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한국형 초전도 핵융합 연구장치 ‘KSTAR’/한국핵융합에너지연구원 제공

[투데이에너지 이종수 기자]

핵융합에너지가 AI 시대에 필요한 무탄소 친환경 기저 전력을 제공할 차세대 전력원으로 주목받으며, 전 세계에서 30조 원 이상의 투자가 이루어지는 등 최근 폭발적 성장세를 보인다.

정부는 핵융합발전 실증 등 기술개발과 핵융합 스타트업 육성 등을 통해 핵융합에너지 선도국을 실현한다는 목표다. 최근 국내 첫 핵융합 스타트업이 450억 원 규모의 공급계약을 맺어 기대가 크다. /편집자주

핵융합은 가벼운 원자핵들이 융합해 무거운 원자핵으로 바뀌는 것이다. 원자핵이 융합하는 과정에서 줄어든 질량은 에너지로 변환되는데, 이를 핵융합에너지라 한다. 우라늄과 같이 무거운 원자핵이 깨지면서 감소하는 질량이 에너지로 변환되는 핵분열과 반대되는 개념이다.

높은 온도와 중력을 지닌 태양의 중심은 핵융합 반응이 활발히 일어난다. 하지만 지구에서 핵융합 반응을 만들기 위해서는 태양과 같은 초고온의 환경(플라즈마 상태)을 인공적으로 만들어줘야 한다. 지구에서는 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소의 핵융합을 통해 핵융합에너지를 얻는다. 또 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 유지할 수 있는 핵융합 장치가 필요하다.

핵융합에너지는 바닷물을 전기 분해한 중수소와 매장량이 풍부한 리튬을 핵융합로에서 변환해 얻는 삼중수소를 연료로 한다는 점에서 무한에너지인 동시에 탄소와 고준위 방폐물을 발생시키지 않고, 폭발의 위험도 없어 높은 안전성을 지닌 미래 에너지로 주목받고 있다.

특히 AI 데이터센터 등의 전력 수요가 급증할 것으로 전망됨에 따라 이에 대응할 수 있는 전력원으로 평가된다. 핵융합 발전로 안에서 일어나는 초고온 플라즈마의 핵융합 반응을 통해 생성된 중성자의 열에너지가 증기를 발생시키고, 그 증기가 터빈발전기를 돌려 전기를 생산한다.

글로벌 주요 국가 간 경쟁 치열

이미 글로벌 주요 국가 간 핵융합에너지 시장을 선도하기 위한 경쟁이 시작되었다.

미국은 2022년 핵융합 조기 상용화 실현을 위한 ‘담대한 10년 비전’을 선포하고, 2030년대 전력 생산 실현을 위한 민-관 협력 정책을 추진하고 있다.

중국은 2021년 국가 탄소중립 전략으로 2040년대 전력 생산을 위한 핵융합에너지 R&D 강화를 선포했고, 핵융합 발전소인 CFETR과 BEST를 2027년 완공할 예정이다.

일본은 2024년 핵융합에너지 개발 가속화를 위한 ‘통합 혁신전략 2024’를 발표했고, 그해 3월 핵융합 산업 비즈니스 창출을 목표로 J-Fusion을 설립했다.

영국은 2023년에 핵융합 발전소 STEP 건설과 핵융합에너지 개발에 관한 전략 ‘Towards Fusion Energy’를 발표했고, ‘Energy Act 2023’ 제정을 통해 STEP 등 핵융합에너지 시설 건설·운영 관련 불확실성을 해소했다.

마이크로소프트, 아마존, 구글, 엔비디아 등의 빅테크 기업들은 헬리온, 커먼웰스 등 핵융합 스타트업에 대한 투자를 확대하고 있다.

韓, 핵융합에너지 선도국 실현 나서

한국도 탈탄소 시대 핵융합에너지 선도국 실현을 위해 본격적으로 나섰다. 이미 한국형 초전도 핵융합 연구장치인 ‘한국형핵융합연구로(KSTAR)’의 건설·운영 경험과 국제핵융합실험로(ITER) 사업 참여를 통해 대규모 핵융합로 설계·제작·운영 기술을 축적했다.

과학기술정보통신부는 2024년 7월 22일 ‘제20차 국가핵융합위원회’를 개최해 △민-관 협력을 통한 핵융합 기술혁신 △핵융합에너지 산업화 기반 구축 △핵융합에너지 혁신생태계 조성이라는 3대 전략과 9가지 핵심 과제를 담은 ‘핵융합에너지 실현 가속화 전략(안)’을 심의·의결했다.

또한 2025년 12월 19일 ‘제22차 국가핵융합위원회’에서 이 전략을 구체화한 ‘핵융합 핵심기술 개발 로드맵(안)’을 심의·의결했다.

이번 로드맵을 통해 ‘한국형 혁신 핵융합로(전력 생산 실증로)’ 개발에 착수하고, 핵융합에너지 전력 생산에 필수적인 8대 핵심기술 확보를 추진해 기존에 2050년대로 설정되어 있던 국내 핵융합에너지 전력 생산 목표를 2030년대로 앞당겨 핵융합에너지 선도 국가로 도약하겠다는 비전을 제시했다.

올해 한국형 혁신 핵융합로 개발을 위한 설계기술 개발사업(2026년 21억 원 예산 투입)에 착수했다.

이처럼 정부의 정책 행보가 빨라지는 가운데 국내 최초 핵융합 스타트업이 의미 있는 성과를 거둬 주목된다.

인애이블퓨전은 이탈리아 핵융합장치 DTT(Divertor Tokamak Test)의 핵심설비인 진공용기를 DTT 프로젝트 컨소시엄(DTT S.c.a.r.l)에 공급하기로 하고, 지난 3월 23일(현지시간) 계약을 체결했다. 3년에 걸쳐 공급하는 이번 계약의 규모는 2600만 유로(약 450억 원)이다.

인애이블퓨전의 주도로 KSTAR와 ITER 사업 경험이 있는 국내 정밀제조업체 삼홍기계 및 하늘엔지니어링과 컨소시엄을 구성하고, 한국핵융합에너지연구원의 기술협력을 바탕으로 유럽 경쟁사들을 제치고 수주에 성공했다.

정부가 ‘핵융합에너지 실현 가속화 전략’을 통해 핵융합 관련 민간의 신생기업 창업과 시장의 조기 안착을 지원하기 위한 ‘K-Fusion Startup 사업’을 추진하기로 한 만큼 인애이블퓨전 같은 핵융합 스타트업이 글로벌 시장에서 경쟁력을 발휘할 것으로 기대된다.

출처 : 투데이에너지(https://www.todayenergy.kr/)