“구글이 먼저 전기 사갔다”…핵융합 발전소 상용화 성큼 작성일 06-07 30 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">美 핵융합 스타트업 ‘CFS’<br>상업용 발전소 ‘아크’<br>설계 근거 논문 5편 공개<br>MIT 등 58명 검증 참여</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="0Wo4ksvmSS"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="f22db4eebf7564daef652bdeff37d11af86f2f639f296e50e75cfc554c6dbf1e" dmcf-pid="pYg8EOTsvl" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="CFS가 짓고 있는 아크(ARC)의 모습 [사진제공=CFS]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070003346pocf.jpg" data-org-width="500" dmcf-mid="9uLfcmSrCr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070003346pocf.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> CFS가 짓고 있는 아크(ARC)의 모습 [사진제공=CFS] </figcaption> </figure> <div contents-hash="f2bd07a4864b3bbd391a8102e09f8b4cec720e0413162fd64050d8d311d5da1c" dmcf-pid="UGa6DIyOSh" dmcf-ptype="general"> 세계 최대 핵융합 스타트업인 커먼웰스퓨전시스템스(CFS)가 상용 핵융합 발전소 ‘아크(ARC)’의 물리학적 설계 근거를 담은 논문을 국제 학술지에 발표했다. 2030년대 초 가동을 목표로 추진 중인 세계 첫 전력망 연결 핵융합 발전소의 과학적 토대가 검증 단계에 들어섰다는 평가가 나온다. </div> <p contents-hash="ba1a32cc4966aa9ec70afe7733f3dee32234045899998c837581cf2098ad6be0" dmcf-pid="u9TkZ0B3vC" dmcf-ptype="general">논문은 국제 핵융합 학술지 ‘저널 오브 플라즈마 피직스(Journal of Plasma Physics)’ 특별호에 실렸다. 총 226쪽 분량에 저자 58명이 참여했는데, 이 가운데 3분의 2가 매사추세츠공대(MIT), 컬럼비아대, 캘리포니아대 샌디에이고(UCSD), 독일 막스플랑크 플라즈마물리연구소 등 외부 연구기관 소속이다. 브랜던 소봄 CFS 공동창업자 겸 최고과학책임자(CSO)는 사전 브리핑에서 “한 문장으로 요약하면, 우리가 아크 발전소를 짓는다면 그것은 작동한다는 것”이라며 “발전소의 과학적 토대가 견고하며 이에 대한 전 세계적 합의가 있다”고 말했다.</p> <p contents-hash="baa5b77866b4c453ec39e9718471c012e4cafd90825939a8375f209e6db2f5a1" dmcf-pid="72yE5pb0yI" dmcf-ptype="general">CFS는 2018년 MIT 플라즈마과학·핵융합센터에서 분사한 기업이다. 지금까지 약 30억달러(약 4조 6000억원)를 조달해 민간 핵융합 누적 투자의 약 3분의 1을 차지한다. 2021년 18억달러 규모 시리즈B에 이어 지난해 8억6300만달러를 추가로 유치했다. 구글은 버지니아주에 들어설 첫 ARC 발전소의 첫 상업 전력 구매 고객으로 참여했고 이탈리아 에너지기업 에니도 10억달러 이상 규모의 전력구매계약을 맺었다. 인공지능(AI) 데이터센터 확산으로 전력 수요가 급증하면서 빅테크와 전통 에너지 기업이 함께 핵융합에 베팅하고 있다.</p> <p contents-hash="fc8dfb4429aa166fc552d8bdfc74640edeeaaebc4f3c2e0573d345de2c48d56f" dmcf-pid="zVWD1UKpCO" dmcf-ptype="general">◆별의 에너지를 지상에서</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="4a8d7797e6985ec3e1cdcdc930e165c31104aa89b8c7dadc9f10f457ef234166" dmcf-pid="qfYwtu9USs" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="CFS 마그넷 공장의 모습 [사진제공=CFS]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070004614hvac.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="Xs40RLcnvH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070004614hvac.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> CFS 마그넷 공장의 모습 [사진제공=CFS] </figcaption> </figure> <div contents-hash="6107839fe6669a4c951e2caf376c960c408cdd70f421b03b3d01e7923f9889ef" dmcf-pid="B4GrF72uTm" dmcf-ptype="general"> 핵융합은 태양이 빛을 내는 원리를 지상에서 구현하려는 시도다. 가벼운 원자핵을 융합시켜 막대한 에너지를 얻는 방식으로 연료를 끊임없이 캐내야 하는 기존 발전과 달리 조건만 갖추면 거의 무한한 청정 에너지를 만들 수 있다. CFS가 택한 장치는 도넛 모양의 자기장 용기에 초고온 플라즈마를 가두는 ‘토카막’이다. 다만 플라즈마는 비눗방울처럼 다루기 까다로워, 수십 년간 안정적 제어가 상용화의 최대 난제로 꼽혀 왔다. 소봄 CSO는 토카막을 택한 이유로 축적된 연구 기반을 들었다. 그는 “전 세계에 150기가 넘는 토카막이 지어졌고 공개 문헌에 있는 핵융합 연구의 압도적 다수가 토카막에 관한 것”이라며 “우리는 이미 거인의 어깨 위에 서 있는 셈”이라고 말했다. </div> <p contents-hash="9d0960ec8b165759d5ca31d5e546cba14cb4df69457a6dd3653cfad206862812" dmcf-pid="b8Hm3zV7hr" dmcf-ptype="general">논문에 따르면 ARC는 약 1.1기가와트(GW)의 핵융합 출력을 만들어 400메가와트(MW)의 순전력으로 전환한다. 미국 가정 약 28만 가구가 1년간 쓸 수 있는 양이다. 발전소의 중심 반경은 4.6m로, 현재 매사추세츠주에서 짓고 있는 실증로 ‘스파크(SPARC)’보다 두 배 이상 크다. ARC 출력이 SPARC의 약 8배에 이르는 것은 새로운 물리 영역에 진입해서가 아니라 장치를 키운 결과로, 단위 부피당 출력은 두 장치가 같다는 게 회사 측 설명이다. CFS는 약 100건의 슈퍼컴퓨터 시뮬레이션을 동원해 발전소 설계 사상 가장 정밀한 모델링을 수행했다고 밝혔다.</p> <p contents-hash="16c61c8db5740db021a1e9b1d6205e5d339ce7154e2461ec77cadf2505c8ee13" dmcf-pid="K6Xs0qfzTw" dmcf-ptype="general">출력 수치에 대한 자신감의 근거로 소봄 CSO는 두 갈래의 검증을 제시했다. 그는 “기존에 지어진 장치들로부터의 외삽뿐 아니라 이를 뒷받침하는 제1원리 모델링까지 갖췄기 때문에 그 숫자에 매우 자신이 있다”며 “두 방식이 같은 답을 내놓는다는 점이 큰 확신을 준다”고 말했다.</p> <p contents-hash="454da94e29172c272dd7d05c20b42fe3836bcbc671715ab4153d20813fdfd7b1" dmcf-pid="9PZOpB4qvD" dmcf-ptype="general">ARC의 핵심 경쟁력은 고온초전도(HTS) 자석에 있다. 자기장이 강할수록 같은 성능을 더 작은 장치로 구현할 수 있는데, ARC는 플라즈마의 가장 뜨거운 지점에서 11.4테슬라의 자기장을 만든다. 지구 적도 자기장의 40만 배가 넘는 세기다. 소봄 CSO는 “자기장 세기는 성능과 안정성을 좌우하는 가장 큰 지렛대이며 자기장이 강할수록 플라즈마의 거의 모든 것이 좋아진다”고 설명했다. CFS는 2021년 대형 시제품 자석 시험에 성공하며 18억달러 규모 투자를 끌어냈고 이후 미 에너지부(DOE)도 자석 기술의 견고함을 확인했다. 그는 “당시엔 플라즈마 물리는 탄탄한데 그런 자석을 실제로 만들 수 있느냐가 미지수였다”며 “이제는 스파크를 켜기도 전에 자석 대부분을 만들었고 시험까지 마쳤다”고 말했다.</p> <p contents-hash="6c3eeef5b05eda1981b169c2fd3096c8a9cff89d57305bac76eed15dc09b01e3" dmcf-pid="2Q5IUb8BSE" dmcf-ptype="general">◆펄스로 돌리는데 전기는 연속</p> <p contents-hash="10e49375fc743e5f68f300912398fef668c4f748d2dd8d546c3ec145b4a8a50d" dmcf-pid="Vx1CuK6bWk" dmcf-ptype="general">5편의 논문은 각각 발전소 개요, 열·입자 배출, 플라즈마 붕괴 대응, 성능과 수송, 자기유체역학(MHD) 안정성을 다룬다. 핵융합은 플라즈마의 가장 뜨거운 영역에서만 일어나지만 장치 벽은 차갑게 유지해야 하는 이중 과제를 안고 있다. ARC는 ‘디버터’라는 영역으로 열과 헬륨을 배출하는데 아르곤, 네온 같은 기체를 소량 주입해 플라즈마가 벽에 직접 닿지 않도록 식히는 방식을 쓴다.</p> <p contents-hash="bd59e4d2150828b36026f2b1ee8da6c9205173357cab8eb9534a368ab243be07" dmcf-pid="ffYwtu9Uyc" dmcf-ptype="general">ARC는 플라즈마를 약 15분 켜고 1분가량 끄는 펄스 방식으로 운전하지만 발전소가 내보내는 전기는 연속적이다. 소봄 CSO는 이를 내연기관에 빗댔다. 그는 “가속 페달을 밟으면 차는 계속 앞으로 나아가지만 엔진 속 피스톤은 끊임없이 오르내린다”며 “플라즈마가 펄스로 작동해도 열을 머금는 용융염 블랭킷의 펌프 속도를 조절하면 전기는 끊김 없이 나온다”고 설명했다. 1억5000만도의 플라즈마가 순식간에 꺼지는 ‘붕괴’ 현상에 대해서도 CFS는 이를 완전히 막기보다 하루 한 번가량 발생해도 즉시 재가동하는 현실적 전략을 택했다. 소봄 CSO는 “이상적으로는 붕괴가 0이어야 하지만, 몇 번의 붕괴는 펄스를 한 번 일찍 끝내고 다시 시작하는 것과 비슷해 감내할 수 있다”고 말했다.</p> <p contents-hash="0641469b5fb1eb7d3bd2e72c2e930b0d6ccfd126b2bbce1c42caf9d087585916" dmcf-pid="44GrF72uSA" dmcf-ptype="general">연료 면에서도 ARC는 자급을 겨냥한다. 발전소를 둘러싼 용융염 속 리튬이 중성자와 반응해 삼중수소(tritium)로 바뀌고, 이를 다시 연료로 회수하는 구조여서 가동 초기 소량만 외부에서 확보하면 된다. 소봄 CSO는 “소비하는 것보다 조금 더 많은 삼중수소를 길러내 다른 발전소를 띄우는 씨앗으로 쓸 수 있다”고 말했다.</p> <p contents-hash="4274bdb6f49ad9d729c86ccf57e27e7b551921974a2bad9c036a7bcba5fc6da1" dmcf-pid="88Hm3zV7Wj" dmcf-ptype="general">◆“보수적으로 설계했다”</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="e93098f5e4c9a5d82d986e82b4b31bdb5916a7796d1e9eef996101b07efb7f33" dmcf-pid="66Xs0qfzhN" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="CFS의 토카막 장비 [사진제공=CFS]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070005914ltvx.jpg" data-org-width="700" dmcf-mid="3oTkZ0B3vv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202606/07/mk/20260607070005914ltvx.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> CFS의 토카막 장비 [사진제공=CFS] </figcaption> </figure> <div contents-hash="4b7560cb0c665d3b6c3c42138833c6dd159e479b7e78d490ed983d9e645e9d4f" dmcf-pid="PPZOpB4qSa" dmcf-ptype="general"> 다만 이번 논문은 ‘버전 3A’로 불리는 잠정 설계를 기반으로 하며 최종 설계가 아니라고 회사는 명시했다. 소봄 CSO는 “이 논문들이 ARC 설계의 최종본은 아니며 스파크에서 얻은 초기 학습을 최종 설계에 반영할 것”이라고 말했다. 그는 가장 큰 불확실성으로 MHD(자기유체역학) 안정성 영역을 꼽으며 “각 논문은 가장 큰 불확실성이 무엇이고 스파크에서 무엇을 배워 이를 줄일지를 다루고 있다”고 설명했다. </div> <p contents-hash="b2be896e8aa83502fb054df286a029249e61dedcfe1e1005e2cc0441af06c8dd" dmcf-pid="QQ5IUb8Byg" dmcf-ptype="general">그러면서도 발전소가 작동한다는 결론 자체는 견고하다고 강조했다. 소봄 CSO는 “우리는 플라즈마 물리 관점에서 ARC를 매우 보수적으로 설계했고 예상과 다른 결과가 나오더라도 오늘 시점에 여유를 갖도록 했다”고 말했다. 이어 “첫 호기는 최적화된 발전소보다 다소 과하게 지어질 것이고 그래도 괜찮다”며 “모든 불확실성에서 불리한 쪽에 놓이더라도 발전소는 여전히 작동할 것”이라고 했다.</p> <p contents-hash="7c6152fa2fbd0f8e73757b933f0116e84f3f99d5f2e79d7474602e08786a09c4" dmcf-pid="xx1CuK6bSo" dmcf-ptype="general">실제 성능이 설계를 웃돌 가능성도 열어뒀다. 핵융합 반응에서 나오는 알파입자가 플라즈마를 추가로 데우는 ‘연소 플라즈마’ 영역에 대해 소봄 CSO는 “개인적으로는 알파 물리가 토카막 성능을 크게 끌어올릴 것으로 낙관한다”면서도 “다만 실제 장치에서 입증되기 전까지 그 공을 미리 인정하지는 않겠다”고 선을 그었다. 발전소 수명은 25~30년, 진공용기는 1~2년마다 교체하며 그때마다 수개월간 가동을 멈춰야 한다고 회사는 설명했다. 비용에 대해 소봄 CSO는 “여러 시나리오로 회수 기간을 계산한 결과 핵융합 발전이 기존 발전원과 비용 경쟁력을 가질 수 있다는 결론을 얻었다”면서도 “이는 이번 논문의 범위 밖”이라고 덧붙였다.</p> <p contents-hash="22f821daa7b5e4d9cd5ad74f86f1894992fc782e5f85b827c71460d6361be348" dmcf-pid="yyLfcmSrWL" dmcf-ptype="general">◆핵융합 기업들, 기술검증 받아야</p> <p contents-hash="77761314aef72e090b0c5d8e83f9dc6487a66883d70ed70abf1eb75dc11cb2c0" dmcf-pid="WWo4ksvmhn" dmcf-ptype="general">소봄 CSO는 동료평가 논문 공개를 모든 핵융합 기업이 따라야 할 기준으로 제시했다. 그는 “역사적으로 핵융합에 대한 큰 약속이 실현되지 못한 것은 대개 공개와 동료평가의 엄정함을 거치지 않았기 때문”이라며 “플라즈마 물리를 공개하는 것이 얼마나 중요한지 아무리 강조해도 지나치지 않다”고 말했다. 다만 모든 것을 공개하는 것은 아니라고 선을 그었다. 그는 “진짜 지식재산은 자석을 어떻게 만드는지에 있다”며 “스페이스X부터 거대 제약사까지 모든 기업이 과학적 투명성과 지식재산 보호 사이에서 균형을 잡듯 핵융합 기업도 그래야 한다”고 말했다.</p> <p contents-hash="76ef41d24f417257af4ec79bc8f954e6d86f259ec62cde10f8f5543ce66bbf65" dmcf-pid="YYg8EOTshi" dmcf-ptype="general">CFS는 2020년 스파크 관련 논문 7편을 같은 학술지에 실었고, 당시 개요 논문은 현재까지 이 학술지에서 가장 많이 읽힌 연구논문으로 남아 있다. 실증로 스파크는 현재 75% 이상 조립이 끝났으며, 회사는 2027년 첫 플라즈마 점화를 목표로 하고 있다. 소봄 CSO는 “그 이후에는 가능한 한 빠르게 ‘Q>1’(투입한 에너지보다 더 많은 에너지가 나오는 상태)로 질주할 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="f91fdb7d4d7c9880e85a03cd825ff79ea0a4a44316524f54801fbdb60bada2ee" dmcf-pid="GUsLvH3GhJ" dmcf-ptype="general">샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 투자한 스타트업으로 화제가 됐던 또다른 핵융합 기업 헬리온 에너지도 지난 4일(현지시간) 시리즈G 투자에서 4억6500만 달러를 조달하며 기업가치 155억 달러를 기록했다. 헬리온의 누적 투자 유치액은 총 15억 달러로 늘어났다. 헬리온도 첫 상업용 발전소인 ‘오리온’ 건설을 추진 중이다. 회사는 2028년부터 마이크로소프트(MS)에 핵융합 전력을 공급한다는 목표를 제시하고 있다.</p> <p contents-hash="7f985b75b5053dbbb51777ed38283dff27791cf691b02a76f5bc911450233b61" dmcf-pid="HuOoTX0HWd" dmcf-ptype="general">최근 핵융합 업계에는 투자 자금이 빠르게 유입되고 있다. 포커스드에너지는 지난주 2억4000만달러, 테아에너지는 1억달러 투자 유치를 각각 발표했다. 올해 2월에는 이너시아에너지가 4억5000만달러 규모 시리즈A 투자를 공개했고 타입원에너지도 2억5000만달러 규모 시리즈B 투자 유치를 추진 중이다. 투자자들이 핵융합에 주목하는 이유는 AI 때문이다. AI 데이터센터 전력 수요가 폭증하면서 안정적으로 24시간 전기를 공급할 수 있는 차세대 에너지원 필요성이 커지고 있기 때문이다. 업계에서는 핵융합이 상용화될 경우 기존 화석연료와 원자력 중심의 수조달러 규모 에너지 시장 구조 자체를 뒤흔들 수 있다는 전망도 나온다. [실리콘밸리 원호섭 특파원]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 매일경제 & mk.co.kr. 무단 전재, 재배포 및 AI학습 이용 금지</p> 관련자료 이전 19세 안드레예바, 프랑스 오픈서 메이저 첫 우승 감격 06-07 다음 [KISTI의 과학향기]‘아기 땐 네발, 어른 되면 두발’…공룡의 걸음 진화 06-07 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
