의 안 번 호	제 4 호		심의 사항
심 의 년 월 일	2005. 12. 13. (제 19회)

국가 핵융합에너지개발 기본계획

국가과학기술위원회

제 출 자	과 학 기 술 부 장 관		오명
	산업자원부장관		이 희 범
제출년월일	2005. 12. 13.

1. 심의주문

□  태양에너지의 발생원리를 적용한 핵융합에너지를 21세기 중반까지 상용화하여 차세대 에너지원으로 확보하기 위한 “국가핵융합에너지개발기본계획(안)”을 별지와 같이 심의하고자 함

2. 제안이유

□ 우리나라가 2007.8 목표로 건설중인 “차세대초전도핵융합연구장치(KSTAR*)”와 세계 과학선진국과 공동 참여중인 “국제핵융합실험로(ITER*)” 프로젝트 등을 토대로 범국가적 차원에서 핵융합에너지를 상용화하기 위한 체계적인 연구개발 로드맵과 추진전략이 포함된 국가기본계획을 확정하려는 것임

* KSTAR : Korea Superconducting Tokamak Advanced Research

* ITER : International Thermonuclear Experimental Reactor

3. 주요골자

□ 2040년대 독자적인 핵융합에너지 상용화 기술 확보를 위한 3단계 기술 로드맵을 수립

- 1단계(‘06～‘10년)	: 핵융합에너지 개발을 위한 추진기반 확립

- 2단계(‘11～‘20년)	: 핵융합에너지기술 6대 강국진입 및 DEMO(실증로) 공학설계 능력 확보

- 3단계(‘21～‘35년)	: DEMO(실증로)를 통한 전기생산 실증 등 한국형 핵융합발전소 건설능력 확보

→ 이를 통해 2040년대 한국형 핵융합발전소 건설 착수 및 독자적인 핵융합에너지 상용화 기술 확보

□ 목표달성을 위한 4대 중점 추진과제 추진

○ 핵융합에너지 상용화를 위한 핵심ㆍ원천 기술 개발

- KSTAR, ITER를 통한 첨단 핵융합장치 제작기술 확보, 핵융합로 공학기술 개발 및 한국형 핵융합로 공학설계 능력 확보 등

○ 효율적인 국가 핵융합연구개발 인프라 구축

- 산․학․연 역량을 결집한 전문핵융합연구기관 육성 및 국제공동연구 활성화를 통한 첨단 정예인력 양성

○ 연구개발 과정의 파급기술을 이용한 신산업 창출 지원

- 극저온, 초전도, 초고진공, 초고온 등 첨단 극한기술을 기존의 기계, 재료, 전기, 전자 산업 분야에 활용

○ 『(가칭)핵융합에너지개발진흥법』을 제정을 통한 제도적 뒷받침

- 동 법에 의거 매 5년마다 세부 시행계획을 수립하여 추진

- 세부시행계획에는 핵융합에너지의 이용현황과 전망, 정책목표와 기본방향, 부문별 과제 및 추진방향, 대국민 이해 증진, 소요재원의 투자계획 및 조달에 관한 사항 등을 포함

4. 참고사항

○ 협 의

- 2005. 7. 26. 제5회 국과위 기획ㆍ예산조정전문위원회 심의

- 2005. 7. 29. 제20회 국과위 운영위원회 심의

○ 1995. 12월, KSTAR 완공을 목표로 한 국가핵융합연구개발기본계획 수립

국가 핵융합에너지개발 기본계획(안)

2005. 12. 13.

과 학 기 술 부

산 업 자 원 부

목  차

1. 핵융합에너지 개발의 필요성 ......................................... 1

2. 계획수립 배경 및 추진경위 ........................................... 2

3. 국내·외 핵융합에너지 개발 동향................................... 3

4. 우리나라 핵융합에너지 개발의 목표 ............................ 5

5. 국가 핵융합에너지 기술개발 로드맵의 설정................... 6

6. 4대 중점 추진과제............................................................... 7

7. 기대효과 ............................................................................ 12

8. 소요인력 양성 및 활용 .................................................. 13

1. 핵융합에너지 개발의 필요성

	핵융합은 대용량ㆍ고효율의 차세대 청정 에너지원
▷ 핵융합은 21세기 인류에너지 문제의 근원적 해결이 가능한 에너지원 ▷ 무한에너지로 깨끗하고 안전한 친환경 에너지원 ▷ 핵융합 기술은 첨단 과학기술의 융․복합체 기술

□ 태양에너지의 발생원리를 이용한 핵융합은 21세기 국가 에너지 문제를 해결할 수 있는 대용량 고효율의 에너지원으로 부상

○ 바닷물에 풍부한 중수소(D)와 핵융합로 안에서 자체 생성할 수 있는 삼중수소(T)를 융합하면 1그램으로 석유 8톤에 해당하는 에너지를 생성

※ 중수소는 바닷물 1 리터당 약 0.03 그램이 용존해 있으며, 삼중수소는 지각이나 바닷물에 다량 함유된 리튬을 핵융합로안에서 핵변환시켜 생성 가능

□ 핵융합은 친환경적이고, 안전한 대체 에너지원으로 입증

○ 온실가스와 고준위 방사성 폐기물 등 기존 에너지원이 지닌 문제를 극복할 수 있는 청정 에너지원

○ 핵융합반응은 제어가 실패되더라도 초고온 플라즈마 상태의 연료(D,T)가 노벽에 흡수되어 즉시 핵융합반응이 중단되는 근원적인 안전성 확보

□ 기술의 첨단화 및 고부가가치 신산업 창출에 기여

○ 핵융합기술은 첨단과학, 극한기술 및 원자력기술이 복합된 종합기술로 다양한 분야에 파급효과 창출

○ 국내 산업기술의 첨단화를 자극하여 고부가가치 신산업을 창출하는데 기여

2. 계획수립 배경 및 추진경위

가. 계획수립 배경

□ 21세기 새로운 에너지 환경변화와 국제적인 핵융합 연구개발 동향을 반영한 국가 핵융합연구개발의 방향을 재정립하여 추진

○ ‘95년 수립한 국가핵융합연구개발기본계획에 의거한 KSTAR 건설이 완공되어감에 따라 새로운 국가 핵융합연구의 개발목표 설정이 필요

※ 핵융합 선진국인 미국, 일본, EU 등은 2035년경 핵융합에너지 상용화를 위한 “Fast Track” 추진계획 수립

□ ITER 회원국인 우리나라는 ITER 참여효과를 극대화하고 선진국과의 기술개발 공조를 위한 새로운 연구개발 로드맵의 설정이 필요

⇒ 21세기 중반까지 우리나라도 핵융합발전에 의한 대용량의 전력생산기술 등 핵융합에너지 상용화를 위한 중․장기 국가핵융합에너지개발계획 및 구체적 추진전략 수립 필요

나. 추진 경위

○ 1995년 12월	: KSTAR 건설 및 ITER 참여를 목표로 『국가핵융합연구개발기본계획』 수립

○ 2005년 3～8월	:『국가핵융합에너지개발기본계획』수립을 위한 기획연구

○ 2005. 7. 8	: 공청회 개최(산학연 관계자 70여명 참석)

○ 2005. 7. 26	: 제5회 국과위 기획ㆍ예산조정전문위원회 심의

○ 2005. 7. 29	: 제20회 국과위 운영위원회 심의

3. 국내·외 핵융합에너지 개발 동향

가. 국외 동향

□ 지난 40여년간 선진국들의 연구로 차세대 에너지원인 핵융합에너지의 경제적 활용 가능성이 실증된 상태

○ EU의 대형토카막 JET에서 16 MW 핵융합에너지 달성(‘97)

○ 일본의 핵융합장치인 JT-60U에서 투입대비 출력에너지가 같은 에너지 분기점(Q=1)을 달성(‘98)

□ 세계적으로 핵융합에너지의 최종 공학실증단계에 진입하여 2040년대에 상용 핵융합발전소 건설이 이루어질 것으로 전망

* ITER : 열출력 500 MW, 에너지증배계수 Q > 10, 반응유지시간 > 400초를 목표로 하는 핵융합 기술의 공학적 실증로

* 미국은 ITER를 향후 20년간 과학기술분야 시설투자의 최우선 순위로 설정(’03)

○ 1988년부터 물리적, 공학적 검증을 위한 “다음 행보(Next Step)”로 국제핵융합실험로(ITER)* 건설을 추진(한국, 미국, EU, 일본, 러시아, 중국, 인도)

- ‘05. 6월 건설부지가 프랑스(카다라쉬)로 최종 결정됨에 따라 2006년부터 본격 건설에 착공되어 2015년경 완공 예정

※ 한국은 2003년 5월, 제12회 국가과학기술위원회에서 ITER 참여 결정

○ EU, 일본, 미국은 향후 35년 이내에 핵융합에너지 상용화를 위한 “Fast Track*” 계획을 수립(‘01～‘02), 시행 중

* Fast Track(지름길 계획) : ITER → DEMO(시범핵융합 발전소) → PROTO(초기 상업용 발전소)의 기존의 계획(총 50년 소요)을 단축하여, DEMO와 PROTO를 하나로 묶어 상용 핵융합발전소 건설을 35년 안에 달성하는 계획

나. 국내 동향

	우리의 핵융합연구개발 수준
○ “차세대초전도핵융합연구장치(KSTAR, 07.8월 완공예정)”의 개발을 통해 실험용 핵융합로 설계 및 제작의 기반 기술 확보 ○ G-5 수준의 원자력 기술(한국형 표준원전설계능력 확보 등)을 바탕으로 핵융합로 공학기술 개발여건 성숙

□ 우리나라는 1980년대부터 핵융합연구를 위한 기술추적을 지속 추진

○ 1990년대 대학ㆍ정부출연연구기관 등에서 중․소형 핵융합 연구장치 개발 및 운영을 통해 연구기반을 조성

□ 중간진입 전략의 일환으로『핵융합 연구개발 과제』를 선정(’95. 5), 운영

○ “차세대초전도핵융합연구장치(KSTAR)*” 건설을 목표로 한 국가핵융합연구개발기본계획 수립(’95. 12)

* KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) : ITER의 사양을 적용한 토카막형 초전도 핵융합연구장치로 핵융합반응 300초 지속을 목표로 운영 예정

□ 2003년 우리나라는 세계 핵융합연구의 중심인 “국제핵융합실험로(ITER)” 공동 건설프로젝트에 정회원으로 참여하여 공동개발 추진 중

※ 우리나라의 ITER 가입은 그간 KSTAR를 통한 초전도 도체, 대형진공용기 등 첨단 핵융합장치에 대한 우리의 기술력이 국제적으로 입증된 결과임

○ 미국, 일본, EU, 러시아 등 핵융합선진국이 지난 반세기 동안 보유한 연구개발 결과 등 공유 가능

○ 향후 핵융합에너지 원천기술 보유국의 위치확보가 기대

□ G-5 수준의 원자력 기술을 바탕으로 핵융합로 공학기술 개발여건 성숙

4. 우리나라 핵융합에너지 개발 목표

	달성 목표
▷ 핵심 핵융합기술 개발로 독자적 핵융합에너지 개발능력 확보 ▷ 핵융합발전소 건설기술보유국으로 세계시장에 주도적으로 참여 ☞ 지속가능한 친환경 국가 미래 에너지원으로 활용 ▷ 첨단 파급기술의 신산업 창출로 국민의 삶의 질 향상

□ 1단계(‘06 ～ ‘10) : 핵융합에너지 개발 추진기반 확립

○ 2007년 KSTAR 장치 완공 및 운영

○ ITER 장치 건설 참여로 핵융합로 장치기술 습득

○ 블랭킷 등 핵융합로 공학기술 개발 착수

○ 핵융합에너지 개발 추진체계 구축

□ 2단계(‘11 ～ ‘20) : 핵융합에너지 기술 6대 강국 진입

○ KSTAR 장치의 성능향상

○ 2016년부터 ITER 운영참여로 핵융합로 운영 및 제어기술 확보

○ DEMO(실증로) 공학설계 완료 및 핵융합로 핵심 공학기술 기반 확보

○ 최첨단 파급기술의 산업화를 통한 신산업 창출

□ 3단계(’21 ～ ’35) : 한국형 핵융합발전소 건설능력 확보

○ ITER 운영 및 부품시험을 통한 핵융합로 핵심 부품 개발

○ DEMO(실증로) 건설 주도하여, 2035년경 전기생산 실증

○ 2035년까지 한국형 핵융합발전소 공학설계 완성

⇒ 이를 통해 2040년대 한국형 핵융합발전소 건설을 위한 독자적인 핵융합에너지 상용화 기술 확보

5. 국가 핵융합에너지 기술개발 로드맵의 설정

1 단계	2 단계	3 단계

▷ KSTAR, ITER 프로젝트로 확보할 핵융합 노심 및 장치 기반기술과 핵융합로 공학기술개발 결과를 융합하여, 2035년경 DEMO 실증로에서 전기생산 실증, 2040년대 한국형 핵융합발전소 건설

KSTAR 완공(‘07) 및 운영

ㆍ정상상태 플라즈마 가열, 진단 및 제어기술 확보

ㆍITER 부속실험장치 및 ITER 기술의 시험장비(Test Bed) 역할 수행

ITER 완공(‘15) 및 운영

ㆍITER 건설단계에서 토카막형 핵융합로 장치기술 습득

ㆍITER 운영참여를 통해 핵융합로 노심 운영 및 제어 기술, 핵융합로 요소 기술에 대한 지식과 경험 축적

DEMO(‘35) 완공 및 운영

ㆍ2010년경 설계 시작 및 2020년경 건설 시작될 DEMO 프로젝트에 주도적 참여

ㆍ2035년경 DEMO에 의한 전기생산 실증

한국형 핵융합발전소

(2040년 이후)

ㆍ2035년경 한국형 핵융합발전소 공학설계 완성

ㆍ2040년대 상용발전소를 통한 대용량 전기 생산

핵

융

합

로

공

학

기

술

개

발

2006

2021

2011

2035

6. 4대 중점 추진과제

				◦ (가칭)핵융합에너지개발진흥법 제정 - 5년마다 세부시행계획 수립 추진 ◦ 국가핵융합에너지개발기본계획 수정․보완
○ 제도적 뒷받침

				◦ 차세대 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 운영 ◦ ITER 건설 및 운영 참여 ◦ 한국형(토카막형) 핵융합로 개발 ◦ 핵융합로 공학기술 개발
○ 핵융합에너지 핵심기술 개발
				◦ 전문 핵융합 연구기관 육성 ◦ 국제협력 강화 및 정예 인력양성
○ 핵융합에너지 개발 인프라 구축
				◦ 파급기술 실용화 ◦ 신산업 창출 지원
○ 파급기술을 이용한 신산업 창출 지원

ꊱ 핵융합에너지 핵심기술 개발

□ 차세대 초전도핵융합연구장치(KSTAR) 운영

○ KSTAR 운영을 통한 정상상태 플라즈마 제어 기술 확보

※ 초전도자석에 의한 300초 이상의 long-pulse 플라즈마 제어 운전기술을 통해 ITER 관련 플라즈마 운전 기술 개발 및 ITER에 적용

○ 핵융합 플라즈마 가열 및 진단기술 개발

○ 국제 공조 실험을 위한 원격운전, 원격제어 및 Grid 관련 기술 개발 및 이를 ITER 운전에 적용

⇒ KSTAR를 ITER Pilot Plant(보조 실험장치)로 지정하여 ITER 기술시험(Test Bed) 등 국제공동연구시설로 활용 추진

□ 국제적 핵융합프로젝트인 ITER 건설 및 운영에 참여

○ ITER 건설 참여를 통한 첨단ㆍ대형 핵융합장치 제작기술 확보

- 대형 초전도 자석, 열 차폐체, 냉각용 블랭킷 제작기술 등

○ ITER 운영을 통한 정상상태 플라즈마 연소 제어기술 개발

- 에너지증배율 10 이상, 열출력 500 MW급 핵융합 노심제어 기술

○ 파급기술의 산업화 확산

□ 핵융합로(Fusion Reactor) 공학기술 개발

○ 핵융합로 핵심기술 개발

- 증식용 블랭킷, 핵융합로 재료, 삼중수소 연료주기 기술 등

○ IFMIF*, 로공학시험로를 이용한 핵융합로 부품개발과 성능 검증

* IFMIF(International Fusion material Irradiation facility) : 국제핵융합재료물질조사시설

○ 핵융합로 시스템설계 및 평가기술 등 기술기반 확보

○ 열원 및 중성자원 이용기술 개발

□ 한국형(토카막형) 핵융합로 개발

○ DEMO(실증로) 설계, 건설 및 운영

- 전기생산 및 안전성 실증

○ 한국형 핵융합로 개발

- 한국형 핵융합로 공학설계 완성 및 건설능력 확보

※ 핵융합기술 로드맵에 따라 원자력기술과 핵융합 장치 공학기술과의 융합을 통한 종합적․체계적인 개발체계 구축

ꊲ 핵융합에너지 개발 인프라 구축

□ 핵융합연구개발의 중심 기관으로 “전문 핵융합 연구기관” 육성

○ KSTAR 사업단 등을 한국기초과학지원(연)의 부설기관으로 운영한 후 장기적으로는 산ㆍ학ㆍ연 전문가가 결집된 가칭 “핵융합연구소”로 독립적 운영 검토

○ ITER 등 대형 국제협력에 대한 국가적 대응기관으로 활용

○ 핵융합 전문 인력의 양성 및 훈련 기능 수행

○ 핵융합로 설계 및 제작 핵심기술 개발의 중추기관으로 발전

□ 선진 핵융합기술 도입을 위한 국제공동연구 참여 및 다자간ㆍ양자간 국제협력 강화

○ KSTAR를 국제 공동 연구시설로 활용하여 국내․외적으로 이용자 육성 및 연구의 수준과 질을 향상

- KSTAR를 ITER의 부속 실험장치로 활용 촉진

○ IEA* 및 IAEA*등이 주관하는 국제 공동협력 프로그램에 적극 참여하여 선진기술 조기 습득

* IEA : 국제에너지기구 (International Energy Agency)

* IAEA : 국제원자력기구 (International Atomic Energy Agency)

○ ITER 프로젝트 회원국과의 건설ㆍ운영 단계에서의 협력 및 비 ITER 회원국들과 특정분야에서의 전략적 협력 추구

□ 핵융합 정예ㆍ첨단 인력양성 및 활용

○ 핵융합 발전소 설계, 건설, 운영에 필요한 전문 인력양성 프로그램을 중․장기적 인력 수급에 맞추어 지속적으로 추진

○ 핵융합 원천기술 관련 학과, 연구기관에 핵융합 연구 분야 설치 및 각 연구 분야별 전문 연구개발 인력 양성

○ 산․학․연 간의 유기적인 인력 양성 및 유지 공조체제 수립, 핵융합 기술 인력 공동체를 수립, 탄력적으로 운영

□ 국민적 공감대 확보를 위한 홍보전략 마련

○ 근원적인 안전성 및 환경친화성에 바탕을 둔 홍보체제 구축

ꊳ 첨단 파급기술을 이용한 신산업 창출 지원

□ 파급기술의 실용화 촉진

○ 핵융합 파급기술들의 활용으로 국내 산업기술의 첨단화 및 고부가가치 신산업 창출의 전기를 마련

- 극저온/초전도 기술 : 의료용, 초전도 에너지 저장 시스템 등

- 재료/신소재 기술 : 방위산업 및 우주산업용 초고온 복합소재 등

- 고진공 기술 : 고 에너지 가속기, 청정 진공용기 등

- 고주파 에너지 기술 : 전력송신, 방위산업, 의료용 가속기 등

- 플라즈마 기술 : 반도체, 환경산업 등

- 중성자 공학 : 핵폐기물 처리, 동위원소 생산 등

□ 고부가 가치의 신산업 창출 지원

○ 첨단 ITER 조달품목 제작 전 분야에 핵융합 선진국 참여기업과 공동 참여 및 신산업 기술 공동 개발 적극 추진

○ 국내 경제기구 및 산업체 연합회에 대한 핵융합 원천기술 개발 동향 전달시스템 구축

○ 국내 산업체 강점기술 분야 발굴 및 핵융합기술 접목을 통한 신산업 창출 지원시스템 구축

ꊴ 핵융합연구의 특수성을 반영하기 위한 제도적 뒷받침 마련

□ 핵융합연구 관련법 제정

○『(가칭)핵융합에너지개발진흥법』을 제정하여, 국가적 핵융합에너지 연구개발을 위한 제도적 뒷받침

□ 『(가칭)핵융합에너지개발진흥법』을 근거로 매 5년마다 세부 시행계획을 수립하여 추진

○ 세부시행계획에는 핵융합에너지의 이용현황과 전망, 정책목표와 기본방향, 부문별 과제 및 추진방향, 대국민 이해 증진, 소요재원의 투자계획 및 조달에 관한 사항 등을 포함

□「국가 핵융합에너지개발 기본계획」의 수정․보완 추진

○ 기술개발 추세, 선진국 정책동향 등 여건 변화에 따라 단계별(5～10년 주기)로 점검하여 수정․보완

7. 기대 효과

□ 경제적 파급효과

○ 핵융합에너지 상용화 기술을 체계적으로 습득하고 핵융합발전소 건설을 위한 원천기술 보유국 위치를 확보하게 됨에 따라 향후 세계 핵융합발전소 건설 시장에 주도적 참여

○ 2050년부터 핵융합발전소가 신규 전력수요를 대체하여, 2070년대까지 1백만 kW급 핵융합발전소 60기 이상 건조시 국내 전력 수요의 30% 이상 담당 예상

2004년 발전설비 용량은 59백만 kW로 매년 2%의 전력수요 증가를 가정할 때, 2050년에는 발전설비 용량이 144백만 kW로 추정되며, 2070년에는 210백만 kW로 추정.

○ 핵융합에너지 상용화로 인한 온실가스 배출량의 급격한 감소로 환경 유지비용의 절감

□ 사회적 파급효과

○ 원천적인 안전성에 근거한 사회적 수용성과 신뢰성의 확보로 국민 신인도를 제고하고, 21세기 국가의 에너지 안보 확보

○ 파급기술의 실용화와 신산업 창출에 따른 고용창출 유발

※ 파급기술 분야로는 초고온재료, 초전도, 초고진공, 플라즈마, 수소에너지 생산 등을 예을 들수 있으며, 2020년부터 연간 약 1조원 이상 투자효과 기대

“국가원자력기술지도(NuTRM)-미래유망기술(비전 E)”, 과학기술부, 한국과학재단, 한국원자력학회 공동발간, 2005. 6.

□ 과학 외교적 파급효과

○ ITER 등 대형 국제공동프로젝트에 선진국들과 대등한 자격으로 참여하여 국가위상 제고

○ 핵융합에너지 개발 국가로서의 국민의 자긍심 고취

8. 소요인력 양성 및 활용

□ 2006년부터 2035년까지 핵융합에너지개발을 위해 필요한 소요 인원은 약 9,070 Man-Year로 예상(연간 약 300명 규모)

○ 현재 약 120명(출연(연), 대학교 포함)의 인력이 국내 핵융합연구개발프로그램에 참여하고 있으며 주로 플라즈마 핵융합 연구분야와 KSTAR 장치 개발 분야에 참여

○ 향후 핵융합에너지 상용화를 달성하기 위한 소요인력은 ITER 프로젝트 등 핵융합선진국과의 국제협력사업 참여 및 KSTAR 운영 등을 통해 정예 인력 양성 추진

□ 양성된 인력은 KSTAR 건설ㆍ운영, ITER 및 DEMO 프로젝트 참여, 한국형 핵융합로 기술개발 등에 적극 활용