경제효과 최대 5800조···‘상온 초전도체’ 꿈의 기술? 신기루?

요즘 전세계 과학계는 물론 증권가까지 뒤흔들어 놓은 사건이 하나 있습니다. 바로 상온상압 초전도체인데요. 우리나라 과학자가 개발했다는 이 초전도체의 진위여부를 놓고 논란이 불거지고 있는데요. 이런 논란에 앞서 초전도체에 대해 알아야할 5가지를 살펴보겠습니다.

 

첫 번째 질문. ‘천공의 성 라퓨타’ ‘아바타’의 공통점을 아시나요?

 

‘천공의 성 라퓨타’는 이웃집 토토로, 바람계곡의 나우시카로 우리에게도 유명한 미야자키 하야오 감독의 애니메이션이고 아바타는 제임스 카메론 감독이 만든 역대 흥행순위 1위의 영화죠. 그런데 애니와 영화에는 공통적으로 등장하는 것이 있습니다. 바로 초전도체. 천공의 성 라퓨타에서는 초전도체로 만들어진 ‘비행석’ 목걸이를 빼앗으려는 악당과 이를 지키려는 소년·소녀의 모험이 주요 줄거리인데요. 이 신비한 목걸이는 하늘을 날아다니는 성인 라퓨타에서 만들어졌지만 결국 멸망했다는 슬픈 스토리를 담고 있죠. 사실 라퓨타는 영국의 작가 조너선 스위프트의 ‘걸리버여행기’에도 등장합니다. 우리가 잘아는 소인국, 거인국 이외에 라퓨타와 후이늠이 더 있는데요. 얘기가 길어지니 패스하고요.

 

영화 ‘아바타’는 서기 2154년 지구의 에너지 고갈 문제를 해결하기 위해 판도라라는 행성의 자원을 착취하는 이야기를 담고 있죠. 그런데 판도라 행성에 사는 나비족의 서식지가 기억나시나요? 산인데 하늘을 날고 있잖아요. 마치 라퓨타처럼 말이죠.

 

물론 라퓨타나 아바타는 현실이 아닌 상상에 불과할지도 모릅니다. 하늘을 나는 목걸이나 섬, 산이 있을 리가 없잖아요. 하지만 과학자들의 생각은 다르더라고요. 자기부상열차라고 아시죠. 우리나라에서는 1993년 대전엑스포에서 처음 선보였는데요. 저도 이 때 이걸 타고 매우 신기하다고 생각했거든요. 그 무거운 열차가 철로와 맞닿은 것이 아니라 떠서 간다니···. 물론 겨우 몇cm 뜨는 수준이었지만 마찰저항이 사라져 빠르고 에너지도 절감할 수 있었거든요. 그래서 우리나라 기차와 지하철이 이런 자기부상열차로 다 바뀌지 않을까하는 생각도 했었습니다.

 

아마 많은 분들이 그런 생각을 했을텐데요. 그런데 자기부상열차를 최근에 보신 적 있으신가요? 아마 없을 것입니다. 지금 대전국립중앙박물관에만 있거든요. 그런데 지난해 당근마켓에 자기부상열차가 올라왔다는 황당한 이야기도 있었습니다. 물론 해프닝으로 끝났지만요.

 

두 번째 질문. 자기부상열차가 사라진 이유가 뭘까요?

 

기차를 뜨게 하려면 초전도 현상을 이용해야 하거든요. 초전도 자석과 도체로 이뤄진 선로 사이에 전자기 유도현상에 따라 강한 자기장이 생기면 양측을 밀어내게 돼 기차가 달릴 수 있다고 합니다. 그런데 이런 초전도 현상을 일으키기 위한 조건이 매우 까다롭거든요.

 

과학적인 이야기라 아주 간단하게만 설명하겠습니다. 더 궁금하신 내용은 과학 관련 커뮤니티를 참조해주시고요. 발전소에서 생산된 전기가 우리 가정에 100% 전달되지 않는다는 사실은 다들 아실 것입니다. 전기저항 때문에 손실이 매우 크잖아요.

 

그런데 이런 전기저항이 완전히 사라지게 할 수 있다고 합니다. 1911년 네덜란드의 물리학자 카메를링 오네스가 금속 수은이 절대온도 4.2K, 즉 –269℃에서 전기저항이 0인 초전도체가 되는 현상을 발견한 것이죠. 즉 금속을 영하 269도로만 만들 수 있으면 손실없이 전기를 보내는 것이 가능한데 이게 쉬울까요?

 

지금 같이 영상 35도를 넘나드는 환경에서 영하 269도라니 말이 안되죠. 물론 이보다 낮은 온도에서도 초전도 현상을 일으킬 수 있다고는 하지만 그래도 평상시 기온보다는 훨씬 낮아야 하죠. 더 큰 문제가 엄청난 압력을 줘야 한다는데요. 2019년에는 영하 23도에서 초전도성을 나타내는 물질이 발견했습니다. 그런데 그 물질이 초전도성을 가지려면 어느 정도 압력이 필요할까요? 무려 대기압의 약 170만배. 이 정도면 모든 물질이 순간 사라지지 않을까요?

 

그래서 초전도현상을 이용하는 자기부상열차는 액체질소나 액체 헬륨 냉각시스템의 도움을 받아야한다는데 비용도 만만치 않고요. 그래서 널리 보급되지 않았던 것입니다.

 

이 때문에 초전도 현상을 이용하는 기계로 우리에게 익숙한 것이 MRI가 거의 유일하다시피 합니다. 건강검진 등을 할 때 이용하는 MRI가 바로 초전도체를 이용해 전자석에서 전류가 저항 없이 흘러 강력한 자기장을 만들 수 있기 때문이라고 하는데요. 액체질소 등을 이용해 초전도를 일으키기 때문에 가격이 비싸다고 합니다.

 

그런데 만일 온도를 크게 낮추지 않고 압력도 많이 높이지 않아도 초전도 현상을 만들 수 있다면 어떨까요? 그야말로 대박이겠죠. 100년 넘도록 초전도 현상을 연구해온 과학계에 혁명이 일어난다는 거죠. 특히 상용화가 쉽지 않은 초전도 연구를 가지고도 이미 총 8명의 과학자에게 5번에 걸쳐 노벨 물리학상의 영예를 안겼거든요. 그런데 손쉽게 초전도 현상을 만들어낸다면 노벨상을 따논 당상이라는 이야기입니다.

 

세 번째 질문. 우리나라 연구진이 만들었다는 초전도체는?

 

우리나라가 드디어 노벨과학상을 탈 수 있다는 뉴스가 최근 쏟아지고 있습니다. 액체질소나 액체 헬륨 아니면 170만 기압이 없이도 초전도 현상을 만들 수 있다는 주장이 제기됐는데요. 특히 우리 평상시 온도인 상온, 그리고 현재 지구 대기압은 상압에서도 초전도 현상을 일으킬 수 있다는 거죠.

 

주인공은 국내 민간연구회사인 퀀텀에너지연구소 이석배 대표와 권영완 고려대 연구교수, 한양대 오근호 명예교수 등인데요. 이들은 지난달 22일 논문 사전공개 사이트인 ‘아카이브’에 관련 논문을 올려 전세계 과학계를 발칵 뒤집어 놓았습니다. 해외 주요 외신은 물론이고 소셜미디어(SNS)를 통해 일반인들도 이번 연구의 실체를 두고 갑론을박을 펼치고 있고요. 특히 우리나라 과학 마니아들에게도 화제가 되면 관련 밈이 쏟아지고 있는데요.

 

과학 온라인 커뮤니티에는 “(초전도체) 애국가 몇 절에 넣지?”라며 TV 애국가 화면에 초전도체 모습을 합성한 듯한 사진을 올라오기도 했고 논문의 제1저자인 이 대표가 고려대 출신이라는 점에서 착안해 ‘하버드보다 고려대’라는 이야기도 쏟아지고 있습니다. 연구를 이끈 이석배 대표를 ‘석배형’이라며 대통령으로 만들어야 한다는 주장도 제기되고 있고요.

 

이에 관련주도 일제히 상승하고 있는데요. 초전도체 관련주로 꼽히는 서남은 이틀 연속 상한가. 모비스, 고려제강도 비슷하고요.

 

그런데 과연 이렇게 밈을 만들 정도, 관련주가 급등할 정도의 발명일까요? 일단 초전도체를 만드는 방법은 논문에 설명돼 있습니다. 구리와 납을 이용해 새로운 형태의 분자 구조를 가진 물질을 만들어야 한다고 하는데요. 연구진은 LK-99의 탄생이 20년 동안 1000회 이상의 실험을 반복한 결과라고 주장합니다.

 

만일 이 주장이 사실이라면 과학계가 정말 뒤집어질 수 있다고 합니다. 산업혁명에 버금가는 과학혁명이 한국에서 일어난다는 거죠. 왜냐면 앞서 설명한데로 전력손실을 획기적으로 줄이고 자기부상열차도 손쉽게 띄울 수 있습니다. 천공의 섬 라퓨타나 아바타에서 본 것처럼 하늘에 떠있는 섬을 만들 수도 있죠. 그래서 이미 온라인에는 한강공원 세빛섬이 하늘에 떠있는 ‘세빛둥둥섬’이 등장하기도 했죠.

 

더 나아가 양자컴퓨터, 핵융합발전, 무한동력도 가능하다고 합니다.

네 번째 질문, 사실이라면 경제적 효과는?

이미 경제적 효과를 분석한 자료도 있는데요. 캐나다 출신의 핵융합 연구자이자 과학 인플루언서인 앤드루 코트는 LK-99의 검증 결과에 따라 세계 경제가 세가지 길 중 하나로 갈 수 있다고 주장하는데요.

 

첫 번째 시나리오인 낮은 전자기장·낮은 전류의 경우 LK-99의 유용성은 휴대폰, 전자 센서 등으로 제한되지만 예상되는 경제 가치는 약 1조5000억달러(약 1943조원). 두 번째 시나리오인 낮은 전자기장·높은 전류의 경우 송전 산업 등 전력 공급의 인프라를 한 차원 높일 수 있어 예상 경제 효과는 최대 2조달러(약 2591조원)에 달합니다. 높은 전자기장·높은 전류의 세 번째 시나리오 경우 LK-99는 전기로 작동하는 모든 산업을 변화시킬 잠재력이 있기 때문에 최대 4조5000억달러(약 5830조원)의 경제효과를 창출할 것이라고 하는데요.

 

정말 이 시나리오대로라면 우리나라가 당장 일본·독일도 제끼고 미국·중국과 맞짱 뜰 수 있지 않을까요?

 

물론 아직 학계의 검증이 필요한 상황입니다. 국내 연구진이 논문을 올린 아카이브는 동료 평가를 거치지 않은 논문을 빠르게 공개하기 위한 곳으로 누구나 쉽게 게재할 수 있다는 점에서 의혹을 제기하고 하고요. 그리고 상온·상압 초전도체는 2020년 미국 로체스터대의 랑가 다이어스 교수가 국제 학술지 ‘네이처’에 다이아몬드 사이에 탄소와 황, 수소로 만든 물질을 두고 고압을 걸어줬더니 섭씨 15도에서 전기 저항이 사라졌다“고 주장해 세계적인 주목을 받았지만 결국 논문이 철회되기도 했거든요, 결론에 맞추기 위해 실험 데이터를 손 봤다는 의혹인데요. 여기서 황우석 교수의 논문조작이 연상되죠.

 

물론 이번 연구가 그렇다는 이야기는 결코 아닙니다. 이미 여러 연구기관에서 검증에 나섰는데요. 놀랍게도 미국 로렌스버클리국립연구소 연구진은 논문 내용을 시뮬레이션한 결과, LK-99가 상온에서 초전도성을 나타낼 수 있다고 평가했습니다. 또 중국 화중과학기술대 연구팀은 실제로 실험을 진행했더니, LK-99가 자기장에서 공중에 뜨는 데 성공했다고 주장했습니다.

다섯 번째. 사실이 아닐 수도 있을까?

물론 부정적인 의견도 있습니다. 일단 만드는 방법이 이미 공개돼 있는데 생각보다 간단합니다.

 

• 1. 산화납과 황산납을 섞은 뒤 725도에서 24시간 가열해 황산화납을 만든다.
• 2. 구리와 인을 섞어 550도에서 48시간 가열해 인화구리를 만든다.
• 3. 황산화납과 인화구리를 1대 1로 섞은 뒤 고진공 상태의 체임버에서 925도로 구우면 완성.

 

물론 실제로 이렇게 간단하지는 않지만 어느 정도 장비를 갖춘 연구실이라면 뚝딱 만들 수 있을 정도라고 합니다. 그래서 과학잡지 사이언스는 ‘아마추어 같다’고 평가하기도 했죠.

 

여기에 중국 베이징 소재 베이항대 연구진은 전날 아카이브에 LK-99는 상온에서 전기 저항이 ‘0’이 아니었고, 자기부상 현상도 관찰되지 않았다고 밝혔는데요. 인도 국립물리연구소 연구진 역시 아카이브를 통해 “상온에서 초전도성이 나타나지 않았다”고 주장했고요.

 

여기에 공개된 사진에서 보면 완전 부상이 아니라 한쪽 면이 닿아있거든요. 그래서 초전도현상을 일으키는 것이 석배형이 주장하는 ‘LK-99’가 아니라 다른 물질일지도 모른다는 지적도 나옵니다.

 

일단 과학계에서는 완전한 검증에는 길어야 일주일정도의 시간이면 된다고 합니다. 과연 과학사의 혁명일까요? 아니면 한여름밤의 꿈일까요?

 

그런데 이런 생각도 듭니다. 기초과학분야에서 노벨상 받은 사람이 한명도 없는 한국이 이렇게 세계적인 주목을 받았던 적이 있었을까요? 제발 꿈이라면 깨지 않길 바랍니다.

 

한가지 더. 우리 과학자들은 이렇게 노력하고 있는데 현 정부가 과연 도움을 줬을까요? 국내 과학기술단체를 육성·지원하는 한국과학기술총단체연합회의 내년 국고보조금이 70%나 삭감돼다고 합니다. 50만명 이상의 국내외 과학기술자들이 참여하고 있는 단체인데 시민단체처럼 보조금을 줄이겠다는 건데요. 과학을 그렇게 외치던 정부가 왜 이러는 지 모르겠네요.

 

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