초전도체란?
우선, 초전도체 이전에 전도체란 전기를 옆으로 퍼뜨려 전류의 흐름을 도와주는 물질로 가장 대표적인 예시는 ‘전선’ 이 있습니다.
그러나 전기를 흐르게 도와주는 전도체 (예를 들어 전선)에서 전기가 흐를 때 각종 불순물과 구조 결함 등으로 인해 매끄럽게 흐르지 못하고 충돌이 일어나 전기저항이 생기게 됩니다.
저항이 생기게 되면 100%의 전기가 온전하게 흐르지 못하고 에너지가 손실 되며 도착하는 전기의 속도와 양이 처음보다 현저히 적어지게 됩니다.
반대로 초전도체는 특정 임계 온도 이하로 냉각될 때 전기 저항이 ‘0’이 되어 전류를 전도 할 수가 있습니다.
전기 저항이 ‘0’에 가까운 것이 아니라 ‘0’ 그 자체(無 ) 이기 때문에 에너지 손실 없이 이전 보다 훨씬 방대한 양의 전류를 매우 흐르게 할 수 있습니다.
즉, 간단하게 말하면 초전도체를 활용 하면 에너지의 손실이 없는 전류를 내보낼 수 있는 것입니다.
최초의 초전도체는 어떻게 발견된 것일까?
1911년 네덜란드의 물리학자 ‘헤이커 카메를링 오너스‘는 네덜란드 라이덴에 있는 자신의 연구실에서 초전도체에 대한 획기적인 발견을 했습니다. 카메를링 오너스는 1910년 저온 물리학, 특히 액체 헬륨을 생산한 공로로 노벨 물리학상을 수상한 바 있습니다.
극저온에 도달할 수 있는 능력을 갖춘 그와 그의 팀은 매우 낮은 극한의 온도에서 물질의 특성을 연구하는 데 관심을 돌렸습니다.
카메를링 오너스와 그의 팀은 수은의 전기 저항을 조사하던 중 어떠한 사실을 발견했습니다. 당시의 고전적인 이론에 따르면 도체(전기가 잘통하는 물질)의 온도가 낮아지면 전기 저항도 감소할 것임을 예상했습니다. 그러나 결코 저항이 ‘0’ 에 도달하지 않을 것으로 예상했습니다.
하지만 카메를링 오너스와 그의 연구진들이 발견한 것은 이러한 예상을 뒤엎는 것이었습니다.
저온 초전도체의 발견
그의 연구팀은 수은을 약 4.2켈빈(섭씨 -268.95℃ 또는 화씨 -452.11°F)까지 냉각하자 전기 저항이 갑자기 ‘0’으로 떨어지면서 사실상 사라지는 것을 발견했습니다. 이는 전혀 예상치 못한 결과였으며 당시 확립된 물리학 이론과도 상반되는 것이었습니다.
카메를링 오너스는 저온에서 전기 저항이 ‘0’이 되는 현상을 설명하기 위해 ‘저온 초전도체‘라는 용어를 만들었습니다. 이를 통해 완전히 새로운 연구 분야가 열렸고, 초전도의 근본 원리와 메커니즘을 이해하려는 수많은 연구가 쏟아져 나왔습니다.
수년 동안 이 현상은 절대 영도(섭씨 −273.15°C 또는 화씨 −459.67°F) 에 가까운 온도에서만 관찰할 수 있었지만 1980년대에 고온 초전도체(섭씨 -196°C 또는 화씨 -321°F)가 발견되면서 초전도 물질의 범위와 적용 가능성이 넓어졌습니다.
최근에는 한국에서 ‘LK-99‘ 라는 상온 초전도체(섭씨 약25°C 또는 화씨 약70°F)의 연구가 관심을 많은 관심을 받고 있으며 끊임없는 이슈가 오가고 있는 상황입니다.
상온 초전도체가 특별한 이유
기존에 연구된 저온 초전도체에서 극저온의 상태를 유지하기 위해 필요한 냉각 시스템과 제한적인 상황 그리고 막대한 양의 비용이 들기 때문에 실생활에 이용이 어렵습니다.
그러나 상온 초전도체는 높은 온도에서 초전도 현상을 일으킬 수 있습니다. 극저온을 유지해야 하는 냉각 시스템을 제거하고, 또 그것을 상용화 할 수 있는 기술이 있다면 기존에 인간이 만든 기술과 문명에 큰 혁신을 가져올 것입니다.
상온 초전도체 활용
상온 초전도체가 성공적으로 개발되고 상용화된다면 여러 분야에 활용 할 수 있는 인류에 혁신적인 일이 될 수 있습니다. 다음은 상온 초전도체가 활용될 수 있는 몇 가지 예시입니다:
- 에너지 전송: 가장 중요한 응용 분야 중 하나는 전기 에너지 전송 분야입니다. 초전도체는 전기 저항이 ‘0’이므로 상온 초전도체로 만든 전력선은 에너지 손실이 거의 없이 먼 거리까지 전기를 전송할 수 있습니다.
이는 전력망의 효율을 획기적으로 개선하고 재생 에너지의 보급을 촉진할 수 있습니다. - 운송: 초전도체는 대중교통 시스템에 혁명을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 자기부상열차는 초전도체가 강력한 자석을 통해 더 효율적으로 움직일 수 있게 합니다.
이러한 시스템을 구축하고 운영하는 데 드는 비용을 절감할 수 있기 때문에 더욱 실용적이고 널리 보급될 수 있습니다. - 의료 기술: 초전도 재료는 이미 MRI 기계에 사용되고 있지만, 현재의 저온을 만들어 내기 위한 저온 시스템 사용으로 인해 작동 비용이 많이 듭니다.
하지만 상온 초전도체는 MRI 기계를 더 저렴하고, 더 효율적이며, 더 쉽게 이용할 수 있게 해줄 수 있습니다. - 컴퓨터(PC): 초전도 소재는 매우 빠르고 에너지 효율적인 슈퍼컴퓨터의 개발로 이어질 수 있습니다. 이는 의학, 일기 예보, 인공 지능과 같은 다양한 분야의 발전을 가속화할 수 있습니다.
- 에너지 저장: 초전도 코일은 고효율 에너지 저장 시스템을 구축하는 데 사용될 수 있으며, 이는 특히 풍력이나 태양열과 같이 재생 가능하지만 간헐적인 에너지원의 전력 수요-공급 곡선을 원활하게 하는 데 매우 유용할 것입니다.
- 과학 연구: 입자가속기나 핵융합로와 같이 높은 자기장을 필요로 하는 기기의 가격이 훨씬 저렴해지고 효율성이 높아질 수 있습니다. 이는 입자 물리학 및 지속 가능한 에너지와 같은 분야의 연구를 가속화할 수 있습니다.
- 전자 가전 제품: 가정에서 쓰는 다양한 제품들의 에너지 효율이 향상되어 에너지 소비가 줄어들고 배터리 수명이 연장될 수 있습니다.
- 통신: 초전도 소재는 더 효율적이고 빠른 데이터 전송을 가능하게 하여 전 세계 통신 인프라에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
- 군사 응용 분야: 고감도 탐지기 및 첨단 레이더 시스템부터 새로운 종류의 전자전 능력에 이르기까지 상온 초전도체는 수많은 군사적 응용 분야를 가질 수 있습니다.
- 재생 에너지: 초전도 소재는 재생 에너지원의 효율을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 초전도 소재로 만든 풍력 터빈은 더 가볍고 효율적일 수 있으며, 같은 양의 바람으로 더 많은 전기를 생산할 수 있습니다.
현재 대한민국의 LK 99 검증, 결과는?
2023.07.22 – 퀀텀에너지연구소에서 논문 사전공개 채널인 ‘아카이브’를 통해 상온 초전도체 활용 가능한 LK- 99를 만들었다고 주장 했습니다.
2023.08.03 – 한국초전도저온학회에서 LK 99는 전기저항이 ‘0’이 되는 마이너스 효과와 다른점이 있어 초전도체로 보기엔 입증이 부족하다고 발표 했습니다.
2023.08.05 – 검증위원회에서 1차 브리핑을 통해 아직까지 초전도성을 확인한 결과가 없다고 밝혔으며, 국제학술지 네이처에서 상온 초전도체 LK 99는 초전도 현상을 재현하기에 많이 미흡하다는 기사가 실렸습니다.
2023.08.11 – 검증위원회 2차 브리핑에서 2~3주 후에 본격적인 검증이 시작될 것임을 알렸습니다.
2023.08.14 – 아직 확실한 검증 결과 발표가 나지 않았으나 핀테크 스타트업 보나사피엔스의 물리학 박사 출신 김인기 대표가 상온 초전도체가 맞다며 자신의 sns에 자신의 주장을 밝혀 또 다시 화제가 일어났습니다.
2023.08.18 – 검증위원회에서 현재까지 초전도성을 나타내는 특별한 측정 결과가 없다고 밝혔으며, 국제 학술지 네이처에서 ‘초전도체가 아니다’ 라는 의견을 내놓았습니다.
현재까지의 동향을 살펴보면 LK 99는 초전도성을 띄는 특징이 아직까지 보이지 않으며 확실한 결론이 나진 않았지만 현재 LK-99의 상온 상압 초전도체에 대한 관심도는 많이 낮아진것 같습니다.