LK-99 (초전도체)에 대해

최근 LK-99 라고 불리우는 초전도체 개발을 국내에서 최초로 개발했다는 뉴스로 떠들썩 합니다.

LK-99 라는 이름은 이를 발견한 두 명의 이니셜을 따온 것으로 발견 연도인 1999년을 기준으로 명명한 내용입니다.

그 두명은 이석배(L)과 김지훈(K)를 합한 이니셜입니다.

2008년에 고려대 연구원들이 퀀텀 에너지 연구소를 설립하였고, 그 후 이석배는 퀀텀에너지 연구소 소장이 되었고 김지훈은 이 연구소의 R&E 디렉터를 맡았습니다.

LK-99 초전도체 - 마케팅리더십연구소

그러면 화두가 되는 초전도체는 도대체 무엇이길래 이 발견에 대한 뉴스가 시장을 떠들썩 하게 하는 것일까요?

 

초전도체 (Superconductor)란?

초전도체는 특정 임계온도(Tc) 이하에서 전기적 저항이 0이 되는 물질을 말합니다. 

이 상태에서의 전류는 에너지 손실 없이 무한히 흐를 수 있습니다. 초전도 상태는 1911년에 헤이케 카메르링 오네스에 의해 처음 발견되었습니다.

주요 특성
- 전기저항이 없음 : 초전도 상태에서는 전기적 저항이 완전히 없어져 전기 에너지의 손실이 없습니다.
- 마이스터 효과 (Meissner Effect) : 초전도체는 외부의 자기장을 내부로 들어오지 않게 완전히 배제하는 특성이 있습니다.
- 조세프슨 효과 : 두 초전도체 사이의 얇은 절연층을 통과하는 특별한 전류 현상입니다.

종류
- 1형 초전도체 (Type I Superconductor)

이것들은 임계자기장(Hc) 이하에서만 초전도 상태를 유지할 수 있습니다. 주로 순수 금속 또는 금속 합금으로 이루어져 있습니다. 예로, 납(Lead, Pb), 수은(Mercury, Hg) 등이 있습니다.
- 2형 초전도체 (Type II Superconductor)

이것들은 두 개의 임계 자기장 사이에서는 부분적으로 자기장을 내부로 허용하는 특성을 갖습니다.

대부분의 고온 초전도체는 이 유형에 속합니다.

 

이번 LK-99에 대한 개발 검증을 여러 유수의 대학과 연구기관들이 진행하면서 LK-99는 이러한 1형과 2형이 아닌 3형이라는 얘기까지 나오고 있는데 진실은 추후에 검증되겠지요. 

활용 분야
초전도체의 유니크한 특성 덕분에 다양한 분야에서 활용됩니다.
- 자기부상 기차 (Maglev Trains): 마이스너 효과를 활용하여 기차와 철도 사이에 자기부상을 일으키는데 사용됩니다.
- MRI (자기 공명 영상): 강한 자기장을 생성하기 위해 초전도 마그넷을 사용합니다.
- 가속기: 입자 가속기에서는 초전도체를 사용하여 고전류를 필요로 하는 강한 자기장을 생성합니다.
- 전력 저장 및 전송: 에너지 손실 없이 전력을 저장하거나 전송하는 데 사용될 수 있습니다.
- 양자 컴퓨팅: 초전도 회로를 사용하여 양자 비트를 구현하는데 사용됩니다.

 

문제점 및 연구 상황
초전도체의 가장 큰 문제점 중 하나는 상온에서의 활용이 어렵다는 것입니다. 

대부분의 초전도체는 매우 낮은 온도에서만 작동하므로, 액체 헬륨과 같은 냉각제가 필요합니다. 이는 비용과 효율성의 문제를 일으킵니다. 

 

그래서, 이번에 LK-99가 상온과 상압에서의 초전도체라고 결정지어진다면 위의 활용분야를 넘어서 정말 세상이 어떻게 될지 가늠이 되지 않을 정도의 변화가 올 것으로 생각됩니다.

 

상온, 상압에서 작동하는 초전도체의 개발은 혁신적인 기술로써 다양한 분야에 큰 영향을 미칠 것입니다. 

아래는 상온 초전도체의 활용 가능성에 관한 몇 가지 예시입니다.

1. 전력 전송 및 저장

전기저항이 없기 때문에 에너지 손실 없이 전력을 전송할 수 있습니다. 이는 전력 그리드의 효율성을 크게 향상시키고, 에너지 손실을 줄여 전력 비용을 절감할 수 있습니다. 또한, 초전도 에너지 저장 시스템 (SMES) 같은 장치로 에너지를 저장하고 필요할 때 빠르게 방출할 수 있습니다. 

2. 교통 수단의 혁명

자기부상 기차 (Maglev)와 같은 교통 수단에서 초전도자를 사용하면, 더 높은 속도와 효율성을 달성할 수 있습니다.

3. 의료 기기의 확대 및 가격 혁신

MRI와 같은 의료 진단 장비에서는 강한 자기장이 필요합니다. 상온 초전도체는 이러한 장비의 크기, 비용, 운영 온도 등을 개선할 수 있습니다.

4. 컴퓨터 및 반도체

초전도체는 초고속 스위칭 및 전력 손실 없는 전송을 가능하게 합니다. 이를 통해 더 빠르고 효율적인 컴퓨터와 반도체 장치를 개발할 수 있습니다.

5. 양자 컴퓨팅

현재 양자 컴퓨팅에서는 매우 낮은 온도에서만 작동하는 초전도 회로를 사용하고 있습니다. 상온 초전도체는 양자 컴퓨팅의 접근성과 활용도를 크게 향상시킬 것입니다. 어쩌면 우리 모두 양자컴퓨터를 하나씩 가지게 될 수도 있겠지요.

6. 가속기 및 고에너지 물리학

초전도 마그넷은 입자 가속기에서 중요한 역할을 합니다. 상온에서 작동하는 초전도체를 활용하면 가속기의 크기와 비용을 줄일 수 있습니다.

7. 모터 및 발전기

전기 모터나 발전기에서의 효율성 향상을 위해 초전도체를 사용할 수 있습니다. 특히 대형 산업용 장비나 풍력 발전기와 같은 분야에서 큰 이점을 가져올 수 있습니다.

8. 해양 및 항공 탐사

강한 자기장을 필요로 하는 해양 및 항공 탐사 장비에서의 활용 가능성이 있습니다.

상온 초전도체의 개발은 기존의 많은 기술과 인프라를 혁신적으로 바꿀 가능성이 있습니다. 

 

LK-99가 초전도체가 맞다 하더라도 혁신적인 재료를 대량으로 생산하고 상용화하는데는 여전히 많은 도전과 연구가 필요할 것입니다.