초전도체란 간단히 전기저항이 없어 전기를 매우 잘 흘려주는 물질이라고 생각하면 됩니다. 단지 이것 만으로도 세상을 변화시킬만한 힘이 있는 것인데요. 매우 낮은 온도에서만 초전도체현상을 볼 수 있는데 얼마 전 한국에서 상온초전도체를 개발했다고 발표를 해서 전 세계가 주목하고 있습니다.
초전도체란?
전도체는 전기를 잘 흘려주는 물질이라고 생각하시면 됩니다. 금속이 초전도체가 되면 초전도현상이라고 특별한 현상이 발현됩니다.
금속은 전기를 잘 흘려주는 물질이므로 초전도체의 한 종류입니다. 하지만 금속은 전기를 흘려줄 때마다 조금씩 열을 발생시킵니다. 이 열은 전기의 힘이 약해지는 원인이 되므로, 전기를 흘려주는 물질은 열을 최대한 적게 발생시키는 것이 좋습니다.
그래서 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 사용할 수 있습니다. 낮은 온도에서는 금속이나 다른 물질이 전기를 흘려줄 때 열을 거의 발생시키지 않기 때문입니다.
이렇게 전기를 흘려주는 물질이 열을 발생시키지 않으면, 전기의 힘이 약해지지 않고 계속 유지될 수 있습니다. 이것이 초전도체의 특징입니다.
그런데 며칠전 한국에서 온도를 떨어트리지도 않고 압을 가하지도 않은 상온에서 초전도 현상을 나타내는 합금을 개발했다고 발표를 합니다. 만약 이게 사실이라면 초전도물질 개발국이라는 타이틀과 함께 전 세계를 변화시킬 엄청난 사건입니다.
초전도체의 활용 분야
초전도체는 전기의 힘이 약해지지 않으므로, 많은 분야에서 유용하게 사용될 수 있습니다.
의료 분야에서는 초전도체를 이용한 자기 공명영상 (MRI) 기계가 있습니다. MRI 기계는 인체 안에 있는 장기나 병을 자기장을 이용하여 보여줍니다.
이때, 초전도체가 자기장을 강하게 만들어주므로, 보다 정확하고 선명한 영상을 얻을 수 있습니다.
에너지 분야에서는 초전도체를 이용한 전력 변환 및 저장 시스템이 있습니다. 이 시스템은 전력을 송전하거나 저장할 때 에너지 손실을 최소화하여, 에너지 효율을 높여줍니다.
교통 분야에서는 초전도체를 이용한 리니어 모터카가 있습니다. 리니어 모터카는 바퀴가 없고 자기력으로 공중에 떠서 움직이는 차량입니다. 이때, 초전도체가 자기력을 강하게 만들어주므로, 빠르고 부드럽게 운행할 수 있습니다.
상온초전도체가 전기산업에 미치는 영향
상온초전도체는 전기산업에 매우 큰 영향을 미칠 수 있는 기술입니다.
전력망: 저항으로 인한 전선의 손실이 없어져서 전력의 효율과 안정성이 높아집니다. 또한, 스마트 그리드와 같은 지능형 전력망을 구축하는데 도움이 됩니다.
스마트그리드란? (jbnu.ac.kr)
스마트 그리드: 전력망에 정보통신기술을 접목하여, 전력공급자와 소비자가 양방향으로 실시간 정보를 교환하고 에너지효율을 최적화하는 차세대 전력망. 에너지 낭비를 줄이고, 신재생에너지의 보급을 확대하고, 온실가스 배출을 감소시키는 등 에너지와 환경 문제에 대응할 수 있는 기술입니다.
스마트 그리드는 또한 전력산업의 패러다임을 공급중심에서 수요중심으로, 중앙집중에서 지역분산으로, 100년 전 기술에서 전력IT 기술로 변화시키는 제 2차 전력혁명이라고도 불립니다. 인공지능을 활용하여 전력수요 예측, 전력관리, 전력보안, 전력품질 개선 등 다양한 분야에서 혁신적인 서비스를 제공할 수 있습니다.
스마트 그리드는 국가, 기업, 개인의 입장에서 모두 중요한 가치를 가지고 있으며, 미래의 에너지 문제를 해결할 수 있는 핵심 기술입니다.
에너지 저장: 에너지를 저장하고 변환하는 과정에서 에너지 손실을 최소화할 수 있습니다. 예를 들어, 초전도체를 이용한 초전도자기에너지저장장치 (SMES)는 대용량의 에너지를 장기간 보관하고 순간적으로 방출할 수 있는 장치입니다.
초전도 에너지 저장장치(SMES)
초전도자기에너지저장장치 (SMES)는 전기저항이 0인 초전도 코일에 전류를 흘려 자기 에너지 형태로 전기 에너지를 저장하는 장치입니다. 이 장치는 전력계통에 필요한 에너지를 빠르고 효율적으로 충방전할 수 있으며, 부하 평준화, 주파수 조정, 계통 안정화, 신재생 에너지 보완 등 다양한 용도로 사용됩니다.
자기부상열차: 자기부상열차의 성능과 경제성을 향상시킬 수 있습니다. 자기부상열차는 초전도체가 만들어내는 자기장으로 바퀴가 없이 공중에 떠서 움직이는 열차입니다.
상온초전도체가 적용되면 냉각 비용이 줄어들고, 자기장의 강도가 증가하여 속도와 안정성이 높아집니다.
자기부상 열차의 원리
자기부상 열차의 원리
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양자 컴퓨터: 양자 컴퓨터의 성능과 신뢰성을 높일 수 있습니다. 양자 컴퓨터는 초전도체를 이용한 양자 비트 (qubit)라는 정보 단위로 연산을 수행하는 컴퓨터입니다.
상온초전도체가 적용되면 양자 비트의 수와 안정성이 증가하여 복잡한 문제를 빠르게 해결할 수 있습니다.
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상온초전도체에 대한 연구는 아직 초기 단계이며, 학계에서 검증과 재현이 필요합니다. 하지만 상온초전도체가 실현된다면 전기 산업은 물론 다른 산업에도 혁신적인 변화를 가져올 것으로 기대되는데, 만약 우리나라에서 개발된다면 아마 세계를 이끄는 초선진국이 될것입니다.
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