“태양을 땅에 짓는다”…‘핵융합 공급망’ 현대중·두산에너빌 주목받는 이유 [특파원 인사이트]

<플러스 포인트>
▶미래 에너지 핵융합 첫 상업발전소 가동 시점 2030년대 초중반 기대
▶빅테크와 대형 전력 수요자가 미래 수요자서 현재 금융 후원자로 변신
▶통합형 발전사업자와 공급망 기업을 함께 담는 ‘바벨 전략’이 더 현실적

핵융합 발전이 과학 실험의 단계를 넘어 공학적 상용화를 시험하는 국면으로 접어들고 있다. 다만 가장 앞선 기업들조차 첫 상업 발전소 가동 시점을 2030년대 초·중반으로 제시하고 있어 아직은 ‘완성된 산업’이 아니라 ‘대규모 실증 산업’에 가깝다는 평가가 나온다.

핵융합 ‘상업발전소’ 2030년대 첫 가동

핵융합은 가벼운 원자핵 두 개가 합쳐지며 무거운 핵으로 바뀔 때 나오는 에너지를 이용한다. 태양이 빛과 열을 내는 원리와 같다. 지상 장치에서는 주로 수소의 동위원소인 중수소와 삼중수소를 연료로 쓴다. 두 원자핵은 모두 양전하를 띠어 서로 밀어낸다. 이를 결합하려면 연료를 섭씨 1억 도(℃) 이상으로 가열해 전자와 원자핵이 분리된 ‘플라즈마’ 상태로 만든 뒤, 강력한 자기장이나 레이저로 가두거나 순간 압축해야 한다. 가장 널리 연구되는 방식은 도넛 모양 장치에 플라즈마를 가두는 ‘토카막’이다. 커먼웰스퓨전시스템스(CFS), 영국 토카막에너지 등이 이 방식을 개발한다. 이 밖에 꼬인 자기장을 쓰는 ‘스텔러레이터’, 레이저로 연료를 압축하는 ‘관성 핵융합’, 플라즈마를 충돌시키는 방식 등이 경쟁하고 있다.

핵융합의 장점은 연료가 풍부하다는 점이다. 중수소는 바닷물에서 얻는다. 발전 과정에서 이산화탄소를 직접 배출하지 않고 태양광·풍력과 달리 날씨에 좌우되지 않는 안정적 전원으로 쓸 수 있다는 기대도 크다. 기존 원자력과 비교하면 대형 사고 위험도 상대적으로 낮다. 핵분열은 연쇄반응이 이어지지만 핵융합은 온도와 압력 조건이 무너지면 반응이 즉시 멈춘다. 수만 년 관리해야 하는 고준위 폐기물도 나오지 않는다. 다만 중성자가 장치 내부 재료를 방사화할 수 있고 삼중수소도 방사성 물질이어서 ‘폐기물이 전혀 없는 에너지’로 보기는 어렵다.

반응 성공과 발전소 성공은 달라

가장 큰 기술적 장벽은 ‘반응 성공’과 ‘발전소 성공’의 간극이다. 미국 로런스리버모어국립연구소는 연료가 흡수한 에너지보다 많은 핵융합 에너지를 얻는 ‘점화’에 성공했다. 그러나 이는 발전소 전체가 쓴 전력보다 많은 전기를 생산했다는 뜻이 아니다. 레이저·냉각·제어장치가 소비한 에너지까지 더하면 투입이 훨씬 크다. 상용 발전은 발전소 전체 기준으로 에너지 이익을 내야 한다. 초고온 플라즈마를 짧게 유지하는 데서 나아가 장시간 안정적으로 운전하는 것, 1억 도(℃) 플라즈마와 고에너지 중성자를 견딜 소재를 확보하는 것도 과제다.

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