‘이대로 가면 도태…’ ‘꿈의 에너지’ 핵융합발전 R&D 빨라진다

대전 국가핵융합에너지연구원의 한국형 핵융합로(KSTAR) 토카막 내부 모습. [사진 국가핵융합에너지연구원]

‘인공태양’ ‘꿈의 에너지’라 불리는 핵융합발전에 대한 국내 연구·개발(R&D)의 발걸음이 빨라질 전망이다. 과학기술정보통신부는 22일 제20차 국가핵융합위원회를 열고 ‘핵융합에너지 실현 가속화 전략(안)을 심의·의결했다고 이날 밝혔다.

가속화 전략의 핵심은 기존에 추진해온 한국형 핵융합연구로(KSTAR)와 국제핵융합실험로(ITER) 계획의 기술을 넘어서는 혁신형 핵융합로를 설계하고, 이 설계를 뒷받침할 핵심기술을 개발하는 것이다. 구체적으로 핵융합 플라스마의 초고온 열을 견딜 수 있는 차세대 디버터와 핵융합 연료를 연속적으로 생산·공급할 수 있는 신개념 증식블랑켓 등을 개발하는 게 주된 내용이다. 또 민간 중심의 핵융합 산업기반을 조성하며, 이를 통해 핵융합 혁신 생태계를 조성한다는 계획이다. 이를 위해 KSTAR 및 ITER 예산과는 별도로, 2026년부터 10년간 총 1조2000억원 규모의 예산을 새로 투입할 계획이다. 과기정통부의 가속화 전략을 통한 기술개발이 성공적으로 추진되면, 이를 바탕으로 2030년대에 전력생산 100메가와트(MW)급의 혁신적인 소형 파일럿 핵융합 발전시설 건설에 착수해, 2040년대 완공과 함께 운전에 들어가는 계획도 검토 중이다.

오영국 한국핵융합에너지연구원장은 “최근 국내에도 인애이블퓨전(EnableFusion) 등 핵융합 스타트업들이 생겨나고 있다”며 “KSTAR와 ITER 제작에 참여해온 대·중소기업들의 경험도 있는 만큼, 이번 가속화 전략을 바탕으로 산·학·연이 함께 핵융합 생태계를 만들어 나갈 계획”이라고 말했다.

대전 국가핵융합에너지연구원의 한국형 핵융합로(KSTAR) 토카막 내부 모습. [사진 국가핵융합에너지연구원]

최근 글로벌 핵융합발전 생태계는 연구개발의 전환기를 맞고 있다. 공공이 주도하는 국제 공동 프로젝트 계획은 늦어지고 있는 반면, 민간 스타트업을 중심으로 개별 국가들이 2030년대 상용화를 내세우며 조기 개발 경쟁을 벌이고 있다. ITER는 한국을 비롯 미국·유럽·중국·일본 등 세계 7개국 정부가 참여하고 있는 국제공동 핵융합 프로젝트다. 애초 2025년 실험로를 완공하고 첫 플라스마를 생성한 뒤, 2035년 열출력 500MW급 핵융합실험로를 완전가동할 예정이었다. 하지만, 코로나19 펜데믹과, 부품 공급 문제 등으로 차질이 생기면서 계획이 다시 수년 뒤로 밀리고 있다. KSTAR는 2026년까지 1억 도의 플라스마를 300초까지 안정적으로 유지하는 기술을 확보하는 것 등을 우선 목표로 해왔다. 이 같은 계획에 따르면 한국 핵융합발전의 상용화는 2050년대에나 가능하다.

핵융합 스타트업이 가장 활발한 곳은 미국이다. 2030년대 초 전력생산 400MW급 핵융합발전 소형 토카막 건설을 선언한 커먼웰스 퓨전시스템 등 10개 이상의 스타트업들이 경쟁을 벌이고 있다. 핵융합산업협회(FIA)에 따르면 전세계적으로 최근 5년간 핵융합 스타트업이 40개 이상으로 급증했으며, 주요국인 미국과 영국 외에도 독일·프랑스·일본 등에서도 창업이 확대되고 있다.

대전 국가핵융합에너지연구원 외부 전경. 프리랜서 김성태

박상욱 대통령실 과학기술 수석은 “핵융합발전은 에너지의 새로운 시대를 여는 파괴적 기술”이라며 “한국은 독자 핵융합실험로인 KSTAR와 ITER 참여로 핵융합 R&D 선도국가 대열에 있어왔지만, 최근 미국·영국·중국 등을 중심으로 2030년대 상용화를 목표로 하는 핵융합 스타트업들까지 경쟁적으로 생겨나고 있어 민·관 협력형으로 거듭나지 않으면 글로벌 경쟁에서 낙오할 수밖에 없는 절박한 상황”이라고 말했다.

■ ◇핵융합발전

「 태양이 불타오르며 빛과 열을 내는 원리와 같아, 인공태양이라 불린다. 태양은 수소 원자핵들이 충돌해 헬륨으로 바뀌는 핵융합 과정에서 빛과 열 에너지를 내뿜는다. 핵융합발전의 경우 중수소와 삼중수소를 핵융합하는 과정에서 나온 열에너지로 물을 끓여 전기를 생산한다. 탄소가 발생하지 않고, 기존 원자력발전(핵분열)과 달리 고준위 방사성 폐기물이 생기지 않으며, 폭발 위험도 없기 때문에 청정 미래 에너지로 전 세계가 주목하고 있다.

」

최준호 과학전문기자, 논설위원 joonho@joongang.co.kr