1g 수소로 석유 8t 얻는다…태양을 닮은 '핵융합 발전'

태양의 원리를 모방한 핵융합 발전을 현실화하기 위해 전 세계가 연구개발(R&D)에 속도를 내고 있다. 우주와 에너지 기술 연계가 점점 빨라지고 있는 것이다.

22일 미국 핵융합산업협회에 따르면 세계 핵융합 관련 기업은 지난해 43개로 2021년 23개, 2022년 33개에서 꾸준히 늘었다. 작년 이들 기업이 유치한 누적 투자 규모는 62억달러로 전년보다 14억달러 증가했다. 핵융합 기술의 실현 가능성에 베팅하는 기업과 투자자가 그만큼 늘어난 것이다. 핵융합 관련 기업을 보면 미국 기업이 25곳으로 가장 많았다. 세계 최대 방위산업 기업 미국 록히드마틴도 우주선과 항공기, 선박 등에 넣을 소형 핵융합 기기를 개발하고 있다.

핵융합은 중수소와 삼중수소가 고온 플라스마 환경에서 헬륨 원자핵으로 바뀔 때 아인슈타인의 상대성 이론에 따라 막대한 에너지가 방출되는 현상을 말한다. 핵융합의 원료인 중수소는 바닷물에서 쉽게 얻을 수 있다. 이론상 1g의 수소로 핵융합 발전을 하면 석유 8t에 달하는 에너지를 얻을 수 있는 것으로 알려졌다.

핵융합 발전은 여러 방식이 있다. 미국 마이크로소프트(MS)와 오픈AI, 록히드마틴 등은 소형 핵융합 기기 개발에 주력한다. 반면 한국은 유럽연합(EU)이 주도하는 초전도 토카막 방식의 거대 설비인 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트에 참여하고 있다. ITER은 200㎿급 전기 출력을 내는 핵융합 발전소를 건설해 2040년까지 운영하는 프로젝트다. 200㎿는 약 20만 가구가 쓸 수 있는 전력량이다. 두산에너빌리티, HD현대중공업 등이 ITER 기자재를 납품하고 있다. 업계에서는 초대형 설비인 ITER보다 미국이 채택한 소형 핵융합 방식이 더 빠르게 상용화될 것으로 보고 있다.

달, 화성 등 우주 행성에 지을 수 있는 원전인 초소형모듈원자로(MMR) 연구도 곳곳에서 진행되고 있다. 소형모듈원자로(SMR)는 기존 원전의 3분의 1에서 10분의 1 크기인데, MMR은 SMR의 10분의 1 이하라 초소형이라는 말이 붙었다. 이 정도로 작아야 우주선에 실을 수 있기 때문이다. 미국은 2018년 우주용 소형원자로 킬로파워를 개발했다. 일본 미쓰비시중공업은 2030년까지 MMR을 상용화하겠다는 계획이다.

김형규/이해성 기자 khk@hankyung.com