달에서 온 새로우면서 강력한 에너지 헬륨-3

달에서 온 새로우면서 강력한 에너지 헬륨-3

헬륨-3은 헬륨의 동위원소 중 하나로 원자핵은 양성자 2개와 중성자 1개로 이루어져 일반 헬륨 원자보다 가벼운 안정 동위원소로 알려져 있습니다. 분자량의 차이 때문에 기체 상태에서 일반적인 헬륨보다 밀도가 낮고, 끓는점 및 임계점 모두 헬륨보다 낮습니다. 끓는점에 있어서 액체의 밀도는 분자량으로부터 예측되는 것보다 더 낮고 증발열도 현저하게 낮다는 특징을 가지고 있습니다.

 

화석연료의 고갈과 심각한 지구온난화 문제로 다양한 종류의 대체에너지의 중요성이 대두되고 있습니다. 그중에서 미래 에너지 자원으로 떠오르고 있는 헬륨-3은 가장 이상적인 핵융합 발전의 원료로 평가되고 있습니다. 지속적인 태양풍으로 인해 고갈될 우려가 없으며, 일반적인 원자력 발전기보다 효율이 높으면서 방사능폐기물이 없어 친환경적이라고 합니다. 또한, 핵융합 시 방출되는 에너지는 전기로 가공이 가능하며 부산물로 헬륨-4가 발생하여 의료용 혹은 극저온 물질로 사용할 수 있을 것이라 합니다.

 

하지만 가장 큰 문제로 헬륨-3은 지구에 거의 없고 오직 달 표면에서만 채취할 수 있기 때문에 강대국들이 헬륨-3의 채굴을 시도하기 위한 달 개발 경쟁이 치열합니다. 미국, 러시아, 일본, 독일, 중국, 인도 등 최근 전 세계에서 달 탐사에 적극적으로 나서고 있는 것도 바로 이 헬륨-3 때문입니다. 에너지 전문가들은 화석 연료가 지금 추세대로라면 석유는 40년, 천연가스는 60년 뒤 고갈될 것이라고 전망하고 있으며 몇몇은 이를 대체할 획기적인 에너지원이 핵융합 발전이라 주장하고 있습니다.

 

핵융합 발전은 태양이 에너지를 만드는 것과 유사해서 '인공 태양’이라고도 불리며 이중수소와 삼중수소를 결합해 헬륨을 만들 때 손실되는 질량을 에너지로 이용하는 것이 기본 원리입니다. 여기서 헬륨-3가 주목받는 이유는 바로 그것을 삼중수소로 활용할 수 있기 때문입니다. 또한 헬륨보다 중성자 하나가 적은 헬륨-3은 핵융합시키기가 좋다고 합니다.

 

헬륨-3의 1g은 석탄 40톤과 맞먹는다고 하는데 이 양은 우주 왕복선이 약 30톤의 헬륨-3을 싣고 온다면, 이것만으로도 미국에서 1년 동안 사용하는 전력을 생산할 수 있는 양이며, 약 100톤의 양이면 전 세계가 1년간 사용할 에너지를 생산할 수 있다고 합니다. 또한, 헬륨-3을 추출할 때 우주기지의 유지 및 우주 탐험에 필요한 산소와 물, 수소까지 부산물로 얻을 수 있다고 합니다. 이만큼 효율성이 좋은 헬륨3의 가치는 1톤당 40억 달러나 되어 높은 가치를 나타내고 있지만, 달에서 헬륨-3을 처음 발견한 이후 지금까지 1g도 채집하지 못했으며 이러한 현상은 강대국들의 치열한 달 탐사 경쟁을 부추기는 원인이 되고 있습니다.