핵융합 발전의 향후 전망 및 과제

○ 핵융합 발전 투자가 증가하며 관련 시장 규모도 점차 확대되고 있음

• 미국 워싱턴에 소재하며 20개 이상 핵융합 기업을 회원으로 보유한 핵융합산업협회(FIA)의 연례 보고서에 따르면, 지난 7월 기준 최근 1년간 국제 핵융합 산업에 대한 민간 투자금액(공공자금이 투입되는 정부 프로젝트를 제외)은 26억 4천만 달러로 전년 대비 178% 증가하며 규모가 크게 확대되고 있음

- FIA는 인공지능(AI) 등 첨단 산업의 급격한 전력 수요 증가, 주요국의 에너지 안보 경쟁, 탈탄소 정책 등을 핵융합 투자 확대의 주요한 배경으로 지목

- 앤드루 홀랜드(Andrew Holland) FIA CEO는 “글로벌 경기 둔화 속에서도 핵융합 발전 투자가 확대된 것은 투자자 신뢰 회복, 기술 진전, 공급망 성숙의 신호”라며, “공공과 민간 협력 확대와 함께 핵융합이 과학의 영역을 넘어선 세계 산업 운동으로 진화하고 있다”라고 설명

- 다만, “자금 조달은 여전히 최대 과제”라며, 상업화 단계 진입을 위해서는 현재까지 투입된 자금의 8배에 달하는 투자가 필요할 것으로 추정한다며 안정적인 자금 조달의 중요성을 강조

• 이번 보고서에는 2021년 23개사 대비 2배 이상 늘어난 53개 핵융합 기업이 설문에 참여해 투자금액의 증가 효과로 스타트업들의 시장 진출도 활발해지고 있는 것으로 확인

• 마켓리서치는 민간 투자 증가로 핵융합 발전 산업 규모가 2023년 3,272에서 2033년 6,012억 달러로 2배 가까이 증가할 것으로 예상

- 현재는 실제 전력 판매 시장이 아니라 연구개발(R&D), 장비·부품, 기술 개발 생태계를 포함한 ‘잠재 시장’을 대상으로 규모를 추정하지만, 향후 상용화 단계에 접어들어 실제 전력 판매 시장까지 포함될 경우 산업 규모는 비약적으로 증가할 수 있음

○ 핵융합 발전에 대한 잠재력을 확인한 투자자가 다양해지면서 그만큼 상용화 시기도 앞당겨질 전망

• AI 시대가 도래하며 향후 막대한 전력이 필요할 것으로 예상되면서, 최근 미국을 중심으로 글로벌 빅테크 기업들이 핵융합 스타트업에 대규모 투자를 단행하고 있음

- 최근에는 딥테크(선도 기술) 중심의 벤처캐피털뿐 아니라 대기업, 공공 펀드와 준공공 펀드, 에너지 기업도 투자에 참여하며 투자자의 범위도 넓어지고 있음

• 투자를 받은 핵융합 스타트업들은 신생기업임에도 불구하고 공격적인 인재 영입과 과감한 기술 개발을 통해 빠르게 성장하면서 기술 상용화 시기를 앞당기고 있음

- 2023년 설립된 미국의 퍼시픽퓨전(Pacific Fusion)의 경우 빌 게이츠, 에릭슈미트(전 구글 CEO), 켄 그리핀(시타델 CEO), 브레이크스루에너지벤처스(빌 게이츠 펀드) 등 세계적 억만장자 및 글로벌 투자사가 대거 참여하여 9억 달러 이상을 유치

- 앞서 언급한 MIT 스핀오프 기업 커먼웰스퓨전시스템은 빌 게이츠ㆍ제프 베이조스ㆍ구글 등으로부터 20억 달러의 투자를 받았으며, 핵융합 시설 개발에 박차를 가해 2030년대 초 세계 최초 400MW급 핵융합 발전소 건설을 목표로 프로젝트를 진행 중

- 미국의 헬리온에너지(Helion Energy)는 오픈AI의 샘 올트먼 등으로부터 10억 달러를 유치했으며, 세계 최초로 마이크로소프트와 2028년부터 50MW 핵융합 전력 공급 계약을 체결

- 미국의 TAE테크놀로지스(TAE Technologies)는 구글, 쉐브론, 소프트뱅크, 스미토모 등 글로벌 투자사로부터 13억 달러 이상을 투자받고 에너지 저장·전기차 충전과 같은 전력 솔루션, 암 치료 등 여러 분야로 기술을 응용 중

- 독일의 마블퓨전(Marvel Fusion)은 지멘스에너지벤처스, 유럽혁신위원회(EIC) 펀드 등으로부터 1억 1,300만 유로(유럽 핵융합 스타트업에서 가장 큰 투자금)를 유치했으며, ‘레이저 기반 관성 핵융합(초고출력 레이저를 통해 극한의 온도와 압력으로 순간적으로 압축해 핵융합 반응을 일으키는 방식)’ 기술 상용화에 박차를 가하고 있음

• 2030 년대 핵융합 상용화는 이제까지 ‘실행 불가능한 이야기’였지만, 막대한 자금을 기반으로 기술 개발에 나선 스타트업이 늘어나며 조만간 ‘가능할 수 있다’라는 기대가 증가하고 있음

○ 핵융합 발전 상용화를 위해서는 플라즈마 불안정성 제어 등 해결해야 할 과제가 산적해, 앞으로도 많은 시간이 소요될 것으로 예상

• 핵융합 상용화를 위해서는 초고온·초장시간 플라즈마 운전 기술, 경제성 확보, 안전·규제 체계 마련이 필수적이므로 관련 기술 확보와 더불어 법안 정비가 필요

• 기술적으로는 최초 플라즈마 불안정성을 제어하기 위한 가열·냉각 기술, 삼중수소와 중수소를 안정적으로 공급하기 위한 기술, 내구성이 높은 합금 개발 등이 우선적으로 해결되어야 함

- 한국에서도 4차 핵융합에너지개발진흥기본계획(안)을 수립하고 핵융합 전력 생산 실증을 위해 우선적으로 해결해야 할 8대 핵심 기술 범위를 선정하고 개발 중

• 특히 실험 단계에서 기술적 난관이 해결되더라도 상용화 단계에서는 융합 반응에서 입력 에너지보다 출력 에너지가 더 많이 생산되어야 하므로 관련 기술 혁신도 요구됨

- ITER 프로젝트의 경우 에너지증폭계수(Q) 1을 넘기는 것을 목표로 개발이 진행 중

• 상업화 규모로 확대 시 열 관리, 냉각 시스템, 안전 메커니즘 통합이 복잡해지고 중성자 누출이나 사고 방지를 위해 보다 정교한 기술이 요구될 것으로 예상되어 상용화까지는 많은 시간이 소요될 것으로 예상

• 한편 관련 법규 및 안전 체계 마련을 위해 국가 간 안전 인증 상호 승인 체계 구축, 안전 및 폐기물 관리 기준 정비, 국제 규제 프레임워크 확립 등의 노력도 지속될 전망

- 영국 등 일부 국가에서는 이미 핵분열 발전과 핵융합 발전을 분리하는 규제 개혁을 추진