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상온 초전도체의 개발을 목이 빠지게 기다리는 사람들이 있어요. 상온 초전도체가 개발되면 실생활에 훨씬 더 많이 활용될 수 있거든요. 어떤 분야에서 활용될 수 있을까요? 

초강력 자기장을 만들어라!

지난 10월, 일본의 도카이 여객철도 주식회사는 시속 600km가 넘는 자기부상열차를 시범 운행했어요. 이 자기부상열차는 초전도체로 만든 강한 자기장의 힘으로 몸체를 살짝 띄워 마찰 없이 철로 위를 달리죠. 

자기장을 만들기 위해선 전선을 빙빙 감아놓은 ‘코일’이 필요해요. 코일에 전류가 흐르면 코일에서 자기장이 만들어지죠. 그런데 기존에 사용되는 구리 코일은 너무 강한 전류를 흘리면 구리에서 발생한 저항으로 인해 열이 발생해 타버릴 수 있답니다. 따라서 저항이 없는 초전도체 코일을 사용해 탈 걱정 없이 강한 자기장을 만든 거예요.

한편, 초전도체 코일은 자기공명영상(MRI)을 촬영하는 데에도 사용돼요. 강한 자기장으로 몸속의 원자를 진동시키고 이때 발생하는 전자기파로 몸속을 촬영하죠. 자기장의 세기가 강할수록 해상도가 높아져요. 현재 우리나라에서 가장 좋은 MRI는 3T(테슬라)의 자기장으로 몸속을 촬영하는데, 지난 2018년 미국 미네소타대학교 연구팀은 10.5T의 MRI 장비로 신체를 촬영하는 데 성공했답니다. 

줄줄 새는 전기를 막아라!

전기가 흐를 때 저항이 있으면 열이 생겨요. 오랫동안 사용한 컴퓨터가 뜨거워지는 것도 전기 저항 때문이죠. 이렇게 열이 발생한다는 건 전기 에너지가 열 에너지로 바뀌어 사라졌다는 뜻이에요. 실제로 발전소에서 만든 전기 에너지가 전선을 통해 생활 속으로 보내지는 과정에서 약 3.5%가 사라진답니다. 만약 전기 저항이 0인 초전도체를 사용하면 저항으로 인한 에너지 손실을 크게 줄일 수 있겠죠? 

2019년, 한국전력은 초전도 케이블로 전기 에너지를 송전하는 기술을 세계 최초로 상용화하는 데 성공했어요. 초전도 전선이 설치된 곳은 경기도 용인시의 신갈동부터 흥덕지구까지 약 1km 구간으로, 한국전력은 전기 에너지 손실이 10분의 1로 줄어들 것이라고 기대하고 있답니다.

_ 인터뷰

한승용(서울대학교 전기정보공학부 초전도응용연구실 교수)

“초전도체는 다양한 분야에 응용될 수 있어요”

 Q 교수님은 어떤 연구를 하고 계신가요?

저는 초전도체를 실생활에 응용할 수 있는 방법에 대해 연구하고 있습니다. 지금의 초전도체는 완벽하지 않아요. 너무 높은 전류가 흐르면 초전도 현상이 깨지거든요. 이를 해결할 방안을 찾는 거죠. 2011년엔 초전도체에 흘릴 수 있는 전류의 양을 10~50배 늘리는 방법을 찾아냈어요. 이 발견 덕분에 초전도체 코일의 크기를 대폭 줄여 초전도체 응용 장비의 크기를 줄일 수 있었죠.  

 Q 개발하신 초전도체는 어디에 이용할 수 있나요?

초전도체로 모터를 만들면 강하고 가벼운 모터를 만들 수 있어요. 이를 비행기, 드론, 배 등에 장착할 수 있죠. 초전도체에 전기 에너지를 저장할 수도 있어요. 원형으로 만든 초전도 코일에 전류를 약간 공급해 준다고 상상해 보세요. 초전도 코일을 따라 전류가 끊임없이 빙글 빙글 돌 거예요. 저항이 없으니, 아무리 돌아도 전류는 줄어들지 않고 끝없이 돌죠. 즉, 초전도 코일에 전기 에너지를 담은 거예요. 이를 ‘초전도에너지저장장치(SMES)’라고 부른답니다. 배터리와는 달리 쓰레기가 나오지 않는 전기 에너지 저장 방법이죠.

 Q 초전도체 연구가 계속 발전하면 어떤 미래가 될까요?

더 작고 강력하고 저렴한 초전도 코일을 만들 수 있어요. 그러면 MRI 장비의 크기는 줄고 촬영 비용은 낮아지겠죠. MRI를 엑스레이 촬영하듯 편하게 찍을 수 있을 거예요!