초전도체 정의와 미래 활용 전망

요즘 초전도체에 관한 관심이 뜨겁습니다. 초전도체가 뭐길래 관련 주가가 급등하며 국내는 물론 전 세계까지 들썩이는 걸까요? 초전도체는 전력을 획기적으로 감소시킬 수 있는 고급 기술이며 관련 기술이 상용화되었을 경우 일어나는 눈부신 발전과 국익은 상상을 초월하기 때문인데요. 오늘은 초전도체의 정의에 대해 알아보고, 관련 기술 상용화 시 미래에는 어떻게 활용할 수 있는 것인지 전망하는 시간을 가져 보도록 하겠습니다.

 

 

초전도체란?

초전도체란 아주 낮은 온도에서 전기의 저항이 0에 가까워지는 도체를 말하는 것으로 초전도 현상이란 온도가 증가하면 전기의 저항도 증가하여 전기가 잘 흐르지 않고, 온도가 낮아지면 저항이 작아져 전기가 잘 일어나게 되는 원리입니다.

 

이러한 특징으로 인해 전류를 많이 흘려보내도 에너지 손실을 최소화할 수 있고, 발전소에서 가정으로 보내는 데 소요되는 5%가량의 전력량을 아낄 수 있게 됩니다.

 

또한 초전도체는 '반자성' 특징을 가지고 있는데 이것은 자석에서 나오는 외부의 자기장을 밀어내는 성질로 어떤 물질이 자석 위에 둥둥 떠 있을 수 있는 것은 이러한 반자성의 특징 때문입니다.

 

 

초전도체 미래

 

 

미래 활용 전망

국내 연구진이 초전도체 기술을 개발했다는 소식에 전 세계적으로 이슈가 되고 있는데요, 관련 기술이 상용화되었을 경우 생길 변화와 수익도 대단할 것으로 기대되고 있습니다. 그렇다면 과연 초전도체의 등장으로 우리의 미래는 어떻게 변화하게 될까요?

 

1. 전력 손실의 감소 - 초전도체의 등장으로 우리가 쓰는 전자 제품의 전력 손실과 열 손실이 획기적으로 줄어들게 됩니다. 에너지 손실과 함께 열 손실이 발생하는데 전류가 흐를 때 전선 간의 여러 저항과 마찰이 일어나면서 열이 발생하게 됩니다. 이러한 열 손실로 인하여 송전 과정에서 전력 손실이 나타나게 되고 이는 연간 미국에서는 22조 원, 한국에서는 1조 5000억 원의 비용으로 발생합니다. 그러나 초전도체의 상용화로 전력 손실을 획기적으로 줄일 수 있고, 관련 비용도 아낄 수 있게 됩니다.
2. 국토 공간의 확보 - 우리가 현재 사용하는 전선은 굵고, 여러 가닥이라 뒤섞여 있는 형태인데 초전도체의 전선은 없거나 있더라도 굵기가 가늘어져서 전선이 차지하는 부피 자체가 줄어들게 됩니다. 그만큼 공간을 활용할 수 있고, 관련 재료 제조 비용과 인력 비용 모두 절약할 수 있습니다. 또한 전기 저항이 줄어들기 때문에 아주 먼 거리의 전기도 송전할 수 있고, 송전탑 등의 시설도 지을 필요가 사라져 국토 공간을 확보할 수 있게 됩니다.
3. 도심 미관의 개선 - 현재는 주변에 설치된 전봇대와 변압기, 변전소 등으로 건물들 사이로 기계와 케이블 등이 어지럽게 설치되어 있는데요, 초전도체의 상용화로 관련 시설이 사라지게 됩니다. 따라서 도심의 지저분했던 미관이 한층 더 깔끔하고 아름다워질 수 있습니다.
4. 전자 제품의 성능 향상 - 컴퓨터 CPU의 성능을 올리는 것은 어렵지 않습니다. 문제는 과도한 전력을 투입할수록 발열도 증가한다는 것입니다. 발열로 소자가 뜨거워지면 녹거나 사용 시간을 단축시킵니다. 그러나 초전도체의 등장으로 발열 걱정 없이 마음껏 전력을 쏟아부을 수 있고, 성능감도 극대화 할 수 있습니다. 또한 스마트폰은 단 몇 분만 충전해도 수만 시간을 거뜬히 사용할 수 있게 될 것입니다.
5. 화재 위험 감소 - 전선에 사용하는 케이블 사용이 줄어들면서 자연스레 화재 위험과 감전 사고를 걱정하지 않아도 될 것입니다.
6. 화학 배터리 대체 - 초전도 코일 안에 전류는 무한으로 맴돌고 있습니다. 따라서 리튬 이온 같은 화학식 배터리를 대체할 수 있는 수단이 될 수 있습니다.
7. 양자 컴퓨터의 대중화 - 양자 컴퓨터의 연산 속도는 기존 슈퍼컴퓨터보다 수천만 배 이상 빠릅니다. 따라서 이때 발생하는 과도한 전력과 발열감을 식혀 줄 극저온 냉각기가 필요합니다. 그렇기 때문에 양자 컴퓨터가 대중화되려면 많은 시간이 필요합니다. 그러나 초전도체의 상용화로 전력과 발열 걱정을 하지 않아도 되고, 나아가 휴대용 양자 컴퓨터를 사용할 수도 있을 것으로 기대됩니다.
8. 전기 자동차 시장의 급성장 - 전기차 대중화의 걸림돌인 느린 충전 속도와 짧은 주행 거리를 개선할 수 있고, 많은 전압을 사용해도 무리가 가지 않아 고압으로 고속 충전도 가능해지면서 전기 자동차의 수요도 크게 늘어날 것으로 전망됩니다.
9. 자기 부상 열차의 구현 - 초전도체의 등장으로 자석으로 만든 레일 위에 열차를 뜨게 하고, 마찰 면 없이 달릴 수 있을 것으로 보입니다. 처음의 발동력만으로 힘을 받아 저항 없이 계속 달릴 수 있고, 보다 빠른 속도로 열차가 밀려 나가면서 이동시간의 단축도 기대됩니다. 이러한 원리로 시속 500km의 속도를 구현할 수 있고, 서울과 부산 간의 이동 시간은 단 40분으로 줄일 수 있을 것으로 전망합니다.
10. MRI 기기의 상용화 - MRI 검사가 비싼 이유는 현재 초전도체 기술이 활용되고 있기 때문인데요, MRI 기기에서 발생하는 강한 자기장과 발열 때문에 이를 식혀 줄 영하 270도 수준의 냉각 기능이 필요합니다. 따라서 이 온도를 유지하기 위해서는 '액화 헬륨'을 사용하는데 이 기계 자체가 매우 비싸고, 부피도 많이 차지합니다. 그러나 초전도체의 상용화로 관련 문제가 모두 해결되면서 전력 손실의 감소, 비용 절감 등의 효과가 발생해 보다 저렴한 가격으로 의료 검사도 받을 수 있을 것입니다.
11. 인공 근육의 등장 - 초전도체의 전자석으로 인해 발열 걱정 없는 가벼워진 인공 근육을 만들 수 있다는 의견도 있습니다. 인공 근육이 만들어지면 신체의 일부가 불편하거나 마비된 환자나 장애인에게 적용할 수 있고, 보다 고통 없고 개선된 삶을 살 수 있을 것으로 보입니다.

 

 

아름다운 도시

 

 

■ 정리

지금까지 초전도체가 가져올 눈부신 변화와 미래에 대해 알아보았습니다. 요약하여 정리해 보겠습니다.

 

1. 전력 송신과 저장 기술의 효율화
2. 석유, 석탄 등 화력 발전 산업의 수요 감소
3. 냉각, 냉동 산업의 수요 감소
4. 공간 효율화와 토지 활용성 증대
5. 에너지 효율 상승으로 지구환경 개선
6. 초고속 이동 수단의 등장으로 과열된 인구 분산, 지방 분권, 인구 균형 발전
7. 특허 인정 시 라이선스 수익, 사용권 판매, 로열티, 기술이전 및 협약 등으로 막대한 수익 창출