메르의 팜
3차전지 시대가 오나? (feat 2차전지, SMR, MMR, 오픈AI)
메르
2024.07.21
주말이라 가벼운 이야기입니다.
https://blog.naver.com/ranto28/223516816410
체코 원전 수주 뜯어보기 (feat 한국 원전산업, 웨스팅하우스)
https://news.sbs.co.kr/news/endPage.do?news_id=N1007726681&plink=ORI&cooper...
위에 링크한 '체코 원전 수주 뜯어보기'에서 고준위 방폐장에 대해 아래와 같은 언급을 했다.
34.그린텍소노미는 녹색과 분류체계의 합성어로 어떤 에너지원이 친환경인지 아닌지를 결정하는 기준임.
38. 원전을 그린텍소노미로 보는 부분은 조건부 승인으로 합의가 이뤄짐.
39. EU는 아래 두 가지 조건을 충족하면 원전을 그린텍소노미로 인정하기로 한 것임.
1) 2050년까지 고준위 폐기장을 만들어야 함.
2) 2025년 이후 신규 건설되는 원전과 수명이 연장되는 원전은 사고 저항성 연료를 사용해야 함.
40, 고준위 폐기장은 핀란드만이 가지고 있어 EU 국가들은 핀란드의 폐기장을 공유하든지 다른 방법을 찾아야 함.
41. 원전 사고 때 방사능 유출을 최소화하거나 지연시킬 수 있는 사고 저항성 원료는 개발이 순조로워 문제가 없을듯함.
42. 결국 원전이 그린텍소노미로 인정받기 위한 핵심은 고준위 방폐장 건설임.
문제가 있어서 해결 방안을 찾을 때는 시각을 넓히면 전혀 새로운 답을 찾을 수 있다.
글의 시작 부분은 몇번 걷던 길 같지만, 중간에 갈림길이 있다.
1. 1977년, 미국 플로리다의 케이프 공군기지에서 보이저 1,2호가 발사됨.
2. 보이저 1,2호의 문제는 전기였음.
3. 천왕성까지만 가도, 햇빛이 지구의 400분의 1 수준이라 태양전지를 사용할 수 없었던 것임.
4. 보이저는 3차 전지를 사용해서 문제를 해결함.
5. 전지는 1차 전지, 2차 전지, 3차 전지로 분류를 함.
6. 1차 전지는 1회 충방전만 가능한 전지로 일반적으로 사용하는 1회용 건전지임.
7. 2차 전지는 충전해서 재사용이 가능한 배터리로, 휴대폰, 전기자동차 등에 사용되고 있음.
8. 3차 전지는 연료를 주입받으면 스스로 전기에너지 생산이 가능한 연료전지를 말함.
9. 우주 공간은 중력과 마찰력이 거의 없어서 큰 힘이 없어도 날아갈 수 있지만, 우주선의 장비를 구동하려면 전력이 필요함.
10. 보이저 1,2호는 플루토늄 238에서 나오는 방사선에서 전력을 얻는 원자력 3차 전지를 사용하게 됨.
11. 플루토늄 238은 반감기가 87년임.
12. 오랜 기간 사용이 가능하지만, 시간이 지나면 성능이 떨어져서, 나사는 기능을 하나씩 줄이며 전기를 아끼고 있음
13. 방사성 물질로 만든 3차 전지의 수명이 일반 전지보다 훨씬 길지만, 우주탐사라는 긴 호흡으로 보면, 87년은 짧은 시간임.
14. 영국 브리스톨대 연구팀은 플루토늄 238이 아니라 원전에서 나오는 방사선 폐기물을 이용한 새로운 배터리를 개발함.
15. 2016년에 니켈-63을 방사선원으로 하는 배터리 아이디어를 발표했고, 시제품 제작에 성공함.
(영국팀의 영상)
https://youtu.be/b6ME88nMnYE?si=qnI08-tFzuBq1Vd2
16. 2024년 7월 8일, 중국의 베타볼트는 'BV100'이라는 3차전지를 발표함.
17. 동전보다 작은 크기의 배터리는 전자기기는 물론 전기차 등 다양한 분야에서 활용이 가능하다고 주장하고 있음.
베타볼트가 개발한 초소형 원자력 배터리 'BV100'.
17. 2016년에 영국팀이 발표한 논문을 가지고 중국기업이 실제 제품을 만든 것임.
18. BV100은 3V전압과 100µW(마이크로와트) 출력을 내며, 기존 리튬 배터리보다 에너지 밀도가 10배이상 높다고 함.
19. 니켈-63의 방사선 붕괴 에너지를 전류로 변환하면 50년간 사용이 가능함.
20. 배터리 수명이 다하면, 니켈-63이 구리로 변화되며 환경오염 이슈에서 자유롭다고 주장하고 있음.
21. 베타볼트는 2025년에 출력을 1W로 높인 BV100을 대량생산하겠다는 계획을 발표함.
22. 영국 연구팀은 2016년 개발한 니켈-63보다 한단계 더 진화된 방법을 최근 개발함.
23. 니켈-63이 아니라 원전의 감속재로 사용된 흑연에서 탄소-14(Carbon-14)를 추출해서 사용한 것임.
24. 기존 방사선 폐기물은 방사성 동위원소인 Carbon-14가 추출되면서 방사선 강도가 낮아지게 됨.
25. Carbon-14에서 나오는 방사선은 단거리 방사선임.
26. 방사선이 대량으로 나오지만, 파장이 짧아서 먼 거리까지 영향이 미치지 않음.
27.단거리 방사선을 내뿜는 Carbon-14를 물질로 감싸면, 외부를 감싼 물질이 파괴되지 않는 이상 방사선이 유출되지 않을 수 있음.
28. Carbon-14와 같은 탄소(Carbon)로 구성되어 있으면서, 세계에서 가장 강한 물질이 있음.
29. 다이아몬드임.
30. 연구팀은 Carbon-14를 다이아몬드로 감싼 배터리를 개발함.
ⓒ TechXplore
31. 천연 다이아몬드로는 불가능한 일이지만, 인공 다이아몬드를 만드는 기술이 발전하다 보니, 가능해진 것임.
32. 2024년 1월, 영국의 다이아몬드 기업 드비어스(De beers)는 다이아몬드 원석 가격을 25% 인하함.
33. 드비어스는 "다이아몬드는 영원하다(A Diamond is forever)라는 캠페인으로 유명한 다이아몬드의 상징과도 같은 기업임.
34. 드비어스가 원석 가격 인하에 나선 것은 랩 그로운 다이아몬드 시장이 빠르게 커지고 있는 게 주요 원인임.
35. 랩 다이아는 천연 다이아몬드 보다 85% 저렴하지만, 물리, 화학, 광학적으로 완전히 동일한 성분임.
36. 랩 다이아는 작은 다이아몬드 씨앗을 실험실(랩)에서 키우는 방식으로 만들어짐.
37. 지하 200km의 맨틀에서 수억 년이 걸려서 만들어지는 다이이몬드를 실험실에서 몇 백 시간이면 키울 수 있는 것임.
38. 랩 다이아는 산업용에 주로 쓰이고 있지만, 주얼리 시장에도 비중이 높아지고 있음.
39. 주얼리 시장에서 랩 다이아는 2017년 2%에서 2023년 18%로 비중이 빠르게 높아지고 있음.
40. 스와로브스키 등 보석 장신구 제조기업들이 랩 다이아를 보석 제품에 빠르게 도입하고 있는것임.
41. 랩 다이아는 실험실에서 키우는 방식이라, 탄소-14를 감싸는 형태로 만들 수 있음.
42. Carbon-14를 랩 다이아로 감싼 배터리는 반감기가 5,730년이 나옴.
43. 반감기 5,730년은 거의 무한동력이라고 봐야 함.
44. 원전을 돌리면 나오는 사용후 핵연료(핵폐기물)가 수천 년을 가는 배터리 자원으로 재탄생하는 것임.
45. 다이아몬드가 완전히 둘러싼 닫힌 공간에서 전력이 계속 나오니, 유지 보수도 필요가 없어짐.
ⓒ 데일리포스트 이미지 출처=Unsplash 제공
46. 연구팀은 1989년 운전이 정지된 버클리 원전의 방사성 폐기물을 재활용해, 배터리 시제품을 만드는 작업에 들어가고 있음.
47. 챗 GPT의 오픈 AI는 마이크로 원자로를 연구하는 오클로에 투자를 진행하고 있음.
48. 원전은 대형 원자력 발전(출력 1000 MWe 이상)과 소형 모듈 원자로(SMR, 50~300 MWe)에 이어서 마이크로 원자로(Micro Modular Reactor, MMR, 10 MWe 이하)로 나아가고 있음.
49. 마이크로 원자로는 오클로뿐만 아니라 나노 뉴클리어 에너지, USNC 등 여러 미국 기업들이 개발을 하고 있음.
▲ 미국 기업 울트라 세이프 뉴클리어(USNC)의 MMR 조감도 (출처 : USNC)
50. 미국의 나노 뉴클리어 에너지(Nano Nuclear Energy)는 대형 트럭에 싣는 방식의 이동식 마이크로 원자로를 개발하고 있음.
▲ 나노 뉴클리어 에너지가 개발 중인 MMR ‘ZEUS’ (출처 : 나노 뉴클리어 에너지)
51. 미국 에너지부(Department of Energy, DOE)가 설계를 지원하면서 개발 작업 진도가 꽤 빠른 편임.
52. 미국은 오지, 광산, 재해 지역, 군사 기지 등의 독립 전원으로 활용하기 위해 마이크로 원전을 개발하고 있는 중임
53. 마이크로 원자로의 특징 중 하나는 사용후 핵연료로 작동이 가능한 것임.
54. 오픈 AI가 투자하는 오클로는 기존 원전의 사용후 핵연료를 활용해서 AI를 돌리는 전력을 얻으려고 하고 있음.
55. 2024년 7월 18일, 오클로는 사용후 핵연료를 사용한 핵연료 재활용 공정 시연에 성공함.
https://www.theguru.co.kr/news/article.html?no=74338
[더구루] 샘 올트먼 투자한 美 오클로, '핵연료 재활용' 공정 시연 성공
56. 사용후 핵연료를 지하에 영구 보존하는 고준위 방폐장과 다른 방향으로 이것을 재활용하려는 시도들이 진행되고 있는 것임.
57. 방사능 폐기물이라고 하지 않고, 사용후 핵연료라고 부르는 이유가 있음.
한 줄 코멘트. 방폐장을 준비하지 말자는 것은 아님. 다만, 사용후 핵연료를 안전하게 재활용하는 기술이 개발되면 활용하지 못할 이유도 없을듯함. 한번 충전하면 50년간 충전이 필요 없는 전기차가 나오면 꽤 매력적인 상품이 될듯함. SMR뿐만 아니라 MMR로도 시각을 넓힐 필요가 있음.
