상온 초전도체의 의미와 상온 초전도체의 활용

요즘 상온 초전도체에 대한 관심이 뜨거운데요, 우리나라에서 상온 초전도체를 발명했다고 발표한 후로 며칠동안 뜨거웠던 관심은 네이쳐가 상온 초전도체가 아닌 구리에 의한 성질이었음을 주장하고 나서, 그 진위여부가 모호해졌습니다. 따라서 오늘은 상온 초전도체가 무엇인지, 상온 초전도체가 상용화되면 인간 삶에 어떤 변화를 줄지 알아보려 해요. 

1. 상온 초전도체란?

상온 초전도체는 상온 또는 그 근처에서 약 섭씨 20-30도(화씨 68-86도)의 초전도성을 나타내는 가상의 물질을 일컫는데요, 본래 초전도성은 특정 물질이 극도로 낮은 온도로 냉각되면 모든 전기 저항을 잃고 에너지 손실 없이 전기를 전도할 수 있는 양자 역학 현상입니다. 전통적으로 초전도성은 절대 0도(섭씨 273.15도 또는 화씨 -459.67도)에 가까운 극도로 낮은 온도에서 관찰되었습니다.

상온 초전도체에 대한 연구가 활발한 이유는 상온에서 전기저항이 0일 수만 있다면 효율이 높은 전력 전송, 첨단 의료 장치 및 에너지 저장 시스템과 같은 수많은 기술 발전과 실용적인 응용으로 이어질 수 있기 때문입니다.

2020년, 과학자들은 극도로 높은 압력 하에서 섭씨 약 -70도(화씨 94도)의 기록적인 최고 온도에서 초전도성을 나타내는 황화수소 화합물을 발견했다고 발표를 했었는데요, 이 발표 하나만으로도 전세계 초전도 연구 분야에서는 아주 획기적인 결과라고 할 수 있을만큼 초전도 현상과 온도는 아주 밀접한 연관이 있습니다. 

2. 상온 초전도 현상이 존재한다면 인류의 삶은 어떻게 변화할 것인가 

상온 초전도체가 존재한다면, 다양한 분야에 걸쳐 수많은 잠재적 응용이 가능하게 되며, 인류의 삶에 지대한 영향을 미칠 만큼의 획기적인 과학적 업적이 될 것입니다. 그렇다면 대체 상온 초전도 현상이 인류의 삶에 어떠한 영향을 주길래 모두들 상온 초전도 현상에 관심을 갖는 것일까요?

에너지 전송 혁명: 앞서 말씀드렸다시피 초전도체는 전기 저항이 없습니다. 즉, 최소한의 손실로 전기를 전송할 수 있다는 이야기가 됩니다. 한국 전력에서 발표한 자료에 따르면 2022년 한 해에만 전력을 배송하면서 손실된 전기량이 200억 kwh라고 하는데요, 이를 전기료로 환산했을 때 무려 2조원이 넘는다고 합니다. 인류는 전기 저항으로 인해 소실되는 전력을 줄이기 위해 무던한 노력을 해왔는데 상온 초전도체가 발견된다면 전기 저항이 0이기 때문에 매우 효율적인 송전선을 만들 수 있고, 배전 중 에너지 손실을 줄일 수 있게 되는 것이지요.

고급 교통 수단: 초전도 재료는 자기 부상(자기부상) 열차 및 전기 자동차와 같은 고속, 에너지 효율적인 교통 시스템 개발에 사용될 수 있습니다. 초전도체의 마이스너 효과를 이용한다면 열차를 레일과 접촉하지 않고 공중에 띄워 고속으로 움직도록 할 수 있기 때문에 현재 우리나라에서 가장 빠른 교통수단으로 알려진 KTX보다 더 빠른 시간 내에 원거리 이동이 가능해지는 것이죠. 일본에서는 실제로 시속 600km에 달하는 자기부상 열차를 개발 중인데 서울에서 부산까지 단 40분 만에 갈 수 있는 속도라고 합니다.  

의료 영상: 초전도 자석은 MRI 기계와 같은 의료 기기에 사용됩니다. MRI 촬영을 위해서는 아주 강력한 전자기장을 만들어 내기 위해 초전도 전자석을 이용하는데, 초전도 현상을 유지하기 위해서는 액체 헬륨과 액체 질소가 냉매로 들어있고, 이 초전도 전자석을 위해 365일 냉각을 시켜야 하므로 유지 비용이 매우 많이 듭니다. 만약 상온 초전도체가 발명된다면 냉각을 위해 유지비용을 들일 필요가 없어지고, MRI 촬영을 위한 비용도 놀라울 만큼 감소할 거에요. 

재생 가능 에너지 저장: 초전도체는 에너지 저장 시스템에 혁명을 일으켜 과도한 재생 에너지를 저장하고 필요할 때 효율적으로 방출할 수 있습니다. 빠른 충전과 방전 속도를 제공하며 이는 재성 에너지의 효율적인 저장과 공급을 가능하게 합니다. 

양자 컴퓨팅: 초전도 큐비트는 일부 양자 컴퓨터에 사용됩니다. 상온 초전도체는 양자 컴퓨팅 기술의 확장성과 접근성을 향상시킬 수 있습니다. 초전도체는 전략 소비가 매우 낮고 발열이 없기 때문에 빠른 출력이 가능하고 초전도 메모리는 높은 저장 용량과 빠른 데이터 접근 속도를 제공할 수 있습니다. 

상온 초전도체의 발명은 그 자체 만으로도 우리의 삶을 180도 바꿀 수 있을 만큼 혁신적인 소재이지만 아직 그 진위성이 밝혀지지 않은 만큼 앞으로의 행보를 지켜볼 필요가 있을 것 같아요. 꼭 지금 당장 실현 가능한 기술이 아니더라도 인류의 삶을 향상시킬 수 있는 기술인 만큼 앞으로의 연구가 활발히 진행되었으면 좋겠습니다.