헬륨-3(3He) / 인류가 달에 가려고 하는 이유, 달 탐사의 목적, 미래의 에너지

헬륨-3

헬륨-3는 하나의 중성자와 두 개의 양성자로 이루어진 비 방사성 원소입니다.

헬륨-3의 원자구조

 

 

헬륨(He, 원자번호 2번)의 자세한 내용은 아래글 참고 바랍니다.

헬륨(Helium)원소의 특성, 추출, 역사, 용도

 

헬륨-3는 태양풍으로부터 방사되는데 태양풍을 타고 우주공간을 떠돌다가 지구에는 대기와의 마찰로 모두 타버리고 거의 없습니다. 달에는 대기가 없기 때문에 그대로 달 표면에 쌓여 있게 되죠.

달에 매장되어 있는 헬륨-3는 100만톤 이상일 것이라고 추정하고 있습니다.

달

 

헬륨-3의 열효율은 지구의 화석연료인 석유 1,400만톤과 헬륨-3 1톤이 같은 효율을 낼 수 있습니다. 달의 헬륨-3를 모두 가져온다면 전 세계 인구가 1만년 동안 사용할 에너지원을 확보할 수 있는 것이죠.

 

지구에서는 전 세계에서 1년에 2KG만 생산될 정도로 만들기도 쉽지 않습니다.

헬륨-3는 그만큼 구하기 어렵고 필요한 물질이기 때문에 값어치로는 헬륨-3 1톤당 금 6톤과 같습니다. 지구의 화석연료는 언젠가는 고갈될 것이고 대체자원으로 필요한 자원 중 하나가 헬륨-3입니다. 미래에는 달 자원인 헬륨-3를 확보하기 위한 자원전쟁이 생길 수도 있을 것입니다.

그래서 인류는 달 탐사를 하고 달에 앞다퉈 가려고 하는 것입니다.

대한민국의 달 탐사 SF영화 ‘더 문’이 상영되기도 하였습니다.

더 문(The Moon, 2023)/ 영화 리뷰_스포주의

 

또한, 세계적 공동 달탐사 계획인 아르테미스 프로젝트가 진행 중입니다.

 

 

 

 

핵융합 발전

헬륨-3는 핵융합원자로의 핵심 원료입니다.

기존 원자력발전 같은 핵분열반응을 이용한 전력 생산은 편리하고 지속 가능하지만 방사능 폐기물이 배출되어 안전성이 문제 되고요.

헬륨3를 사용하면 기존원자로의 5배이상의 효율을 얻을 수 있으며 방사성 폐기물이 거의 발생하지 않습니다. 환경오염이 되지 않고 효율도 높은 친환경 에너지인 것이죠

달의 헬륨-3를 가져올 수만 있다면 인류의 에너지고갈 걱정은 없어질 것입니다.

달의 자원 채굴

또한 헬륨-3를 사용하여 전기생산을 하려면 헬륨-3를 사용하게 될 핵융합로가 필요합니다.

핵융합로는 현재 개발 단계이며 2055년쯤에나 개발이 완성될 것으로 예상합니다.

 

현재 개발 중인 핵융합로는 중수소와 삼중수소(tritium)를 반응시켜 큰 에너지를 얻습니다.

바닷물을 분해하면 소량의 중수소를 얻을 수 있습니다.

삼중수소를 얻을 수 있는 방법은 바닷물에서 얻을 수 있는 리튬에 핵융합 반응에서 얻을 수 있는 중성자를 충돌시키면 여기서 삼중수소가 발생합니다.

중수소와 삼중수소를 반응시켜 핵융합 하는 방식과 헬륨-3를 이용한 핵융합방식은 다음과 같은 차이가 있습니다.

삼중수소 핵융합- 리튬을 원자로에서 반응시켜야 얻을 수 있고 가격도 비쌉니다. 고속중성자 발생으로 소량의 방사능이 배출됩니다.

헬륨-3 핵융합– 핵융합 에너지 효율이 삼중수소보다 좋습니다. 또한 중성자가 발생되지 않아 방사성폐기물도 더 적게 발생합니다.

핵융합 발전과 인공태양 KSTAR

 

달에서 헬륨-3를 쉽게 가져올 수만 있다면 환경오염 없고 높은 효율의 전기생산을 안정적으로 할 수 있는 것이죠.