(1) 상온 초전도체는 무엇일까?
초전도체란 전력전달시 전기저항이 0인 물질을 말한다. 통상 영하 200도나 초고압 상태에서 간혹 실험실 수준의 초전도 현상이 있으나 상온에서 동작하는 초전도체는 모두들 경악하는 기술이다.
1. 전력량은 P * t 로 표시된다. 통상 전기차 배터리 100kWh 는 100k Watt 전력을 1시간 저장하거나 사용할수 있는 량을 의미한다.
2. 여기서 P = V^2/R 혹은 I*V 또는 I^2*R 로 표시한다.
초등학교 지식이 가물가물한 분을 위해 첨언하면 V 는 전압, I 는 전류, R은 저항이다.
3. R 이 제로가 되면 P=V^2/R 공식에서 P가 무한대가 된다.
4. 수학적인 무한대와 공학적인 무한대는 다르다. 수학에서는 그야말로 무한대나 구골 10^100 같은 큰수를 말한다.
5. 그에 반에서 공학에서는 큰수를 무한대라고 한다. 예를 들어 마이크로초나 나노초 입장에서는 1시간은 무한대이다. 축전기의 충방전 시간이 마이크로초인데 한시간 방전하면 얼마 남았나? 이런건 공학적 측면에서는 계산할 필요가 없다. 그냥 무한대의 시간이 지나서 제로라고 보면 된다.
6. 그래서 초전도라는 개념도 전기저항이 제로라는 것보다는 통상의 전기저항 보다 수천분의일 이라면 그런것도 일종의 초전도 현상이나 초전도체로 볼수 있다.
7. 그게 무슨 초전도냐 이렇게 항의하면 할말이 없다. 공학은 원래 그렇다. 수학적인 무제한은 물리량이 수반되는 세상에서 불가능하다. 예전에는 빛이 무한대의 속도를 가졌다고 생각했다. 그런데 그게 초속 30만킬로의 속도로 가고 우주 이끝에서 저끝까지 빛의 속도로 가도 천억년이 걸린다. 실제 세상의 무한이란 이런것이다.
8. 공학에서 전기 저항 0은 바라지도 않는다. 차라리 안정적으로 일반 구리선의 몇천분의 일이라면 의미가 크다. 저항은 열을 발생시킨다. 앞서 P=I^2*R 에서 R 이 작다면 열 발생량이 작고 이 열이 상온에서 방열 가능한 수준이라면 전력 전달에 혁명이 일어나게 된다.
(2) 상온 초전도체로 할 수 있는 것
9. HVDC는 전압을 높여서 직류전송을 한다. 전압이 +/- 800kV 에 7200M watt 를 전송한다. 일반 송전선 가까이 갈때 형광등에서 빛이 나는것은 60Hz 교류에서 발생하는 유도전력 때문이다.
10. 이것을 직류로 전송하면 교류에 의한 임피던스 저항이 감소한다. 직류로 전송할때 가장 큰 문제는 저항성분이다. 저항이 수천분의 일이 된다면 전력전달거리가 현재의 수천배도 가능하다는 말이다.
11. 원전이나 풍력 태양광 발전의 문제는 전력전달이다. 즉 발전원과 수도권 간의 거리가 워낙 멀고 비용이 비싸고 민원이 폭주해서 송전탑은 민원의 불씨다.
12. 이것을 HVDC로 유선 원거리 전송을 하게 된다면 세상이 변하게 된다. 일단 제주도는 송전과 수전 불일치로 일년에 200번 태양광과 풍력 발전기가 멈춰야 한다. 전력이 남으면 육지로 보내야 하는데 이런 시스템이 안되어 있는 것이다.
13. 상온 초전도체가 상품화 되면 일본과 쓰시마섬에 HVDC로 전력을 전달하거나 전달 받을 수 있다. 제주도는 120km 쓰시마섬은 50km로 쓰시마섬을 중계로 일본과 전력외교가 가능하다.
14. 토요일이나 휴일에는 수요부족으로 원전 가동을 뭠춰야 하는 상황이다. 알다시피 원전은 필요에 따라 가동을 하거나 정지 시키거나 그런 발전소가 아니다. 수소 전기분해 같이 말도안되는 경제성이 부족한 걸 시도하는 이유가 시간에 따라 남는 전력 때문이다.
15. 상온 초전도체가 나오면 HVDC로 일본 중국 러시아와 글로벌 해저 전력망 구축해서 에너지 비용을 절감해야 한다.
16. 우리나라 예산 1/3을 에너지수입에 사용하고 있다. 이 비용을 1/10로 줄이게 된다면 우리나라 국민소득 10만불 가까워 진다.
17. 참고로 노르웨이는 피요르드 구조로 수력발전이 98%다. 국민소득이 10만불 넘는다.
18. 초전도체 다른것은 모르겠고 ... 경제 발전한다. 일본, 중국, 러시아, 북한을 어떻게 믿느냐고 말하면 촌놈된다.
19. 이게 일본 중국으로 끝나지 않는다. 일본 중국등은 실증사업이고 이게 본격화 되면 호주 대서양 알래스카 등등 전세계를 연결하는 글로벌 스마트 그리드 사업에 진입할 수 있다.
20. 촌놈 소리좀 하지 말아라. 일본 중국간 해저터널 뚫고 물류 인력 중간기지 되면 우리나라는 섬나라에서 더불 역세권된다. 부동산에서 맹지와 더불역세권 가격차이는 십만배다.
21. 이거 되면 특별히 고생안해도 기본소득 연간 삼만불도 줄수있다. 인건비가 비싸지고 물가가 오르겠지만 ...
22. 덧글
왜 이런 기술은 우연히 발견될까? 나는 이런것은 사람의 노력보다는 하늘에서 주는 기술이 아닐까 생각한다.
신재생에너지, 원전, 전기차와 AI 의 가장 큰 문제는 사용 전력이다. 이런 문제를 해결하려면 상온 초전도체가 필요한데 통상의 사람들은 잘 모르고 전문가도 불가능 하다고 생각한다.
(3) 상온 초전도체로 무엇을 할 수 있는 것2
1. 상온 초전도체는 자동차용 배터리로 사용할 수 없다. 그 이유는 초전도체가 렌즈의 법칙에 따라 자성을 갖고있기 때문이다. 즉 상온초전도체 축전기로는 자동체 배터리를 대체할 수 없다.
2. 자동차가 이동을 하면 자성체가 움직이는데 자성체가 움직이면 주변에 유도기전력이 발생한다. 이 에너지는 결국 자동차의 배터리가 공급해야 하는데 효율이 감소하고 주변에 자기장 교란과 각종암 등등등 민원이 발생한다.
상온 초전도체는 자동차용 배터리를 대체할 수 없다고 본다.
3. 정지해 있는 초전도체 코일에는 에너지 저장이 가능하다. 에너지가 전류가 AC 교류가 아닌 DC 직류 전송에 따른 전자기력으로 보존된다.
4. 레일건 같은것에는 쉽게 사용할 수 있다. 레일건으로 사용하려면 초전도체 자석이 필요한데 상온 초전도체는 레일건에 적용이 가능하다.
5. 레일건에 순간적으로 파워를 공급하려면 초전도체 전자기력 축전기가 딱 맞는다. 좋은 기술을 전쟁무기부터 사용되는게 좀 찜찜하지만 우리 무기가 강해져야 미, 중, 소, 일 강대국 사이에서 억압받지 않는다.
6. 초전도체는 우주선에도 사용할 수 있다. 작용 반작용의 힘이 우주선에 적용되는데 입자를 초전도체를 사용해서 가속시켜 방출하면서 추진력을 얻게된다.
7. 자동차가 도로위를 떠 다니면 타이어의 마찰저항이 감소한다. 진동이 감소된 승차감은 덤이다.
8. 초전도체가 자성체위에 떠있는것을 마이즈너 효과라고 한다. (나도 요즘 초전도체 자료를 보다 배움)
9. 어떤 물체에 자석을 갖다대면 붙기도 하고 안붙기도 한다. 철 이런것은 쩔걱 붙고 구리나 물 유리 이런것은 안 붙는다.
10. 이런 특징에 따라 강자성체 상자성체 반자성체가 분류된다. 철 같은 물질은 강자성체로 자석을 갖다대면 철 물질의 전자 스핀이 자력선 과 수직으로 정렬한다. 자석을 떼도 이런 정렬된 스핀은 어느정도 유지하기 때문에 자석 옆에 있던 철은 자석같은 효과를 얻는다.
11. 상자성체는 스핀과 물질의 전자스핀 정렬이 약하게 반응한다.
12. 반자성체는 초전도 물질의 대표적인 속성이다. 반자성체는 자력선을 밀어내는 모습을 띈다. 그래서 자력선이 물질 내부로 침투하자 못한다. 이러면 자력선의 세기만큼 물질을 허공으로 띄우게 된다.
13. 아바타라는 영화에서 땅덩어리가 떠있는것은 언옵테늄이라는 초전도 물질인데 1kg에 260억이란다. 이걸 얻기위해 편도 5년을 잠자고 가서 나비족과 전쟁을 한다.
14. 초전도 물질에 자석을 갖다대면 전자스핀도 정렬하지 않고 반대방향에 전자력선을 내게된다. 이런 현상을 마이즈너효과 라고 한다.
15. 초전도체는 저항이 0이 되기 때문에 전압을 가하면 알반 도체와 같이 전류가 흐르게 된다. 일반적인 도체는 전자의 흐름을 방해하는 기전이 있어서 이런 전자가 원자핵과 충돌할때 열에너지도 전력 에너지가 감소한다.
저항이 0이 되면 전류를 아무리 많이 흘려도 열 발생이 없다.
16. 전류가 흐를때 전자기력이 발생하는것을 초등학교에서 렌쯔의 법칙이라고 배웠다. 렌쯔가 만든것은 아니고 이런 현상을 발견한 것이다. 앙페르(암페어)의오른 나사 법칙 FIB 뭐 이런게 생각난다.
17. 느브갓네살 왕 이라는 사람이 있다. 네브카드네자르 2세인데 이상한 꿈을 꾸엇다. 이 꿈에 나오는 신상은 머리는 황금, 가슴은 은, 배와 넙적다리는 철, 그리고 발은 철과 진흙이 섞여 있었다.
18. 황금은 앗시리아, 은은 바벨론, 철은 로마와 근대 미국까지 그리고 진흙과 철은 반도체와 세라믹 시대를 의미한다.
19. 납과 구리를 섞어서 굽는것은 일종의 세라믹과 구리다. 현대 문화는 기존의 철 문명 위에 인공지능 반도체 문명과 초전도체로 만들어 지는가?
출처 : https://twitter.com/brianchoi_tesla/status/1686508165037424646?s=20
