◎선재 개발 등 다양한 신기술 활용/7채널 심자도 측정시스템 등 곧 실용화/특허출원만 156건… 선진국과 대등수준/전력 손실없는 미래 에너지산업 대변혁 예고

값싸게 초전도 현상을 실현할 수 있는 고온초전도체가 발견된지 올해로 10년.정부가 「고온초전도 기술개발」을 국책 연구과제로 채택,국내 연구를 시작한 지도 10년이 됐다.

고온초전도 연구는 정부가 단일 과제로는 가장 장기적으로 지원한 연구 과제중의 하나다.또한 87년 미국에서 세계적인 첫 발견후 불과 6개월 뒤 국내 연구를 개시함으로써 첨단 연구로서는 드물게 선진 연구자들과 나란히 경쟁을 벌인 분야이기도 하다.

한국표준과학연구원 초전도 연구그룹 박종철박사는 최근 연구결과 발표회를 통해 『한국표준과학연구원을 주관기관으로 13개 산·학·연 연구팀이 과제에 참여한 결과 7채널 스퀴드 심자도 측정시스템 개발,강력한 자기부상 효과를 보여주는 초전도 베어링시스템 제작,길이 100m·임계전류밀도 1만4천A/㎠ 수준의 비스무스(Bi) 선재 개발 등의 성과를 올렸다』고 그간의 성과를 보고했다.

심자도 측정시스템은 고온초전도 스퀴드센서를 이용해 사람의 심장에서 발생하는 자장 신호를 측정함으로써 심장의 기능 연구나 각종 질환 진단을 가능케하는 장치다.한국표준과학연구원팀이 개발한 7채널 심자도 측정시스템은 7개의 스퀴드 센서를 이용해 직경 8㎝ 부위에서 자장의 공간적 분포를 알 수 있는 규모다.

초전도 선재는 가장 유망한 초전도 응용분야다.즉 전기저항이 0인 선재 는 전동기 모터에서부터 발전 및 송전,에너지 저장 등 대규모 응용을 가능케 해 미래의 에너지 기술을 바꿔 놓을 신기술로 손꼽힌다.그러나 초전도체는 최소한 길이가 수㎞는 돼야 쓸모가 있지만 부서지기 쉬운 세라믹 소재로 만들어지기 때문에 가공이 어렵다는 게 문제.한국기계연구원은 100m 길이의 비스무스계열 초전도 선재를,한국전기연구소는 2.6m 길이의 탈륨(Tl)계 선재를 개발하고 있다.

이밖에도 한국전자통신연구소에서는 초전도체의 저손실 고품질 특성을 이동통신 서비스 등에 응용하기 위한 연구를 해 왔다.즉 초전도 박막으로 마이크로 필터나결합및 분배기를 제작해 개인휴대통신(PCS)에 이용하기 위한 연구가 진행중인 것.

이같은 연구성과는 투자비에 비해 적지않은 것으로 평가되지만 외국과 비교할 때는 상당한 격차가 있다.미국에서는 초전도 필터가 올 하반기에 상용화되고 일본은 32채널 스퀴드 센서가 개발되는 등 한 발 앞선 연구가 이뤄지고 있는 것.선재도 미국에서는 1㎞ 길이가 개발됐다.

한국표준과학연구원 박용기 박사는 『사전 연구실적과 인력 등 연구기반 부족으로 연구 진도가 다소 뒤지고 있는 것은 사실』이라고 전제하고 『그러나 156건의 특허출원과 6백여편의 연구논문,약200명의 연구인력 양성등 연구기반이 마련돼 이제부터는 선진국과 대등하게 경쟁할 수 있다』고 말했다.

고온초전도연구팀은 이번 발표회를 계기로 10년 사업을 마무리짓고 앞으로의 10년을 모색할 계획.박종철 박사는 『초전도 기술은 에너지 분야에서 가장 유망한 미래기술로 미국·일본 등 선진국도 매년 2억달러 이상을 투자하고 있다』면서 『정부와 기업이 적극적으로 투자해야 한다』고 말했다.<신연숙 기자>

◎초전도란/극저온 냉각시 전기저항이 0되는 현상

초전도란 어떤 물질의 온도를 극저온으로 냉각시켰을때 어떤 온도(임계온도,Tc)에서부터 전기저항이 완전히 없어지는 현상을 말한다.

전기 저항이 전혀 없는 상태는 에너지 분야에 혁명적 변화를 가져다 줄 수 있다.즉 전력 손실이 전혀 없는 발전기와 무손실 송전,전동기 모터가 가능해진다.또한 초전도체는 내부의 자기장을 밖으로 내보내는 특성(자기반발효과,마이스너 효과)을 갖고 있는데 이를 이용하면 접촉 마모가 전혀없는 베어링을 만들수 있어 효율적인 에너지 저장시스템 개발이 가능하다.이밖에 교통 통신 의료등 초전도는 다양한 응용범위를 갖고 있다.

그러나 물질의 온도를 절대온도 4도(4K,영하 269℃)수준까지 내리는데는 비용이 너무 많이 들기 때문에 보다 높은 온도에서 초전도 현상을 얻을수 있는 물질 개발에 관심을 쏟게 됐다.그 결과 비교적 값싼 냉매인 액체 질소의 비등점(77K,영하 196℃)보다 임계 온도가 높은 산화물 초전도체가 1987년 미국에서 처음 발견됐으며 이를 계기로 「고온초전도체」연구가 붐을 이뤘다.

현재 고온초전도체로서 주목받고 있는 것은 란타늄계(임계온도 30K),이트륨계(임계온도 30k),비스무스산화물계(임계온도 134k)등이 있다.

고온 초전도체 연구의 주요 목표는 이제 임계온도를 높이는 것보다는 임계 전류밀도를 최대한 올려 경제성을 높임으로써 응용 제품을 만들어 내는데 집중돼 있다.

미국·일본 등 선진국의 경우 32채널 심자도측정장치,1㎞ 길이 선재가 개발돼 있고 휴대용 전화기의 지상중계국과 PCS에 사용될 마이크로파 필터는 현장실험을 끝내고 올 하반기부터 상용화할 예정이다.

초전도상품의 세계 시장 규모는 2000년에 100억달러,2010년에 400억달러,2020년에는 2000억달러로 예상된다.아직 재료와 공정등 해결 과제가 많지만 각국은 21세기의 경쟁력 확보를 위해 연구투자를 계속하고 있다.