고 있습니다. 대표적으로 우리가 잘 아는 MRI가 있으며, 이는 초전도체 상업 이용 중 무려 4분의 3에 달합니다. 그 외에도 자기부상열차, 호버보드, 핵융합과 입자가속기 등 다양한 분야에서 사용되고 있으나 대부분은 널리 상용되지 못했거나 그 금액이 매우 비싸다는 등의 단점이 있습니다.
그러나 초전도체가 약 15~25ºC 상온, 1기압 상압에서 쉽게 만들어질 수 있으면서, 공기와 직사광선에 노출되어도 괜찮고, 무겁지도 않고, 부피가 작아도 되고, 내구성도 좋고, 임계전류가 높고, 전달 가능한 전력양이 무한대고, 가격이 저렴하고, … 등의 특징을 갖추어 일상생활에 쉽게 적용 가능해진다면 예? 사이언스 픽션(SF)에서나 볼 법한 미래 기술들의 구현이 우리에게 더욱 가까워질 것이며, 더 나아가 인류는 기술적 특이점을 맞이할지도 모릅니다.
논점
물론 무엇보다, 이러한 상온상압 초전도체를 발견·발명했다는 논문 게재가 곧 해당 기술의 상용화를 뜻하지는 않으며, 나아가 해당 논문의 내용 자체도 아직 검증 단계를 마치지 못한 상태입니다. 즉, 극단적으로 아직까지는 LK-99라는 상온상압 초전도체의 기술적 응용, 나아가서는 이러한 물질의 발견과 발명 자체도 학술적 가치를 지니는지 알 수 없습니다.
퀀텀연구소의 이석배 소장은 "다른 저자들의 허락 없이 권영완 연구교수가 임의로 아카이브에 게재한 것"이라며 "아카이브에 내려달라는 요청을 해둔 상황"이라고 주장했다고 합니다. 김현탁 박사 역시 "두 논문에 결함이 많으며 본인의 허락 없이 게재됐다"고 미국 과학잡지 뉴사이언티스트와 인터뷰에서 주장했습니다. #
물론 이 발견과 발명이 사실이고 학술적 가치를 지닌다면 노벨물리학상 수상은 기본에 증기기관의 발명과 함께 산업혁명을 이끌었던 시대 이상으로 인류의 과학 기술은 끝없는 발전의 시작을 딛게 될 것입니다. 만약 노벨물리학상을 받게 된다면 과학 분야에서는 한국 최초이며 김대중의 노벨평화상에 이은 한국의 두 번째 노벨상이 됩니다.
우리는 이 혁신적인 기술을 무작정 환영하기보다, 충분히 받아들일 준비를 하고 검증하는 안목을 기를 필요가 있을 것입니다.
참고 자료 및 문헌
- 나무위키
- 기타
- 초전도체와 노벨물리학상
- 상온, 상압 초전도 세라화학물 및 그 제조방법(Ceramic composite with superconductivities over room temperature at atmospheric condition and mehtod of manufacturing the ceramic composite) 한국어# 영어#
- 뉴사이언티스트와 인터뷰
