‘꿈의 에너지’ 핵융합 현실화 언제쯤?···2040년엔 전력 생산 이뤄질까

[이데일리 강민구 기자] “고온초전도체 등 혁신 기술 개발 등이 이뤄지고 있기 때문에 앞으로 핵융합로 소형화를 통해 이르면 2040년대에 전기생산을 할 수 있다고 보고 있습니다.”

남용운 한국핵융합에너지연구원 KSTAR연구본부장은 지난 22일 핵융합연에 있는 초전도핵융합장치(K-STAR)를 설명하며 이같이 밝혔다. ‘한국판 인공태양’인 K-STAR는 오는 11월 실험을 앞두고 점검을 하고 있다. 지난 2008년 첫 실험 시작 이래 3만 4000번을 넘는 실험을 이미 성공적으로 마쳤다.

핵융합에너지는 태양에서 에너지가 만들어지는 원리를 모방해 중수소와 삼중수소의 핵융합 반응을 통해 에너지를 생산하는 것을 뜻한다. K-STAR가 이처럼 성공적으로 가동되면서 기반을 구축했지만, 첫 전기 생산까지는 갈 길이 멀다. 인공지능, 소재기술 등 요소기술과 함께 산업체가 발전해야 하고, 국제 핵융합 실증로인 ‘국제핵융합실험로(ITER)’의 성공적 건설과 운영도 함께 이뤄져야 하기 때문이다. 그럼에도 기술혁신으로 핵융합로 개발이 가속화되고, 핵융합 개발 주요국들이 민간과 협력해 2050년 이후에나 가능할 것으로 보였던 전력생산을 20년 앞당기기 위한 시도를 하고 있다.

한국핵융합에너지연구원에서 오는 11월께 실험을 준비중인 초전도핵융합장치 ‘K-STAR’.(사진=한국핵융합에너지연구원)

美서는 스타트업 쏟아져…2030년 상용화 도전도

우주에서 ‘뉴스페이스’라고 불리는 우주개발 민간화로 재사용발사체 기술 개발 등을 통해 기술이 발전한 것처럼 핵융합 연구 분야에서는 ‘뉴에너지’라고 불리는 민간 주도 바람이 거세다. 핵융합 스타트업들이 쏟아져 나오면서 2030년대에 핵융합의 가능성을 보여주겠다며 나서고 있다.

핵융합산업협회(FIA) 보고서에 따르면 현재 미국(25개), 영국, 독일, 일본, 중국(각각 3개) 등 전 세계에서 45개 핵융합 스타트업들이 등장했다. 이들은 기술혁신을 통해 이르면 2030년대에 핵융합으로 생성된 전기 생산에 도전하고 있다.

각국 정부에서도 마일스톤 프로그램(미국), 퓨전 2040 이니셔티브(독일), 국가핵융합혁신전략 수립(일본) 등을 기반으로 공공과 민간이 협력하는 파트너십을 구축하고 있다. 특히 영국은 2040년대 전력생산을 실현할 차세대 핵융합 실험장치(STEP) 건설을 추진하고 있고, 일본은 핵융합 조기 상용화를 위한 문샷 등 신규사업 투자도 추진하고 있다.

우리나라도 늦었지만 지난 22일 국가핵융합위원회에서 ‘핵융합에너지 실현 가속화 전략’을 의결하면서 핵융합 업계 기대감이 커지고 있다. 전략안에는 민관 기반 기술혁신, 산업화 기반 구축 등을 통해 핵융합에너지 실현을 앞당길 청사진이 담겼다.

[이데일리 문승용 기자]

[이데일리 문승용 기자]

예산·인력 모두 밀려…ITER 지연, K-STAR 한계 등도 숙제

핵융합 전문가들에 따르면 우리나라는 제조업 강국으로 핵융합에너지를 현실화할 주요국 중 하나다. 하지만 미국, 일본, 중국 등 패권국가들과 비교하면 인력, 예산 등이 부족하다. 과학기술정보통신부로부터 받은 ‘최근 5년간 핵융합 분야 정부 R&D 예산’ 자료에 따르면 우리나라의 핵융합 예산은 2021년(1954억원)을 정점으로 올해 1343억원으로 하락했다. 과기정통부는 올해 연말께 1조2000억원 규모 예비타당성 조사를 신청해 고온초전도자석 등 혁신형 핵융합로 핵심기술을 개발한다는 구상이지만 아직 확정되지 않았다. 연구기관 인력 통계상으로도 미국(1254명), 일본(720명), 중국(2300명)에 비해 우리나라는 436명에 불과하다.

한국을 포함해 전 세계 7개국이 프랑스 카다라쉬에 짓고 있는 국제핵융합실험로(ITER)의 건설과 운영 지연도 핵융합 실증을 위태롭게 만드는 요소 중 하나다. 코로나19로 인해 부품 수급에 차질이 생긴 와중에 일부 부품(세그먼트) 설계 과정에서 열 차폐체에 은을 도금하는데, 부식 문제로 열 차폐체를 새로 제작하기로 결정해 완공 일정이 2025년에서 2034년으로 연기됐다.

[이데일리 문승용 기자]

한국핵융합에너지연구원에 설치돼 실험에 사용 중인 K-STAR의 한계도 분명하다. 핵융합에너지는 삼중수소와 중수소 핵융합 반응을 통해 생성되는데 연구로인 K-STAR는 방사성물질 취급 등의 복잡함을 이유로 삼중수소를 취급하지 않아 삼중수소 활용 실험을 위한 의견을 모아야 하고, 후속 작업을 해야 한다.

오영국 핵융합연 원장은 “우선 K-STAR 운영과 ITER 사업 참여를 통해 엔지니어링을 강화하면서 향후 핵융합 로드맵 상에서 공론화해서 삼중수소 실험 등을 추진할 것”이라면서 “앞으로 핵융합로가 경제성을 갖춰나가도록 소형화 작업을 통해 건설비용을 줄이고, 에너지 효율을 높이는 방향으로 핵융합 에너지 실현을 앞당기겠다”고 말했다.