한국 연구진의 ‘상온 초전도체’ 논란.. 2024년엔 성공할까?

영국 과학자들 '올해의 10대 과학뉴스'로 선정

한국 연구진이 상온 초전도체를 개발했다며 발표한 화합물 'LK-99'를 둘러싼 논란이 영국 과학자들이 꼽은 '올해의 10대 과학 뉴스'에 선정됐다.

2023년 7월 25일, 한국의 한 민간 연구회사인 퀀텀에너지연구소는 상온 초전도체 물질인 'LK-99'를 개발했다고 발표했다. LK-99는 납과 인회석, 구리를 합성한 물질로, 섭씨 100도 이상의 온도에서 초전도 현상을 보인다고 밝혔다.

각국 과학자들은 '아카이브'에 관련 논문이 발표되자 검증 작업에 나섰다. 8월까지 이어진 검증 실험에선 논문이 제시한 상온·상압 초전도체가 재현되지 못했고, 현재 과학계는 LK-99가 중요한 초전도 특징을 갖지 못했다는 합의에 이른 상태이다.

상온 초전도체 개발은 1911년 헤르츠와 카우퍼가 저온 초전도체를 발견한 이후 100년이 넘는 세월 동안 과학자들의 꿈이었다. 하지만 초전도 온도가 섭씨 100도 이상인 상온 초전도체는 아직 발견되지 못하고 있다.

한국의 초전도체 'LK-99'가 해결못한 기술적 난관

LK-99의 초전도 온도는 섭씨 100도 이상이지만, 상용화되기 위해서는 아직 해결해야 할 기술적 난관이 있다.

 

첫째, LK-99는 초전도 현상을 보이기 위해서는 압력을 가해야만 한다. 상온에서 압력을 가하지 않고도 초전도 현상을 보이는 물질을 개발해야 상용화가 가능하다.

 

둘째, LK-99는 안정성이 떨어진다는 한계가 있다. 안정성을 확보하기 위한 연구가 필요하다.

퀀텀에너지연구소는 LK-99의 안정성과 상용화를 위한 연구를 계속 진행하고 있다고 밝혔다. 과학계의 검증이 이루어지고, 기술적 난관이 해결된다면, LK-99는 상온 초전도체 상용화의 가능성을 보여주는 중요한 물질이 될 것으로 기대된다.

LK-99의 구조는 납과 인회석의 결정 구조에 구리가 도핑된 형태로 알려져 있다. 납과 인회석은 초전도성이 있는 물질이지만, 구리가 도핑되면 초전도 온도가 높아지는 것으로 알려져 있다. 퀀텀에너지연구소는 LK-99의 구조를 최적화하여 초전도 온도를 더욱 높이는 연구를 진행하고 있다.

초전도체란 어떤 특성을 갖고 있나

초전도체는 전기 저항이 없는 물질로, 전류가 흐르면서도 열이 발생하지 않는 특성을 가지고 있다. 이러한 특성 때문에 초전도체는 다양한 분야에서 혁신적인 기술을 구현할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

초전도체는 크게 두 가지로 분류할 수 있다. 하나는 영하 200도 이하의 극저온에서만 초전도 현상을 보이는 저온 초전도체이고, 다른 하나는 상온에서 초전도 현상을 보이는 상온 초전도체이다.

현재까지 개발된 초전도체는 모두 저온 초전도체이다. 저온 초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 전력 손실을 크게 줄일 수 있다. 따라서 전기 수송과 저장, 전기 기기의 효율 향상 등에 활용될 수 있다. 또한, 자기부상열차, MRI, 핵융합 발전 등 다양한 분야에서도 응용될 수 있다.

상온 초전도체란?

상온 초전도체는 전기 저항이 없는 물질로, 전류가 흐르면서도 열이 발생하지 않는 특성을 가지고 있는 물질이다다. 상온은 일반적으로 25도 정도로, 상온 초전도체는 이 온도에서 초전도 현상을 보이는 물질을 의미한다.

 

상온 초전도체의 잠재적 응용 분야

상온 초전도체는 다양한 분야에서 혁신적인 기술을 구현할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 그 중에서도 특히 다음과 같은 분야에서 상온 초전도체의 사용이 기대된다.

전력 분야

상온 초전도체는 전기 저항이 없기 때문에 전력 손실을 크게 줄일 수 있다. 따라서 전기 수송과 저장, 전기 기기의 효율 향상 등에 활용될 수 있다.

전력 수송

상온 초전도체를 이용한 전력 수송은 기존의 전력 수송 방식에 비해 전력 손실을 획기적으로 줄일 수 있다. 따라서 전력 수송 효율을 높이고, 전력망의 안정성을 향상시킬 수 있다.

전력 저장

상온 초전도체를 이용한 전력 저장은 기존의 전력 저장 방식에 비해 에너지 효율을 높이고, 저장 용량을 크게 늘릴 수 있다. 따라서 전력 수급의 안정성을 높이고, 재생에너지의 활용을 확대하는 데 기여할 수 있다.

전기 기기

상온 초전도체를 이용한 전기 기기는 기존의 전기 기기에 비해 효율이 높고, 소음이 적다. 따라서 전기 기기의 에너지 효율을 높이고, 사용 편리성을 향상시킬 수 있다.

교통 분야

상온 초전도체는 자기부상열차의 핵심 기술인 자기부상 현상을 구현하는 데 활용될 수 있다. 또한, 전기 자동차의 효율 향상에도 기여할 수 있다.

자기부상열차

상온 초전도체를 이용한 자기부상열차는 기존의 자기부상열차에 비해 속도와 효율을 크게 향상시킬 수 있다. 따라서 대도시권의 교통난을 해소하고, 국가 간 교류를 활성화하는 데 기여할 수 있다.

전기 자동차

상온 초전도체를 이용한 전기 자동차는 기존의 전기 자동차에 비해 주행 거리를 늘리고, 충전 시간을 단축할 수 있다. 따라서 전기 자동차의 대중화를 앞당길 수 있다.

의료 분야

상온 초전도체는 MRI의 핵심 기술인 자기장을 만드는 데 활용될 수 있다. 또한, 핵융합 발전의 효율 향상에도 기여할 수 있다.

MRI

상온 초전도체를 이용한 MRI는 기존의 MRI에 비해 해상도를 높일 수 있다. 따라서 질병 진단의 정확도를 높이고, 환자의 불편을 줄일 수 있다.

핵융합 발전

상온 초전도체를 이용한 핵융합 발전은 기존의 핵융합 발전에 비해 효율을 높이고, 안전성을 향상시킬 수 있다. 따라서 핵융합 발전의 상용화를 앞당길 수 있다.

 

이외에도 상온 초전도체는 다음과 같은 분야에서 활용될 수 있습니다.

에너지 분야:

태양광 발전, 풍력 발전 등 재생에너지의 효율 향상

산업 분야:

초고속 통신, 반도체 제조, 우주 항공 등

생활 분야:

가전제품, 전자제품, 로봇 등

상온 초전도체의 상용화가 이루어진다면, 전력, 교통, 의료, 에너지, 산업, 생활 등 다양한 분야에서 혁신적인 변화를 가져올 것으로 보인다.