상온 초전도체 개발 후 활용 범위

현재 국내에서 개발진행되고 있는 상온 초전도체 개발 후 어디서 활용할 수 있는지

알아보도록 하겠습니다.

 

 

상온 초전도체 개발시 어느 분야에서 활용될 수 있는지 알아보았습니다.

 

 

우선 상온전도체 개발 이후의 파급 효과

1기압[1000km 높이로 쌓인공기]  상온에서 사용 가능하고, 공기와 직사광선에 계속 노출되어도 괜찮고, 크게 무겁지 않고, 부피가 가늘어도 되고, 내구성도 좋고, 임계전류가 높고, 전달이 가능한 전력의 양이 무한대이고, 가격이 저렴하게 낮출 수 있는 등의 특징을 갖춘, 지금은 상상 속의 초전도체가 일상화된 뒤로 펼쳐질 오버 테크놀로지스러운 기술적 특이점과 미래상에 대한 상상 및 기대가 매우 큽니다.

만약에, 초전도체 실물의 개발에 성공한다면 전세계의 전기공학을 비롯한 산업계에서도 거대한 파급효과로 판도가 뒤바뀌면서 수많은 변화가 올 것으로 추정됩니다.

 

컴퓨터분야

컴퓨터 CPU인 프로세스 의 발열이 매우 줄어들고 전성비가 엄청나게 상승한다. 냉각 수요가 매우 줄어들어 소음이나 고장도 거의 없어지고 전자기기의 소형화가 가능해지는데다 관리가 편리해지고 수명까지 현재보다 더욱 길어진다. 그리고 가용한 기술력의 최대 한계치까지 극한의 성능을 뽑아낼 수 있게 된다. 스마트폰같이 전성비가 중요한 제품의 경우에도 성능과 배터리 사용시간이 비약적으로 상승할 것이다. 이것이 중요한 이유는 현재 반도체 공정의 미세화에 따른 트랜지스터의 크기가 물리적 한계에 도달하여 근 미래에 무어의 법칙이 깨지게 될 예정이기 때문이다. 최근 50년간 인류는 거의 모든 분야에서 비교가 불가능할정도로 비약적인 발전을 했는데, 이는 모두 PC의 보급에 따른 반도체 시장경제의 엄청난 활성화 인한 컴퓨팅 능력 향상에 기인한 것이다. 이를 요약하자면 다음과 같다. 컴퓨터 성능향상의 한계로, 인류는 거의 모든 분야의 발전이 정체할 위기에 처해있으며, 상온 초전도체가 이 문제를 해결해줄 가능성이 생긴다.

 

 

양자컴퓨터의 소형화ㆍ상용화가 용이해진다. - 현재 양자컴퓨터는 극저온을 구현해야만 사용 가능하기 때문에 크기가 매우 크며, 막대한 에너지가 들어간다. 상온 초전도체가 적용된다면 초전도현상을 위한 냉각이 필요없어진다, 하지만 여전히 중첩상태를 유지하기 위해서는 저온 상태를 유지해 외부영향을 최소화할 필요가 있다. 그래도 기술적으로 개발이 용이해지는면이 있고 장비의 크기가 줄어들수 있기에 소형화와 상용화에 큰 이점이 될 수 있다.

 

전세계 네트워크의 지연이 0에 수렴한다. - 전세계의 해저 케이블을 광케이블에서 초전도케이블로 바꾸게 된다면, 광케이블 조차도 매질의 저항때문에 빛의 속도보다 30~40% 느려지는 마당에, 초전도체는 저항이 없으므로 빛의 속도와 동일한 전류속도를 그대로 데이터로 쏴줄 수 있으므로 소위 말하는 PING이 국제적으로 낮아질 수 있다. 또한 옴의 법칙에 의거, 전류량이 무제한으로 늘어나므로 그에 따른 대역폭도 대폭 증가하게 된다. 거기에 더해서 구리케이블은 물론이고 광케이블 조차도 저항으로 인한 데이터손실이 있어, 이로 인해 설치한 중계기에서 오는 하드웨어적 시간손실과 프로토콜 자체도 여러번 데이터를 받아서 손실이 났는지 판단해야하는데서 오는 소프트웨어적인 시간손실도 대폭 줄일 수 있어 망 전체의 레이턴시 자체가 낮아질 수 있다. 물론 이에 걸맞는 프로토콜도 동시에 개발되고 보급되어야 한다는 전제가 있다.

 

자기적 이용 [자력을 이용한 물체]

MRI - 촬영비용이 매우 저렴해질 수 있다. 비용 중 상당수가 냉각을 위한 액체헬륨 비용이기 때문이다.
로봇과 인공근육 - 작고 강력한 전자석으로 강력한 인공근육을 만들 수 있다. 이는 단순히 로봇산업의 도약을 넘어 군사기술을 포함한 문명 수준을 크게 발전시킬 것이며, 가볍고 강력한 인공 근육은 신체 일부가 마비되거나 결손된 장애인들의 삶을 크게 개선시킬 것이다.

 

자기부상열차 - 철도 건설 및 열차 부상비용이 매우 저렴해질 수 있다. 2022년 시점에 이미 자기부상열차를 통한 여객은 고속철도보다 저렴하므로, 설치와 유지보수까지 저렴하고 쉬워진다면 비행기 산업이 위축될 수 있다.
핵융합 발전의 경제성이 크게 올라 상용화될 수 있다. - 핵융합 발전의 비효율성중에 하나는 발열로 인한 냉각 때문이다. 발열이 사라진다면 손쉽게 전자기 응축이나 아크 가열식 핵융합 폭탄의 생산이 쉬워져, 군사적 사용을 넘어 우주선 추진체로도 쓸 수 있다. 초전도체로 인해 핵융합모듈의 소형화가 가능해지면 거의 모든 교통수단에 적용할 수 있을 것이다.

플라즈마 - 관련 응용이 쉬워지고, 각종 산업용 기구의 덩치가 줄고 기능이 개설될 수 있다. 고에너지 물리학 연구에 드는 비용도 훨씬 줄어들 것이다.
에너지 무기나 레일건 등 전자기력으로 구동하는 무기류의 크기, 무게, 유지비용을 크게 줄일 수 있다.

 

전기적 이용 [전기를 이용한 물체]

 

 

전선 - 송전 효율이 거의 100%가 된다. 따라서 송배전 전압을 지금처럼 매우 높게 유지하지 않아도 되며, 대용량 직류 송전기술이 비약적이고 진보한 방향으로 성장할 것이며, 비가 오지 않는 사막과 같은곳에 태양광 발전소를 대량 설치하여 다른 대륙으로 손실 없이 보낼수 있게 되어 에너지 혁명이 일어나게됩니다. 세계의 전력사용량은 일정하므로 국가별 전력피크, 부족, 심야전기 낭비 문제가 거의 해결되고 , 신재생에너지가 풍부한 국가로부터 주요 에너지 소비 국가들이 에너지를 받게 될 것이다. 또한 변전소와 송전탑 갯수가 줄어들어 님비현상으로 인한 반대 시위를 잠재울 수 있다.

 

변압기 및 인덕터 - 이론상으로 코일의 변전효율이 100%가 될 수 있습니다. 전봇대, 변전소 시설 부지, 인도를 점유하는 변압기 등의 부피가 크게 줄어들어서 도시미관이 향상될 수 있다. 각종 SMPS도 변압기와 인덕터의 손실이 줄어들면서 변환 효율성도 크게 올라가게됩니다.

 

 

축전기 - 전극판과 연결 도선의 등가 직렬 저항(ESR)이 없어지게 되어 노이즈를 더 효과적으로 제거하거나, 순간적으로 매우 강한 전류를 출력할 수가 있게 된다.

에너지 저장 체계 - 닫힌 초전도 코일 내에서 전류가 무한히 맴도는 성질을 이용하여 배터리 대신 전력을 저장하는 장치 SMES(superconducting magnetic energy storage)를 개량하여 기존 화학식 배터리를 어느정도 대체할 수 있다. 무거운 냉각장비가 필요없어지면 빠른 충방전 속도라는 장점을 활용할 여지가 많아진다.

전기철도 - 복잡한 변전 시설과 설비를 단순화할 수 있게 되며, 직류 급전방식을 고속철도에도 활용 가능하게 된다. 절연구간 또한 대부분 불필요해질 것이다. 귀전선인 레일에도 초전도체를 사용하면 레일에서 대지로 누출되는 전류로 인한 부식현상을 막을 수 있다.

전기자동차 - 모터 코일과 각종 배선의 저항이 없어져 전비가 향상되며, 내연기관차와 비교시 단점으로 지적되던 충전 속도도 비약적으로 끌어올릴 수 있게 됩니다.
회로설계가 비교적 간편해진다. 도선의 저항을 나타나던 많은 비선형 미분방정식이 선형화되어 쉽게 해결할 수 있어집니다.

고방전 배터리나 슈퍼 콘덴서에 초전도 코일을 직접 연결하는 방식으로 현재보다 훨씬 간단하고 강력한 전자기 추진장치를 제작할 수 있다. 작게는 인명 살상이 가능한 코일건부터 크게는 빅 바빌론 같은 스페이스 건을 만들어 쓸 수도 있습니다.
과전류로 인한 전기화재 사고가 줄어들고, 전자기기의 가동 과정에서 발생하는 저항(=발열)이 줄어들어면서 적절한 차폐만 되어있다면 전자기기의 수명도 대폭 길어지게 됩니다.

또한, 미래에는 가정용이나 산업용 전력시설에서 전기를 공급하는 배선과 설비를 개선하여 저항으로 낭비되지 않고 효율적인 전기를 사용할 수 있는 방향으로 빠르게 변화할 것으로 예상된다. 일단, 초전도체를 사용하여 전력의 효율성이 극대화가 되는 설비로 바꾸면서 산업계의 전기세가 비약적으로 줄어들 가능성이 있습니다.