SF / 과학 포럼
SF 작품의 가능성은 어떻게 펼쳐질 수 있을까요? 그리고 어떤 상상의 이야기가 가능할까요?
SF에 대한 가벼운 흥미거리에서부터 새로운 창작을 위한 아이디어에 이르기까지...
여기는 과학 소식이나 정보를 소개하고, SF 속의 아이디어나 이론에 대한 의견을 나누며, 상상의 꿈을 키워나가는 곳입니다.
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에너지혁명과 관련해 아래 댓글에서 표도기님이 기술분야의 후폭풍에 대해 적으셨더라구요.
토카막에 들어가는 기술만 봐도 장난이 아니죠. 섭씨1억도 초고온을 유지시켜야 하고 초전도체 코일로 플라즈마 이온을 가둔다는 SF영화급의 기술이니까요. 그런 면에서 말씀해주신 부분은 좋은 지적입니다. 에너지의 혁명은 곧 기술의 혁명이고 사회에 더 큰 파장을 던지는 건 에너지 자체보다는 거기 수반되는 기술이죠. 그럼 당연히 관심이 가는 부분은 차세대 에너지원에 수반될 기술은 어떤 것일까 하는 점이겠죠.
안정적인 차세대 에너지원의 특징은 전기입니다.
헬륨3이 됐건 중수소핵융합이 됐건, 태양에너지가 됐건 그 원천에 상관없이 바로 전기 에너지의 형태로 바꿔 활용하게 된다는 점입니다.
전기의 특징은 뭘까요? -> "저장하기 어렵지만 수송하기 편하다"
지금은 석유 퍼내서 수송하는데 막대한 노력이 듭니다. 대신 일단 가져다가 저장해놓으면 몇백년 흘러도 다시 꺼내 쓸 수 있죠.
하지만 차세대 에너지원은 저장비용이 생산비용을 초과합니다.
현재의 에너지원인 석유의 < 생산비용 / 운송비용 / 저장비용 >이 각각 <상 / 상 / 하> 라면 차세대 에너지원은 < 상 / 하 / 상 >의 구조입니다.
따라서 on-demand의 형태로 체제가 전환될 가능성이 높습니다.
예를 들어 고정 항로를 운항하는 상업용 선박 같은 경우 지금은 중유를 엄청 싣고 다니는데
차세대에는 그냥 항로 인근 등대에서 빔으로 쏴주면 됩니다. 그 빔을 받아서 모터를 돌리면 되니 동력실이 엄청나게 작아지고 그만큼
짐을 더 실을 수 있게 됩니다. 자동차도 마찬가집니다. 지금은 전기차들이 무거운 배터리를 싣고다니지만 내연기관이 완전히 퇴출되면
핸드폰 기지국처럼 기지국에서 에너지를 그때 그때 받아서 운행하게 될 가능성이 높죠. 그런 시기가 오면 < 오프로드 - 즉,
길이 아닌 곳에서도 달릴 수 있다는 것 >의 개념이 완전히 새로워질 거구요.
설비의 규모라는 측면에서 핵융합은 석탄이나 석유 못지않게 중후장대합니다.
티끌만큼도 안되는 원료를 걸러내기 위해 어마어마한 양의 바닷물을 화학처리해야 하고,
그렇지 않으면 달에 가서 아주 티끌만큼 함유되어있는 원료를 추출하기 위해 산더미같은 바위와 흙을 부숴서 걸러내야 해요.
그렇게 채굴한 원료를 실어날라다가 각각의 소비처에서 에너지로 전환하는 방법도 불가능한 건 아니지만 비효율적이죠.
그냥 그 자리에서 전기로 만들어 쏴주는 게 속편합니다.
그리고 핵융합로를 여기저기 마구 싣고다닐 수 없는 아주 중요한 다른 이유가 있어요.
핵융합로는 원자로와 마찬가지로 "한번 켜면 끌 수 없다"는 문제가 있습니다.
태양을 껐다가 다시 켠다는 얘기 못들어보셨죠? (음.. 생각해보니 그런 영화가 있긴 하군요.)
섭씨 1억도 초고온을 일단 달성하고 나면 그 뒤에는 자체적인 핵융합에너지로 그 온도를 유지합니다.
처음 시동 걸 때 무지막지한 에너지가 들고, 그걸 일단 한번 끄면 다시 켜는데 피눈물 쏟아야 합니다.
따라서, 몇군데 거점에 거대한 설비를 지어놓고 에너지를 필요한 곳에 쏴주는 게 합리적이죠.
이는 곧 인류사회가 유래없는 에너지 중앙집중을 경험하게 될 가능성이 있다는 뜻입니다.
궁극적으로는 인터넷 서버 관리하듯, 에너지를 통제하는 시대가 오게 될 수도 있습니다.
만약 테러범들이 차타고 도망가잖아요? 현대의 경찰들은 도망치는 그 차를 멈출 방법이 없습니다.
왜냐면 각각의 차는 < 독립적인 에너지원을 갖고 있는 자립적인 구동기관 >이니까요.
하지만, 위에 적은 것처럼 에너지의 중앙집권화가 이뤄진 사회에선 간단합니다. 그냥 그 차만 에너지를 끊으면 꼼짝도 못하게 되죠.
지금은 뭐든 통합하려면 복잡하고 까다롭습니다.
하지만 단일 에너지원을 사용하는 사회에선 모든 통합이 간단해집니다.
예를 들어 스마트폰과 자동차와 집과 직장이 하나의 운영체제로 돌아갈 수도 있습니다.
안방 전깃불 끄고 현관문 잠글때 그냥 스마트폰 꺼내서 탁탁 누르면 되는 거죠.
비싼 고급 주택이나 첨단 빌딩은 이미 그런 기능이 있지만
중요한 건 그게 누구에게나 가능해진다는 겁니다.
또 다른 측면은 '에너지 단위의 통합'입니다.
에너지의 단위가 하나로 통합되고, 그 소비를 정확히 계량, 추적할 수 있게 되죠.
지금은 "내가 오늘 하루 동안 도시가스 3입방미터와 개솔린 2리터와 전기 3메가와트를 썼구나"라고 생각하는 사람 없죠?
전술한 세상에선 내가 에너지를 얼마나 썼나 정확히 말할 수 있게 됩니다.
이는, 개인뿐 아니라 사회도 마찬가지입니다.
그리고 이 에너지의 흐름이 곧 통화의 흐름과 맞먹는 중요성을 갖게 되리란 점은 자명한 일이에요.
지금은 경기 흐름을 파악하기 위해 석유소비량을 따지죠?
하지만 석유소비는 실시간도 아닐 뿐더러, 비축이 가능하므로 지표로는 한계가 있습니다.
전기시대엔 그런 거 얄짤 없습니다. 민간 전력소비 10% 증가? 그럼 경제 활동도 그만큼 증가한 겁니다. (아님 날씨가 추워졌거나..)
효율성에 대한 얘기도 지겹게 듣게 되겠죠.
에너지소비를 정확히 계량한다는 건 비효율적인 곳이 어딘지 찾아내기도 쉽다는 뜻이니까요.
그런가하면 에너지통합은 또 다른 위기를 불러옵니다.
중앙집중은 충격에 약하죠.
예를 들어 달에 건설해놓은 거대한 에너지 설비에 운석이 떨어진다면?
혹은 동해안에 건설해놓은 커다란 핵융합 발전소가 관리인의 실수로 1분쯤 정지된다면 엄청난 파국이 찾아옵니다.
인류가 품종개량으로 먹거리를 단순화시킨 결과 광우병같은 질병에 취약해진 것과 마찬가지입니다.
국제역학 측면에서는 해양지배의 의미가 퇴색하게 될 겁니다.
현재 미군은 에너지의 안정적인 확보를 위해 엄청난 정력을 쏟아붓고 있고 그 핵심은 해군입니다. 해상수송이 곧 생명선이니까요.
그런데 당장 내일이라도 석유가 퇴출되면 미군은 인도양에서 철수해도 돼요. 자국 연안에서 에너지를 생산할 수 있게 되고
에너지 문제는 자본과 기술의 문제가 됩니다. 지금처럼 지정학적인 문제가 아니란 뜻이죠.
누가 더 큰 자본과 우월한 기술력을 투입할 수 있느냐가 관건이고 후진국이나 개발도상국들에게 절망적인 상황이 됩니다.
여전히 해상수송은 중요하겠지만 대양해군의 존재의의는 많이 퇴색하게 될 겁니다.
대양해군이 활약한 시대는 식민지 자원에 대한 의존이 높았던 시대니까요.
마지막으로...
에너지 온 디맨드의 시대는, 한국과 같은 작은 나라에게 엄청난 기회가 될 수 있습니다.
왜냐구요? 그 이유는 각자 찾아보시길.
^^
참 재미있는 이야기로군요. 말씀하신대로 수소에서 단순한 화학적 반응(촉매 반응이나 산화 반응)으로 헬륨이 발생한다면 정말로 좋겠습니다. 왜냐하면, 그것은 곧 '핵융합'을 말하는 것이기 때문입니다. 그리고 그것은 인류의 에너지 체계를 완전히 바꾸어 놓을 수 있습니다. 말 그대로 에너지 혁명입니다.
왜 그런가? 위에 폭주 고양이님께서 링크해주신 글에서 적어 두었지만, 핵융합은 엄청난 에너지를 발생하기 때문입니다.
수소가 헬륨이 될때, 질량 결손으로 발생하는 에너지는 상상을 초월합니다. 수소에서 헬륨이 될 때 대략 0.7% 정도 질량이 줄어듭니다. 수소 1kg를 태워서 헬륨으로 바꾼다면 대략 7g 정도의 질량이 줄어드는데 이때 발생하는 에너지는 약 60경 줄. TNT로 환산하면, 거의 170메가톤 정도에 이릅니다.
수소 1kg이 너무 많다고 생각한다면, 1g만 태워도 좋습니다. 그래도 600조줄 정도의 에너지가 발생하니 충분하고도 남습니다. 전기 에너지로 환산하면 600조 와트.(600테라와트)
참고로 우리나라의 전력 소비량은 70테라와트 정도이니, 수소 1g을 태워서 헬륨으로 바꿀 수 있다면 국내 전체의 전기를 10초 정도 해결할 수 있습니다. 그런데 연료 전지에서 그만한 동력이 나오나요?
자연 상태에서 수소가 우연히 핵융합을 일으켜 헬륨으로 변화할 가능성은 없지 않습니다. 연료 전지 내부에서도 그런 일은 충분히 존재할 수 있겠지요. 다만, 그 양은 매우 미비한 정도로서 거의 의미가 없다고 해도 과언이 아닙니다.
상온 핵융합 실험을 할 때도 마찬가지입니다. 우연히 수소에서 헬륨이 발생할 수도 있습니다. 이를테면 0.00000000001g 정도의 헬륨이 생겨날 수도 있겠지요. 하지만, 이 정도의 핵융합으로는 아무런 도움이 되지 않습니다. 그래서 상온핵융합 실험에서 얻는 에너지량은 우리가 핵융합 발전 기술에서 기대하는 양과는 비교가 안 될 정도로 작습니다. 거의 무한히 0에 가깝다....라고 해도 될 정도로.
상온 핵융합에서 큰 에너지를 얻는 것은 불가능합니다. 아래에 나온 얘기도 있지만 "물리 법칙을 위배하는 것이며 연금술의 영역이기 때문"입니다. 만일 그 물리법칙을 어기는 것이 성립한다면, 그것을 입증해야 합니다. 이제껏 많은 상온핵융합 연구자들이 "조만간 실용화 할 수 있다."라고 주장했습니다. 하지만, 그들 중 성공한 이는 없습니다. 기다릴 것 없이 아래에서 이야기한 상온 핵융합도 결국 마찬가지 결과를 낳을 것입니다.
아마 그들 자신도 알고 있을지도 모릅니다. 그런데 왜 그들은 상온 핵융합의 실용화를 장담하는 것일까요? 그래야만 그들이 얻는게 있기 때문입니다.
일전에 서울 지하철에서 지하철이 달릴 때 발생하는 바람으로 발전기를 돌리는 시스템을 도입할 뻔 한 일이 있습니다. 결국 과학계의 반대로 무산되었지만, 만일 그렇게 했다면 그 기술을 개발한 사람은 엄청난 돈을 벌었을 것입니다. 수많은 이가 영구 동력이나 제로 에너지, 상온 핵융합 등에 현혹되어 투자를 합니다. '투자'이므로 실패하더라도 뭐라고 할 수 없는거죠. 돈을 빌려준게 아니니... 간단히 말해서 "사기"입니다.
아래에서 '기다려 보자.'라고 하셨는데 그럴 필요 없습니다. 그들이 제시한 내용에서는 물리 법칙을 극복할 수 있는 가능성이 보이지 않으며, 상온 핵융합이 성공했다는 그 어떤 근거도 없습니다. 근거 없는 이론으로 발명품이 나올 수는 없지요.
좋은 사람들에게 많이 배웠으나 머리가 나빠 많은 걸 기억하진 못하지만 지난 여름에 들었던 석유 시대의 종말에 관한 수업이 떠올라서 리플을 남깁니다.
그 수업의 내용을 간단하게 말하면 석유및 화석 에너지는 점차 고갈 되어가니 그것을 대체할 재생 에너지의 개발에 치중하자는 내용이였어요. 거기서 가장 인상 깊었던 내용은 바로 작은 규모의 발전소들이였습니다.
수력이든 풍력이든 지열이든 폐열이든 핵융합이든 발전소의 규모가 작더군요. 한 마을이나 하나의 공동체가 사용 가능한 규모의 발전소를 만들고 그 에너지를 최대한 이용하는 것이 그 수업의 내용이였습니다.
그에 대한 예로 독일의 한 공동체를 소개하기도 하고 석유 고갈에 대한 두가지 예로 북한과 쿠바를 예로 들기도 했습니다.
아무튼 저 개인적으로는 핵융햡 발전이 제가 살아 있는 동안 이루어 질지는 의문입니다. 그러나 만약 핵융합 발전이 이루어진다면 아마 말씀 하신대로 그런 에너지는 통합되고 집중되고 권력화 되겠죠. 그것은 비싸고 어렵고 대단위일테니까요.
그 수업에서 들었던 내용중 가장 인상깊었던 것이 바로 그것입니다. 기존의 화력이나 수력,원자력의 대규모 발전이 아닌 소규모의 발전은 그런 에너지의 통합과 집중과 권력화를 없에버릴 것이라는 점이였어요. 어떤 점에서 그것은 국가나 지배층의 권력을 약화시키는 것이고 좀더 친숙하게 인간과 자연을 하나로 엮어주는 것이 될것이라는 게 그 수업의 전망이였습니다.
...어째서 안나오나 싶었지만.
기대를 저버리지 않고 나오는군요.
상온 핵융합로를 이번 1월에 발견했다고 발표한 이탈리아 과학자들이 있습니다.
몇일전에 전 그 기사를 반쯤은 캐쥬얼한 과학 포럼에서 읽었죠. 그리고 그 포럼의 견해는 이렇습니다.
[... physicists Andrea Rossi and Sergio Focardi of Italy's University of Bologna have unveiled their supposed massive breakthrough. They don't just claim to have figured out how to make a cold fusion reactor, the actually say that they have built one and already tested it, with lots of new reactors ready to ship within the next few months.]
물리학자인 안드레아 로시와 셀지오 포칼디는 자신들이 상온 핵융합에 관련된 엄청난 발견을 했다고 발표했다. 그들은 자신들이 단순히 상온 핵융합을 어떻게 "하는지" 를 아는게 아닌, 자신들은 이미 상온 핵융합로를 완성하였고 몇개월 내에 상품화된 리엑터들을 판매할 수 있을거라고 말했다.
[... They say the reactor takes in nickel and hydrogen, and then it produces copper and tons of energy, all at room temperature. But they admit they don't know how any of that is going on, and there's a ton of theoretical work that says reactions don't work in the way the pair have described]
그들은 리엑터는 상온에서 니켈과 수소를 연료로 사용해 결과물로 구리와 에너지를 낸다고 주장했다. 하지만 그들은 스스로 그들의 리엑터가 어떻게 그렇게 작동되는지는 알지 못한다고 했다. 그리고 지금까지의 연구는 그런 프로세스자체가 존재할 수 없다고 판단하고 있다.
물론 모든 과학은 반증될때까지 존중은 해줘야되고, 그런고로 이 두사람이 엄청난 발견을 했을 수 도 있습니다.
하지만 많은 유명한 과학자/기관들의 생각은 다릅니다. 밑은 EU 특허기관이 두 과학자의 특허 신청을 거절하며
한 기자회견의 일부분입니다.
"As the invention seems, at least at first, to offend against the generally accepted laws of physics and established theories, the disclosure should be detailed enough to prove to a skilled person conversant with mainstream science and technology that the invention is indeed feasible. … In the present case, the invention does not provide experimental evidence (nor any firm theoretical basis) which would enable the skilled person to assess the viability of the invention. The description is essentially based on general statement and speculations which are not apt to provide a clear and exhaustive technical teaching."
"이 발명품은 최소한 지금까지 우리가 일반적으로 받아드리고 있는 물리적 법칙을 위배하고 있다. 만약 (특허를 받을려면) 발명품은 충분한 디테일을 가져, 그쪽의 필드에서 연구하는 과학자나 엔지니어들이 이 발명이 정말로 가능한지 증명할 수 있어야된다. 하지만 지금의 케이스에선 이 발명품은 실험적 결과가 없을 뿐더러 이론적인 백업또한 존재하지 않아, 이 증명을 불가능하게 한다. 그들의 설명은 단순한 성명과 추론에 지나지 않으며 정확하고 명확한 설명을 하지 않는다."
발명 "했을수도" 있지요. 하지만 현제 이 두 사람은 현대 물리학계에선 '상대할 가치가 없는' 두 사람으로 찍히고 있습니다. (하지만 만약 이들이 정말 상온 핵융합을 발명했다면 누가 절 그들을 놀렸다고 비웃어도 좋을것 같습니다. 그만큼 큰 발명을 한거니까요. 물론 그럴일은 없을거라고 봅니다만)
아, 그리고 묘오님이 링크하신 그 글은 Journal of Nuclear Physics라고 하여, 그 두 과학자들이 자신의 상온 핵융합로에 대한 논문을 올리기 위해 스스로 창간한, 즉 Submitted된 논문이 그 과학자들 것 밖에 없는 그런 저널입니다. 그런 저널에 신뢰성은 존재하지 않죠.
전기 에너지의 이점은 여러가지가 있지만, 무엇보다도 '변환이 쉽다.'라는 것도 빼놓을 수 없을 것입니다. 전기는 운동 에너지, 빛 에너지, 열 에너지 등 여러가지 종류의 다른 에너지로 변환할 수 있습니다. 게다가 필요한 만큼을 필요할 때 쓰는 기술에서도 여러가지 이점을 갖고 있습니다. 게다가 필요한 만큼 나누어 쓸 수 있다는 것도 좋지요. 가령 원자력 잠수함에서는 전기를 만들어서 그 중 일부를 항해에 이용하고 나머지는 여러가지 다른 용도로 쓰고 있습니다.
그런만큼, 미래 세계에서 에너지의 중심은 결국 전기가 되리라는 것은 부정할 수 없겠군요. 하지만, 원격 전송이 완벽한가라고 라면 조금 생각해 봐야 할 것입니다. 아무래도 공기 중에서는 전기를 원격으로 보낼때 손실을 무시할 수 없습니다. 전파로 변환하고 보낸다음 그 전파를 받아서 다시 전기로 바꾸는 과정에서 들어가는 손실이 있으니까요. 게다가, 날씨의 영향도 받게 마련입니다. 날이 흐르면 그만큼 전파의 송신 효율이 떨어집니다...
휴대 전화 같은 소용량의 장치라면 모를까 항해용의 함선 등은 내부에서 동력을 갖는 형태가 될 수 밖에 없다고 생각합니다. 자동차도 역시 마찬가지일 것입니다. 노상전차처럼 도로에서 전기를 얻는 방식이라면 모르겠지만, 결국 동력을 내장하고 달리는 것이 자연스러울 것입니다.
이를 위해서는 전기 에너지를 효율적으로 저장하는 기술이 필요합니다. 현재의 축전지는 여러가지 단점이 있습니다. 가령 축전지의 에너지를 100% 다 이용할 수 없다는 것도 문제입니다. 전압이 어느 정도 이하로 떨어지면 아무리 내부에 에너지가 있어도 작동하지 않습니다. 무게가 무겁다는 것도 무시할 수 없군요. 휘발유 자동차나 수소 자동차는 달리는 만큼 연료가 줄어서 중량이 가벼워지게 되지만, 전기 자동차의 배터리 무게는 줄어들지 않습니다.
또 하나, 전기를 보관하는 과정에서 시간이 걸리는 것도 무시할 수 없습니다. 휘발유나 수소와 달리 전기를 충전하는 과정은 상당히 시간이 걸립니다. 이에 대한 해결책으로서 배터리를 통채로 교환하는 방식이 제시되었지만, 여기에도 여러가지 번거로운 점이 있습니다.
이러한 문제 때문에 원격 송전이라는 기술이 탄생하고 등장하고 있지만, 앞서 말했듯 원격 전송에는 제약이 있습니다.
또 하나의 문제는 전기만으로는 해결할 수 없는 문제도 있다는 것입니다. 가령 제트항공기는 전기만으로 작동할 수 없습니다. 운동 에너지가 아니라 추진제를 연소하여 이를 뒤로 내뿜는 반작용으로 앞으로 날아가는 방식이니까요. 전기로는 프로펠러기만 작동할 수 있는데, 프로펠러기는 속도의 제한이 있습니다...
이렇듯 에너지의 변화에는 여러가지 고민이 필요하며, 이를 극복할 수 있는 노력이 요구됩니다. 하지만, 우리가 어떤 식으로 해야 할지 알게 된다면 결국 충분히 해결할 수 있는 문제라 생각합니다. 생각해 보면, 처음 충전 기술이 나왔을때에 비해 현재의 충전기 기술은 압도적으로 뛰어나니까요.
여담) 전기를 저장하는 기술에는 화학식의 충전기 이외에도 여러가지 방식이 있습니다. 전기로 수소를 생산하여 연료 전기에 채워 넣는 것도 한가지 방법이 될 수 있겠지만, 가장 기대할만한 것은 초전도체를 이용하여 보관하는 방식입니다. 초전도체에 전기를 흘리면 손실이 일어나지 않습니다. 초전도체로 고리를 만들고 여기에 전기를 넣으면 이론적으로는 영원히 보관할 수 있습니다. 물론, 이러한 기술 역시 많은 연구와 노력이 필요하겠지요.
가령, 원격송전이 먼저 개발되느냐, 또는 차세대 배터리 기술이 먼저 개발되느냐에 따라 미래는 완전히 달라지겠지요.
혹은, 송전기술이나 차세대 배터리 개발이 늦어진다면 그 전에 수소경제로 전환이 이뤄질 수도 있을 겁니다. 에너지 생산거점에서 그 에너지를 투입해 수소를 생산, 현재의 석유운송 인프라를 전용해 필요한 곳으로 운반한 뒤 대부분 가스로 저장하고 일부는 연료전지형태로 전환해서 사용하게 될테니 도시 외곽에 커다란 가스탱크를 쉽게 볼 수 있게 되겠죠.
항공유의 경우에는 미군이 석유가 아닌 다른 탄화수소를 제트엔진연료로 활용하는 방안을 연구중이라더군요.
자세한 내용은 안 찾아봤지만 가격이 비싼 건 당연지사고 민간항공수송은 재펠린으로 전환(은 제 희망사항.)
어쨌거나 최전선에 해당하는 그 쪽 분야 현업에 있는 사람들도 10년 앞을 내다보기 힘든 게 사실일 겁니다.
그런 면에서 그 간극을 채워주는 것이 상상과학의 영역이겠죠. (영감을 제시해주는 측면도 있구요. ^.^)
이건 그냥 제 생각인데요...
어떤 분야에서든지 확실하다고 믿는것보단
스스로라도 검증 과 반증을 해보는게 도움이 되는거 같아요.
자신이 믿는게 100% 확실하면 다른사람의 의견을 듣고 생각해볼 여유가 없잖아요.
헬륨 부분에 대해선 그만 이쯤에서 접도록 해요..
그래도 굳이 수소에서 헬리움이 발생할수 있다는걸
확인시켜라! 한다면 저는 할수 있어요. 그런데 그렇게까지 해야 한다면 대화하는게
더이상 즐거울거 같지 않아요. 여기는 논문발표회나 학술회가 아니잖아요.