일본 핵융합에너지 포럼 ITER/BA 기술추진위원회는 <핵융합 에너지 실용화를 위한 로드맵과 기술전략>의 주요 내용을 발표. 일본은 2040년 실용적 핵융합 투입을 목표로 토카막(TOKAMAC) 원형로 개발을 위한 로드맵을 작성하였으며, 2040년까지 핵융합 원형로의 발전 및 실증예정으로 2036년 원형로 운전 개시를 계획 중임. 로드맵은 ITER/BA 중심의 토카막 원형로에 필요한 인력 및 주체별 역할 분담 등에 대한 구체적 로드멥을 제시하고 있음.

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1. 개  요

 ○ 화석원료의 고갈 및 개발도상국의 본격적인 경제개발에 따른 에너지 수요 급증 등으로 인해 인류의 지속가능한 발전을 위한 새로운 에너지원 필요

   - 기후변화와 CO2 농도 사이의 상관관계*가 밝혀지면서, 2100년 CO2 무배출(Zero Emission)에 도달하는 등 인류 에너지 시스템 전환을 위해 전 세계적인 노력이 진행 중

     * 제4차 IPCC 평가 보고서에 따르면 기후변화와 CO2 방출 사이에 90% 관계가 있음

 ○ 핵융합 에너지는 중수소와 삼중수소를 플라즈마 상태로 만든 뒤, 핵융합반응을 일으켜 생산

   - 연료가 무한하고 온실가스와 고준위 방사성 폐기물이 발생하지 않는 친환경 무한에너지로서 EU 및 주요국은 ITER 등 국제프로젝트를 통해 개발 진행 중

 ○ 일본은 ｢제3차 핵융합연구개발기본계획｣에 의해 종합적이며 체계적으로 연구개발을 진행 중이며, ITER/BA 등 국제핵융합실험로 실현을 위한 국제 공동 프로젝트에서 주도적인 역할 수행

 ○ 문부과학성은 ｢21세기 중반 핵융합 에너지 실용화｣ 목표 실현을 위해 핵융합 에너지 포럼에 다음의 3개 항목의 검토를 의뢰

   - ①21세기 중반 핵융합 에너지 실용화 달성을 위한 로드맵 작성, ②산업계를 포함한 일본의 기술전략 및 역할 분담 검토, ③인재육성 및 확보 방법 제안 등

[참고] 핵융합관련 국제 공동 프로젝트 □ ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, 국제핵융합실험로) ○ 핵융합 에너지 실용화의 최종 단계인 자기점화조건의 과학적‧기술적 실증을 위해 우리나라를 비롯해 EU, 미국, 일본 등 선진 7개국이 공동으로 ITER를 건설‧운영하는 국제협력 공동프로젝트 - 핵융합로 개념 및 공학설계(’88～’01), 장치건설(’06～’15), 장치운영(’16～’35), 감쇄(’36～’40), 해체(’40～) 단계로 진행 ○ 열출력 500MW, 에너지 증폭율 10 이상의 핵융합실험로를 프랑스 카다라쉬에 공동으로 건설‧운영‧해체하며, 참여국은 현물 및 현금으로 재원 분담 ※ 우리나라는 9.09%의 재원분담(약 9,000억) 및 10개 기술 조달 의무를 가짐 ○ ITER 사업 참여국은 ITER 관련 R&D 결과 및 기술 공유, ITER 건설‧운영의 직접 참여, ITER 관련 향후 기술 공유 및 지식재산 실시권 확보 등의 권리를 보유 □ BA (Broad Approach) ○ 일본-EU간 공동협정으로 핵융합에너지 조기 상용화를 위하여 ITER와 병행하여 ITER 원격운전 및 연구센터 설치 등 포괄적 기술협력 프로젝트 (ITER 건설비의 약 16% 소요) - 국제 핵융합 재료 조사 시설 (IFMIF-EVEDA), 국제핵융합에너지연구센터(IFERC), 사테라이트토카막 건설(JT-60SA) 등 3개 분야 공동 연구 - 일본-EU 공동부담이며, 2007년부터 시작하여 10년간의 연구를 목표로 일본에서 진행

2. 핵융합로 실용화 로드맵

 ○ 2050년 실용적 핵융합 투입을 목표로 토카막(TOKAMAC)* 원형로(原型炉, prototype) 개발을 위한 로드맵 작성** 

     * 토카막 : 초고온을 만들기 위해 주변과 고온의 물질을 분리시키는 방법으로 핵융합의 상용화 가능성을 열어준 장치이며, 현재 작동 중이거나 새로 짓는 실험용 융합로는 대부분 이 방식을 채택하고 있음

     ** ITER/BA의 목표를 기반으로 하되, 이를 보완

     ※ 개발단계 : 기초연구‧개발 → 실험로(이론 실증) → 원형로(실용화 가능성 타진) → 실증로(안전성과 경제성 입증) → 상업로(상업적 이용)

     ※ 일본의 핵융합개발계획은 ｢제3단계 핵융합 연구개발 기본계획｣에 따라 진행되고 있음



   - 2050년 중반에 핵융합 에너지 실용화를 달성하기 위해서는 2040년까지 핵융합 원형로의 발전 및 실증이 필요

     ※ 원형로는 2036년 운용을 개시하며, 4년간의 시운전 기간 동안 연소발전시험에서 정상운전까지 단계적으로 이행

   - 원형로 건설에 필요한 토카막 본체, 블랭킷(blanket) 등 18개 분야 1,000개 항목*에 대한 로드맵 작성 (개발 및 확보 시점 제시)

      * R&D가 필요한 항목으로 한정하였으며, 중복을 허용함 

   - BA와 병행하나, 독자적으로 원형로 개발에 필요한 블랭킷, SC(중심 솔레노이드) 코일 등 9개 연구개발 항목 제시 

 ○ 핵융합 열출력 3GW와 전기출력 1GW를 가정할 때, 원형로 건설 규모는 본체 약 7,700억엔 및 주변시설‧관리비용 약 2,300억엔 예상



3. 기술전략 및 인력 육성 방안

 ○ 기술로드맵에 나타난 기술의 특성에 따라 기술을 4가지로 분류

   - ① D(Domestic) : 기술의 리더십 확보를 위해 국내 개발

     ② D*(Domestic*) : 인재육성 시점에 따라 국내 개발

     ③ I(International) : 국제협력

     ④ F(Foreign) : 해외 도입

   - 위와 같은 기술의 특성에 따라 기술개발 전략 수립이 가능

 ○ 핵융합로 건설은 다음의 4개 기관으로 역할 조정

   - 실시기관 : ITER/BA 성과를 계승하고, 전체 기본설계를 담당하는 등 융합로 개발‧건설의 총 책임기관

   - 종합조정회사 : 구조 사양을 작성하는 등 상용로 건설의 모체 기업 

   - R&D 기관

   - 제작‧건설을 수행하는 일반 기업

 ○ ITER/BA 중심의 토카막 원형로 연구에 필요한 인재는 2023년 (원형로 제조‧설계 전단계)까지 약 400명으로서, 노(爐)공학, 플라즈마, ITER 파견 등 6개 분야의 필요인력*을 제시(산업계 인력 제외)

    * ｢토카막 형식 원형로 개발을 위한 인력 계획 검토 보고서｣(2008년)에서 제시

 4. 시사점

 ○ 일본은 핵융합 관련 ITER/BA 국제 협력프로젝트에서 주도적인 역할을 하고 있으며, 독자 개발을 위한 연구개발, 인력, 역할 분담 등 구체적인 로드맵을 작성하여 국가차원에서 체계적인 노력을 경주

 ○ 우리나라는 2005년 ｢국가 핵융합에너지개발 기본계획｣ 및 2007년 ｢제1차  핵융합에너지개발 진흥기본계획｣을 수립하고 KSRAT*와 ITER를 토대로 2040년대 독자적인 핵융합 에너지 상용화 기술 확보를 위한 연구개발 로드맵 및 추진전략 마련

   - 1 단계(’07～’11) 핵융합에너지 개발 추진기반 확립, 2 단계(’12～’21) 핵융합에너지기술 5대 강국진입 및 DEMO(실증로) 공학설계 능력 확보, 3 단계(’22～’36) 핵융합발전소 건설능력 확보

      * KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)란 차세대 초전도 토카막 핵융합 연구장치로서 국내 독자기술로 설계‧제작  

 ○ 국가핵융합연구소는 1차 핵융합에너지개발 진흥기본계획의 구체적인 실행을 위해 2008년 KSTAR, ITER, DEMO(실증로) 공학기술, 핵융합기반조성 등 4개 분야에 대한 종합실천로드맵을 제시

 ○ 그러나 우리나라의 로드맵은 연구 방향을 제시하는 데에 그쳐,  향후 일본처럼 세부기술 로드맵, 인력 및 주체별 역할분담 등에 대한 로드맵을 구체화할 필요

<우리나라 핵융합에너지 기술개발 단계별 전략>

구분	KSTAR (2007년부터～)	ITER (～2015년)	DEMO (2030년대)	상용화 (2040년대)
단계	기초연구	기초연구+ 신에너지개발	신에너지개발+ 민간투자	민간투자
내용	․정상상태 플라즈마 가열, 진단 및 제어기술 확보	․토카막형 핵융합로 장치 기술 습득 ․ITER 참여를 통한 경험 축적	․2010년 설계, 2020년 건설 시작될 DEMO 주도적 참여 ․시스템 최적화 및 경제성 구현 ․KSTAR 및 ITER 건설, 운전 경험 활용	․2035년경 한국형 핵융합발전소 공학설계 완성 ․상용발전소 건설 ․2040년 대용량 전기 생산

 * 도표 등과 관련된 상세 내용은 첨부파일을 참조하시길 바랍니다.

* * 본 자료는 교육과학기술부 과학기술기반과와 KISTI 정보분석본부, KISTEP 정책기획실 등에서 분석한 내용을 바탕으로 한 것입니다.