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원자력으로 자동차를 움직인다?

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2015년 04월 22일 14:29 프린트하기

 
Benz-Patent-Motorwagen-mit-Carl-Benz

칼 벤츠의 페이턴트 모터바겐 ⓒ 위키피디아

 

한 번의 주유로 평생 연료 걱정 없이 운전할 수 있는 자동차가 있다면 얼마나 편리할까? 1886년 칼 벤츠가 “말 없이 달리는 마차를 만들겠다”라는 생각으로 만든 최초의 자동차가 있었다.

바로 ‘페이턴트 모터바겐(Patent Motowagen)’. 우리말로 하면 ‘특허 자동차’라는 뜻이다. 사실 최초의 자동차는 1771년 프랑스 니톨라스 조셉 쿠노가 만든 증기기관 자동차이지만, 증기기관 자동차는 속도나 이동할 수 있는 거리에서 내연기관으로 제작된 페이턴트 모터바겐과 비교가

되지 않아 현대적인 자동차의 시초는 칼 벤츠의 페이턴트 모터바겐이라 할 수 있다.

 

루돌프 디젤 엔진

루돌프 디젤의 디젤 엔진 ⓒ 위키피디아

 

칼 벤츠의 페이턴트 모터바겐의 등장으로 사람들은 소나 말의 힘을 빌리지 않고도 더 많은 짐을 옮기고, 더 멀리 갈 수 있게 되었다. 하지만 여전히 불편함은 존재했다. 바로 자동차를 운전하려면 연료가 꼭 필요하다는 것이었다.

 

이후 내연기관을 연구하는 모든 과학자, 발명가들은 같은 연료로 더 큰 힘을 내고 더 멀리 가는 엔진을 만드는 것이 꿈이 되었다. 이를 실현하기 위해 다양한 시도와 연구가 진행되었고 엔진은 점점 더 강력하고 효율적으로 발전하게 되었다.

 

1893년 독일의 ‘루돌프 디젤(Rudolf Diesel)’이 발명한 디젤 엔진 역시 이런 노력의 일환이라 볼 수 있다. 당시 디젤 엔진은 휘발유 엔진보다 소음도 크고 진동도 컸지만 휘발유 엔진에 비해 적은 연료로도 동일한 힘을 낼 수 있어 새로운 형태의 엔진으로 주목받았다. 이후로도 2행정 기관, 스털링 엔진, 전기모터와 같은 다양한 형태의 엔진이 개발되고 연구되었다.

 

Ford_Nucleon

포드사의 뉴클레온, 원자력엔진은 자동차 뒤에 장착된다. ⓒ 위키미디어

 

하지만 모든 시도가 성공적으로 이루어진 것은 아니다. 몇몇 시도들은 상상으로만 끝나는 경우도 있었는데 이 가운데 가장 엉뚱한 시도를 든다면 원자력 엔진을 이용한 핵 추진 자동차를 들 수 있다. 1942년 이탈리아의 물리학자인 페르미(Enrico Fermi)를 통해 원자로가 공개된 이후 많은 사람은 원자력을 새로운 미래를 여는 꿈과 같은 에너지로 생각했다. 기존 석탄이나 석유와는 비교할 수 없을 정도로 강력한 힘을 냈고 적은 연료로도 오랫동안 안정적인 에너지를 얻을 수 있었기 때문이었다. 이 때문에 원자력이라는 새로운 에너지가 등장하면서부터 과학자나 공학자들은 원자력을 이용한 핵 추진 엔진 개발에 매달리기 시작했다.

 

이런 노력은 주로 군사 무기에서부터 현실화되기 시작했는데 이는 당시 냉전으로 서로 대립하던 미국과 소련이 상대보다 좀 더 강력한 무기를 보유하고자 했기 때문이었다. 미국의 경우에는 1952년 ‘ASTRON’으로 명명된 핵 추진 전차의 개발부터 시작해 본격적인 연구를 시작했고 1955년 세계 최초의 핵 추진 잠수함인 ‘노틸러스호’의 성공적인 개발에 이어 1961년에는 핵 추진 항공모함인 엔터프라이즈호가 첫 항해에 성공해 원자력 엔진에 대한 가능성 및 실용성을 검증했다. 이런 성공에 고무된 미국은 항공기에도 영원히 비행할 수 있는 항공기용 원자력 엔진 개발도 추진하였으나 몇 번의 시도에도 실패하고 말았다. 사실 잠수함이나 수상선박을 제외하고는 핵 추진 엔진 개발은 실패한 셈이다. 핵 추진 엔진이 너무 무거워 탱크나 비행기에 탑재하는 것이 매우 비효율적이었으며 바닷물을 이용할 수 있는 잠수함이나 선박을 제외하고는 원자로의 냉각도 매우 어려웠기 때문이다.

 

자동차의 경우에는 대부분 상상으로 그친 경우가 많았다. 원자력 엔진을 이용한 자동차의 개념은 1941년 캘리포니아 공과대학의 랭거(R.M.Langer) 박사를 통해 처음 등장했다.

랭거 박사는 당시 연구가 한참 진행 중이던 원자력을 이용해 자동차를 움직일 수 있다는 컨셉을 발표해 많은 관심을 받았다. 하지만 원자력 엔진의 소형화 및 방사능 차폐 문제 때문에 실제 개발에 착수되지는 않았다. 이후 노틸러스 핵 추진 잠수함 개발 성공에 고무되어 다양한 원자력 자동차들의 컨셉 모델이 발표되었다. 1957년에는 스투 팩커드사(社)에서 ‘아스트랄’이라는 원자력 컨셉카가 선보였으며, 1958년에는 소형 원자로를 장착해 주유 없이도 한번에 8,000km를 달릴 수 있는 핵 추진 자동차인 ‘뉴클레온(Nucleon)’이라는 컨셉트카가 등장하기도 했다. 하지만 랭거박사때와 마찬가지로 핵 추진 엔진의 소형화 기술 부족 및 안전성 때문에 추가적인 발전은 이루어지지 않았다.

 

토륨 자동차

캐딜락의 토륨 자동차. 한번 장착으로 100년간 급유 없이 달릴 수 있다. ⓒ 레이저파워시스템

 

그 이후로 핵 관련 기술은 눈부시게 발전했지만, 원자력을 이용한 엔진 개발은 이루어지고 있지 않다. 2009년 캐딜락 탄생 100주년을 기념해 제작된 핵 추진 ‘토륨 자동차’가 컨셉트카 형태로 대중에 선보여 많은 관심을 받기는 했지만 아직까지 상용화되지는 못했다. 여전히 원자력 엔진이 가지고 있던 문제들이 해결되지 않고 있기 때문이다. 하지만 이런 기술들이 해결된다면 핵 추진 자동차는 현재의 자동차뿐만 아니라 미래 자동차로 예상하는 전기차나 수소자동차와는 비교할 수 없을 만큼의 고효율을 가진 자동차로 주목받게 될 것이다.

 

* 본 기사는 한국원자력문화재단의 아톰스토리(http://atomstory.or.kr)에서 발췌한 내용입니다.


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