요즘 핫한 초전도체 과연 이게 뭐길래 상온상압 초전도체가 맞네 아니네 시끌벅적일까요. 오늘은 초전도체에 대해서 그 뜻과 특징 그리고 어떤 장점을 가지고 있길래 대박이라는지 또 상용화가 왜 힘든지까지 살펴보도록 하겠습니다. 학창 시절 전도체 부도체 한 번쯤은 우리도 들어봤으니까 함께 알아볼까요? 출발합니다.
초전도체란?
超傳導體 한자만 봐도 대충 아시리라 믿습니다만, 전도체 즉 전류 등의 에너지를 전해주는 물질 중 초超자가 붙었으니 뭐가 달라도 다르겠죠.
초전도체는 특정 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라지는 물질입니다. 즉, 전류가 흐르면서도 에너지 손실이 전혀 없는 특징을 가지고 있습니다. 1911년 네덜란드 물리학자 헤이케 카메를 링 온네스가 수은에서 초전도 현상을 처음 발견했다고 하네요.
초전도체의 특징
다음과 같은 특징을 가지고 있기에 그야말로 핫한 물질이라는 거네요.
- 전기 저항이 0: 특정 온도 이하에서 전기 저항이 완전히 사라져 전류가 손실 없이 흐르게 됩니다.
- 마이스너 효과: 외부 자기장을 완전히 배척하는 특징을 가지고 있습니다. (때문에 자석에서 뿜어져 나오는 자기장을 되받아쳐 초전도체가 공중에 뜨는 현상을 보이는데 매스컴 자료에서 자주 나오는 공중부양 장면이 이 효과입니다.)
- 극한의 자기장 생성: 초전도체 코일을 이용하여 매우 강력한 자기장을 생성할 수 있습니다.
초전도체의 무한 매력! (장점)
초전도체의 최대 장점은 전기 저항이 0이 되어 에너지 손실 없이 전기를 전달할 수 있다는 점입니다.
이게 우리 삶에 어떠한 혁신적인 변화를 가능하게 할지 대충 훑어보셔도 아실 듯합니다!
에너지 효율성 극대화
- 전력망 손실 감소: 전력망에서 발생하는 에너지 손실은 전 세계적으로 엄청난 양입니다. 초전도체를 사용하면 이러한 손실을 크게 줄일 수 있으며, 따라서 에너지 절약과 환경 보호에 획기적으로 기여하게 됩니다.
- 친환경 에너지 활용: 태양광, 풍력 등 재생 에너지는 불안정하고 운송이 어려운 단점이 있는데 에너지 저장 및 운송 효율성을 높여 이러한 문제를 해결할 수 있습니다.
혁신적인 기술 개발
- 고속 열차: 현재 개발 중인 마찰 없이 고속으로 운행되는 초전도 마그레브 열차의 경우 600km/h 이상의 속도를 달성할 수 있게 됩니다.
- 양자 컴퓨팅: 초전도 소자를 사용하여 양자 컴퓨터를 개발할 수 있는데 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 훨씬 빠르고 강력한 계산 능력을 가지고 있는 차세대 컴퓨팅입니다.
산업 경쟁력 강화
- 전력 생산 및 공급: 초전도 기술을 활용한 전력 시스템은 효율성을 높이고 안정적인 공급을 가능하게 합니다.
- 전자 산업: 초전도 소자를 사용하여 더 빠르고 작동 효율이 높은 전자 기기를 개발할 수 있게 됩니다.
- 의료 산업: 의료 영상 진단뿐만 아니라 다양한 기술적 접근에 활용될 수 있다고 하네요.
과학 기술 발전
- 초전도체 연구는 물리학, 화학, 재료과학 등의 분야에서 발전을 이끌게 될 것이라고 합니다.
경제적 효과
- 에너지 절약: 에너지 손실 감소는 경제적 비용을 절감하고 에너지 자립도를 높여주게 될 것입니다.
- 새로운 산업 창출: 새로운 산업 분야와 함께 일자리 창출도 기대할 수 있습니다.
- 삶의 질 향상: 의료, 교통, 통신 등 다양한 분야에서 직접적으로 우리 삶의 질적 향상에 기여할 것으로 예상됩니다.
초전도체의 멀고 먼 상용화에 길 (단점)
초전도체는 에너지 효율성을 획기적으로 향상할 수 있는 잠재력을 가진 기술이지만, 여러분도 아시고 계시듯 아직 상용화에 어려움이 많은 기술입니다. 이유는 다음과 같습니다.
높은 냉각 비용
초전도체는 특정 온도 아래에서만 초전도 특성을 나타냅니다. 대부분의 초전도체는 매우 낮은 온도에서 초전도 현상이 발생하기 때문에 액체 질소나 액체 헬륨 같은 고가의 냉각제가 필요한데 이는 초전도 기술의 상용화에 큰 걸림돌입니다.
낮은 임계 자기장
초전도체는 자기장에 의해 초전도 특성을 잃는 성질을 가지고 있습니다. 이 임계 자기장은 초전도체마다 다르지만, 대부분의 초전도체는 상대적으로 낮은 임계 자기장을 가지고 있습니다. 따라서 강한 자기장 환경에서는 안타깝게도 초전도 특성을 유지하기 어렵습니다.
낮은 임계 전류
초전도체는 또한 흐르는 전류의 양에 따라 초전도 특성을 잃는 성질도 가지고 있습니다. 때문에 높은 전류가 필요한 곳에서는 초전도 기술을 적용하기 어렵습니다.
제조 및 설치의 어려움
제조 및 설치 과정이 매우 복잡하고 어려운 데다 초전도 소자는 극히 민감하기 때문에 손상을 방지하기 위한 특별한 관리가 필요하기에 사용화가 쉽지 않다고 합니다.
높은 초기 투자 비용
초전도 기술이 아직 초기 단계에 있기 때문에 초기 투자 비용, 특히 냉각 시스템, 초전도 소자, 설치 및 유지 관리하는 비용 이 상당한 부담으로 작용하고 있습니다.
어떠셨나요? 초전도체에 대한 기대감과 함께 상용화를 위해서는 해결해야 할 과제들도 만만치 않은 게 현실입니다. 하지만 끊임없는 연구 개발이 이어지고 있으니 언젠가는 단점을 극복하고 우리 삶에 획기적인 변화를 가져올 상용화에의 길이 열릴 거라 믿으며 이상으로 포스팅을 마치겠습니다. 끝까지 읽어주셔서 감사합니다!