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미국 자원개발 업체 "헬륨에서 99% 순도 헬륨-3 회수 성공"
기계공학자 샘 헤이드(완쪽)와 화학공학자 브렌든 펠키(오른쪽)는 시애틀 본사에 위치한 인터루네의 극저온 연구소에 헬륨 누출 감지기를 설치하고 있다. /인터루네 제공
[투데이에너지 장재진 기자] 미국의 우주 인프라·자원개발업체 인터루네(Interlune)는 20일(현지 시간) 자사의 극저온 분리 기술 '콜드 캡처'가 상업용 A등급 헬륨에서 99% 순도의 헬륨-3(He‑3) 회수를 성공적으로 입증했다고 발표했다.
이 회사는 이 기술이 미국 내 헬륨-3 공급을 현재의 약 세 배 수준으로 확대할 잠재력이 있다고 설명했다.
인터루네는 2025년 초 첫 시연 이후 공군 AFWERX의 중소기업 혁신 연구(SBIR) 직접적 2상 계약을 통해 기술 고도화와 산업적 확장을 추진해왔다. 콜드 캡처는 기존 헬륨 액화 플랜트 인프라에 연동되어 극저온 증류 공정을 활용함으로써 일반 헬륨에서 극미량으로 존재하는 헬륨-3를 분리해 낸다.
인터루네 최고기술책임자 게리 라이(Gary Lai)는 "헬륨-3와 일반 헬륨은 화학적 성질이 거의 같아 분리가 쉽지 않지만, 콜드 캡처는 두 동위원소 간의 물리적 차이를 극저온 환경에서 정밀하게 이용해 대량 생산이 가능하도록 설계됐다"고 설명했다.
업계와 군·연구 분야에서 헬륨-3의 수요는 초전도 양자컴퓨터의 희석냉장고 운용 등으로 빠르게 증가 중이다. 현재 대부분의 지상 공급은 오래된 삼중수소 저장고의 붕괴 산물에서 나오지만, 비축량의 한계로 수요 확대를 충족하기 어렵다는 지적이 있었다.
인터루네는 미국 내 A등급 및 기체 헬륨 생산량(2025년 약 810억 리터 기준)에 콜드 캡처를 적용하면 연간 최대 약 2.5kg의 헬륨-3를 추가 확보할 수 있어 현행 국내 생산의 약 세 배 규모가 될 수 있다고 밝혔다.
재무 및 수급 측면에서 인터루네는 양자 냉동업체들과의 장기 구매계약을 포함해 총수억 달러대의 구속력 있는 주문과 2300만 달러의 벤처자금, 1800만 달러 이상의 비희석 정부 연구자금을 확보했다고 발표했다.
인터루네는 콜드 캡처를 지상 산업용 공급 확대 수단으로 활용하는 동시에, 동일한 극저온 분리 원리를 달 레골리스에서의 헬륨-3 채취에 적용해 향후 우주자원 상업화의 핵심 기술로 확장할 계획이다.
전문가들은 콜드 캡처가 헬륨-3 공급 다변화에 기여할 수 있다고 보면서도, 실제 상업적 확산을 위해서는 기존 헬륨 액화 공장과의 통합 비용, 운영 안전성, 극저온 공정의 에너지 비용 및 규제·수출통제 문제 등을 면밀히 검증해야 한다고 지적한다.
특히 헬륨-3가 군사·안보·첨단연구 분야에서 전략적 가치를 지니므로 대량 상업적 생산과 거래에는 국제·국내 규제 환경에서의 민감한 논의가 뒤따를 전망이다.
인터루네는 이번 성과를 단기적 수급 해소와 중장기적 우주자원 전략의 이정표로 제시하며, 향후 상용 파일럿 설비 확대와 해외 파트너십을 통한 공급망 확충을 추진하겠다고 밝혔다.
■ 용어 설명
ㆍ헬륨-3(He‑3)=헬륨의 동위원소 가운데 하나로, 원자핵에 중성자가 하나 없는 비방사성 동위원소. 초전도 양자컴퓨터의 냉각, 핵융합 연구 등에서 전략적·상업적 수요가 있음.
ㆍ콜드 캡처™=인터루네가 개발한 극저온 증류 기반의 헬륨 동위원소 분리 기술명. 기존 헬륨 액화 인프라와 연동해 헬륨-3를 회수하도록 설계됨.
ㆍ극저온 증류(cryogenic distillation)=매우 낮은 온도에서 물질의 상변화 및 증기압 차이를 이용해 성분을 분리하는 공정.
ㆍA등급 헬륨=상업적으로 유통되는 고순도 헬륨 등급 중 하나로, 산업용·의료용 등 다양한 용도로 사용되는 품질 분류.
ㆍ삼중수소(tritium)=방사성 수소 동위원소로, 시간이 지나며 베타 붕괴를 통해 헬륨-3를 생성함. 과거 비축분이 헬륨-3 공급원 역할을 해왔음.
ㆍ희석냉장고(dilution refrigerator)=절대영도 근처의 온도를 구현하기 위해 헬륨-3/헬륨-4 혼합물의 흡열·희석 현상을 이용하는 저온 장비. 초전도 큐비트 연구에 필수적임.
ㆍAFWERX=미 공군 산하 혁신 프로그램으로, 민간기업 연구개발을 지원하는 조직. SBIR 계약을 통해 인터루네의 개발을 지원함.
ㆍ레골리스(regolith)=달 표면의 느슨한 토양 및 암석 파편. 달 자원 채취의 대상지 중 하나로, 헬륨-3 함유 가능성이 논의되어 왔음.