AI 전력 수급 위해 인공태양 ‘핵융합’ 뜬다

샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 투자한 핵융합 스타트업 헬리온에너지가 개발 중인 핵융합 발전 장치의 프로토타입. 헬리온에너지 제공

중국발 ‘딥시크 쇼크’로 전 세계 인공지능(AI) 개발 경쟁이 더 치열해지는 가운데 미국 빅테크 기업들이 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 에너지에 앞다퉈 투자하고 나섰다. 향후 AI 데이터센터와 인프라 구축을 위해 막대한 전력이 소요되는 만큼 원자력 발전을 넘어선 차세대 에너지원을 선점하려는 의도로 풀이된다.

핵융합 에너지는 가벼운 원자들이 고온, 고압의 환경에서 하나로 합쳐지면서 발생하는 에너지로, 태양이 빛을 내는 원리가 바로 이 핵융합 반응이다. 태양이 엄청난 열을 뿜어내는 것처럼 핵융합 발전 기술이 성숙한다면 1g의 원료로 석유 8t에 해당하는 에너지를 낼 수 있다. 원전에서 발생하는 고준위 방사성 폐기물도 발생하지 않아 안전하며 폐기물 처리 비용도 적게 든다는 장점이 있다.

● 핵융합에 ‘베팅’하는 IT 거부(巨富)들

샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)가 투자한 핵융합 스타트업 헬리온에너지가 개발 중인 핵융합 발전 장치의 프로토타입. 헬리온에너지 제공

5일 관련 업계에 따르면 샘 올트먼 오픈AI 최고경영자(CEO)는 미국 핵융합 스타트업인 헬리온에너지에 지속적으로 투자하고 있다. 헬리온에너지는 지난달 4억2500만 달러(약 6162억 원)를 모금했다고 밝혔다. 이번 모금에는 올트먼 CEO를 포함한 기존 투자자를 포함해 재일교포 3세 손정의 회장이 이끄는 일본 소프트뱅크의 비전펀드도 참여했다.

앞서 헬리온에너지는 2023년 마이크로소프트(MS)와 전력 구매 계약을 체결한 바 있다. 2028년까지 핵융합 발전을 통한 전기 생산에 성공하겠다는 계획이다. 올트먼 CEO는 지난해 블룸버그통신과의 인터뷰에서 “(에너지) 돌파구 없이는 그곳(범용 AI)에 도달할 방법이 없다. 우리는 핵융합이 필요하다”고 강조한 바 있다.

미국 버지니아주에 건설 예정인 커먼웰스퓨전시스템(CFS) 의 핵융합발전소 조감도. CFS 제공

빌 게이츠 MS 창업자와 제프 베이조스 아마존 창업자도 가장 주목받는 핵융합 에너지 스타트업인 커먼웰스퓨전시스템(CFS)에 투자했다. CFS는 현재까지 약 20억 달러를 투자받은 것으로 추정된다. 지난해 말 핵융합 발전소의 부지로 미국 버지니아주 산업단지를 선정하고, 2030년대 400MW(메가와트)의 전기 생산을 하겠다고 발표했다. 1MW는 약 400가구가 사용할 수 있는 전력량이다.

● 핵융합 분야도 미중 패권 경쟁 치열

중국 안후이성 허페이 지역에 건설 중인 핵융합에너지 대규모 연구시설 ‘CFETR’의 조감도. 중국과학원 플라스마물리학 연구소 제공

대규모 투자금이 핵융합 산업으로 몰리면서 2040년 이후로 예상됐던 상용화 시점이 대폭 앞당겨질 것이란 전망이 나온다. 지난해 핵융합산업협회(FIA)가 핵융합 스타트업 35개를 대상으로 설문조사한 결과 2031~2035년 상용화를 예상한다는 응답이 가장 많았다.

이런 흐름을 감지한 중국도 빠른 속도로 미국을 추격하고 있다. 중국은 국가 주도로 핵융합 에너지 연구에 집중 투자하고 있다. 중국은 안후이성 허페이 지역에 핵융합 에너지 개발을 위한 대규모 연구시설 ‘CFETR’을 건설하고 있다. 2019년 9월 착공해 올해 말 완공될 예정이다. 중국은 이 시설을 통해 2040년대까지 200MW 규모의 핵융합 발전을 실증하는 것이 목표다.

다만 학계에서는 “시기상조”라는 의견도 나온다. 오영국 한국핵융합에너지연구원장은 “2030년대까지 핵융합 에너지를 얻는 것에는 성공할 수 있을지 모르나, 중요한 것은 효율성”이라고 지적했다. 핵융합 반응을 일으키려면 섭씨 1억 도 이상의 초고온 플라스마가 필요한데 이를 달성하기 위해 많은 전력이 필요하다. 그 때문에 현재까지는 투입되는 에너지보다 생성되는 에너지가 적은 일종의 ‘적자 상황’이다. 오 원장은 “그럼에도 핵융합 발전이 원전 이후 유력한 차세대 에너지원이기 때문에 막대한 자금을 투입하는 것”이라고 했다.

최지원 기자 jwchoi@donga.com