탄소중립을 앞당길 핵융합 기술, 주요 국가들의 개발 현황

1. 탄소중립과 핵융합 에너지의 역할

탄소중립(Net-Zero)은 2050년까지 지구 온난화를 억제하기 위한 국제적인 목표로, 이를 달성하기 위해 각국은 화석연료 사용을 줄이고 청정에너지 기술을 개발하는 데 집중하고 있다. 태양광, 풍력 같은 재생에너지가 중요한 역할을 하고 있지만, 간헐성과 저장 문제로 인해 완전한 대체는 어려운 상황이다.

이런 가운데 핵융합(Fusion Energy) 기술이 탄소중립을 앞당길 해결책으로 주목받고 있다. 태양과 같은 원리를 활용하는 핵융합은 탄소를 배출하지 않으며, 기존 원자력(핵분열)보다 안전성이 높고 방사성 폐기물 발생이 적다는 장점이 있다. 이에 따라 미국, 유럽, 중국, 한국 등 여러 국가가 핵융합 연구에 막대한 투자를 하고 있으며, 최근 몇 년 사이 의미 있는 성과들이 발표되고 있다.

이번 글에서는 탄소중립을 위한 핵융합 기술의 중요성과 주요 국가들의 개발 현황을 살펴본다.

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2. 미국: 민간과 정부 협력으로 상용화 가속화

미국은 핵융합 연구에서 선두를 달리고 있는 국가 중 하나로, **국가점화시설(NIF, National Ignition Facility)**과 민간 기업 주도의 핵융합 프로젝트가 활발히 진행 중이다.

• NIF(국립점화시설): 2022년 12월, NIF 연구진은 **순 에너지 양(ignition)**을 달성하는 실험에 성공했다. 이는 핵융합 발전의 상용화 가능성을 높이는 중요한 성과로 평가된다.
• SPARC 프로젝트: MIT와 민간 기업인 **커먼웰스 퓨전 시스템즈(Commonwealth Fusion Systems, CFS)**가 공동으로 진행하는 프로젝트로, 초전도 자석을 활용한 고온 플라즈마 실험을 통해 소형 핵융합로 개발을 목표로 하고 있다.
• 헬리온 에너지(Helion Energy)와 테크토닉스: 여러 스타트업들이 새로운 방식의 핵융합 기술을 연구하고 있으며, 마이크로소프트 같은 기업들도 이에 투자하면서 산업적 가능성이 커지고 있다.

미국 정부는 2030년대 중반까지 핵융합 실증 발전소를 운영하는 것을 목표로 하고 있으며, 탄소중립을 앞당길 중요한 수단으로 핵융합을 적극 지원하고 있다.

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3. 유럽: 국제공동연구로 핵융합의 미래를 설계하다

유럽연합(EU)과 영국은 핵융합 기술 개발에서 국제 협력을 주도하는 지역으로, 국제핵융합실험로(ITER) 프로젝트와 영국 STEP 프로그램을 중심으로 연구가 진행 중이다.

• ITER(국제핵융합실험로): ITER는 프랑스 남부에서 진행 중인 세계 최대 규모의 핵융합 연구 프로젝트로, EU를 포함해 미국, 중국, 한국, 일본, 러시아, 인도가 참여하고 있다. 현재 ITER는 2025년 첫 플라즈마 점화를 목표로 하며, 성공할 경우 2040년대 상용화를 위한 기술적 토대를 마련할 수 있다.
• 영국의 STEP 프로젝트: 영국 정부는 2040년대까지 소형 토카막 방식의 핵융합 발전소를 구축하는 것을 목표로 하고 있다. 2022년에는 "컬럼 센터 오브 퓨전 에너지(UKAEA)"가 JET(Joint European Torus) 실험을 통해 기존 기록을 뛰어넘는 핵융합 반응 지속 시간을 달성한 바 있다.

유럽은 탄소중립을 위한 에너지 전환 과정에서 핵융합을 중요한 대안으로 보고 있으며, 국제적인 협력을 통해 기술 개발을 가속화하고 있다.

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4. 중국: 공격적인 투자와 독자적 핵융합 기술 개발

중국은 정부 차원의 강력한 지원을 바탕으로 핵융합 연구에 속도를 내고 있다. 현재 중국은 ‘인공 태양’ 프로젝트로 불리는 EAST(Experimental Advanced Superconducting Tokamak) 실험을 통해 세계적인 핵융합 기술력을 갖추고 있다.

• EAST 프로젝트: 중국은 2021년 12월, 핵융합 플라즈마를 1,056초(약 17분 36초) 동안 유지하는 데 성공하며 기존 기록을 대폭 경신했다. 이는 핵융합 발전의 실용화 가능성을 높이는 중요한 성과로 평가된다.
• CFETR(중국 미래 핵융합 실험로): 중국은 ITER 프로젝트에도 참여하면서 동시에 자국 내 독자적인 핵융합 실험로 개발도 병행하고 있다. 2035년까지 자체 실증로를 구축해, 2050년경에는 상용화를 목표로 하고 있다.

중국은 재생에너지와 함께 핵융합을 탄소중립 달성의 핵심 기술로 설정하고, 빠르게 연구개발을 진행하고 있다.

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5. 한국: K-핵융합 기술, 글로벌 무대에서 주목받다

한국 역시 핵융합 연구에서 세계적으로 주목받는 성과를 내고 있다. 특히, **KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Research)**는 세계 최장 시간 플라즈마 유지 기록을 연이어 갱신하며 기술력을 인정받고 있다.

• KSTAR 프로젝트: 2022년 11월, KSTAR는 핵융합 플라즈마를 30초 동안 1억 도 이상 유지하는 데 성공했다. 이는 상용화 핵융합 발전의 필수 기술 중 하나인 장시간 운전 기술을 확보하는 데 중요한 진전을 의미한다.
• 한국형 핵융합 실증로(K-DEMO): 한국은 2040년대 초반을 목표로 상용화 가능한 핵융합 실증로를 구축할 계획이다. 이를 통해 2050년 탄소중립 달성에 기여할 수 있는 기술적 기반을 마련하려 한다.

한국은 ITER 참여국 중 핵융합 연구에서 두각을 나타내며, 향후 핵융합 기술을 선도할 국가로 자리 잡을 가능성이 크다.

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6. 탄소중립을 위한 핵융합의 미래

핵융합 기술은 탄소를 배출하지 않으며, 원자력보다 안전하고 풍부한 연료 자원을 활용할 수 있는 차세대 에너지원이다. 미국, 유럽, 중국, 한국을 포함한 여러 나라들이 연구를 진행 중이며, 2030~2040년대에는 실증 발전소가 가동될 가능성이 높다.

핵융합이 본격적으로 상용화되면, 탄소중립 목표 달성은 물론, 에너지 위기를 해결하는 데에도 큰 역할을 할 수 있다. 다만, 여전히 기술적·경제적 난관이 남아 있어, 지속적인 연구개발과 국제 협력이 필수적이다.

앞으로 10~20년 동안의 연구 성과가 인류의 미래 에너지 방향을 결정할 중요한 변곡점이 될 것이다.