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[IT뉴스]2035년 ‘한국형 인공태양’ 가동, 핵융합 상용화 주도권 잡는다

온카뱅크관리자

2026-08-24 11:37:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> ‘지상의 태양’ 핵융합 에너지 원자핵 융합, 태양이 빛·열 내는 원리 “화석연료 대체 새 고효율 에너지원” 국가 경쟁 넘어 민간기업 투자도 활발 KSTAR ‘1억℃ 플라즈마’ 48초 유지 2년내 300초 도전, 지속 가능성 확보 2035년 한국형 핵융합로 완공 목표 
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 <img alt="국내 독자기술로 개발·운영중인 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’. [한국핵융합에너지연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ned/20260824113313875fulf.jpg" data-org-width="1280" dmcf-mid="uc0yCNFY53" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ned/20260824113313875fulf.jpg" width="658">
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 국내 독자기술로 개발·운영중인 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’. [한국핵융합에너지연구원 제공]
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 “꿈의 에너지가 현실로 다가온다.” 기후변화와 인공지능(AI) 확산으로 전력 수요가 폭증하면서 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합에너지가 차세대 에너지원으로 급부상하고 있다.
 미국과 중국, 영국 등 주요국은 물론 막대한 자본력을 앞세운 민간기업까지 뛰어들면서 핵융합 상용화 주도권을 둘러싼 경쟁도 달아오르고 있다.
 우리나라도 승부수를 던졌다. 정부는 과학기술 중심의 미래 대전환을 위한 국가 프로젝트인 ‘7대 SEED 프로젝트’에 핵융합을 포함하고 조기 상용화에 나선다. 2035년까지 ‘한국형 혁신 핵융합로’를 완공하고 2039년 실제 전력 생산을 실증한다는 목표다.
 ▶연료 1g으로 석유 8톤량 생산=핵융합은 태양이 빛과 열을 내는 원리를 지구에서 구현하는 기술이다. 중수소와 삼중수소처럼 가벼운 원자핵이 합쳐지면서 발생하는 막대한 에너지를 전력 생산에 활용한다.
 핵융합 연료 1g으로 석유 약 8톤에 해당하는 에너지를 얻을 수 있다. 욕조 절반가량의 바닷물에서 추출할 수 있는 중수소와 노트북 배터리에 들어가는 정도의 리튬만으로 한 사람이 수십년간 사용할 전기를 생산할 수 있다는 설명이다.
 바닷물에 풍부한 중수소와 리튬 등을 활용할 수 있어 연료 확보에도 유리하다. 발전 과정에서 탄소를 배출하지 않는다는 점도 장점이다.
 원자력발전과 달리 연쇄반응에 의존하지 않아 연료 공급이 끊기거나 플라즈마 유지 조건이 깨지면 핵융합 반응이 빠르게 멈춘다. 핵융합로에서 발생하는 방사성 폐기물도 대부분 중·저준위로 관리하는 것을 목표로 한다.
 오영국 한국핵융합에너지연구원 원장은 “석유자원의 고갈은 이미 예정된 수순이고 태양광과 풍력 등 재생에너지만으로 전체 에너지 수요를 충당하는 데도 한계가 있다”며 “화석연료가 담당하는 막대한 에너지 수요를 대체할 새로운 고효율 에너지원이 바로 핵융합”이라고 말했다.
 ▶美·中·英에 민간까지 치열한 경쟁=세계 각국의 움직임도 빨라지고 있다. 과거 정부와 국제공동연구 중심이던 핵융합 개발에 민간기업이 본격적으로 뛰어들면서 상용화 경쟁의 속도가 크게 빨라졌다.
 미국 핵융합산업협회(FIA)에 따르면 최근 1년간 전 세계 민간 핵융합 기업 56곳에 유입된 신규 투자금은 44억8000만달러에 달한다. 핵융합이 먼 미래의 기초연구에서 실제 전력 생산을 노리는 산업으로 빠르게 이동하고 있는 셈이다.
 미국은 2022년 핵융합에너지 개발을 가속하는 ‘대담한 10년 비전(Bold Decadal Vision)’을 내놨다. 커먼웰스퓨전에너지(CFS), 헬리온에너지, 퍼시픽퓨전 등 민간기업들도 막대한 투자금을 확보해 조기 상용화에 뛰어들었다.
 중국도 차세대 핵융합 실험장치 ‘BEST’를 건설하며 기술 확보에 속도를 내고 있다.
 영국 역시 ‘STEP(Spherical Tokamak for Energy Production)’ 프로젝트를 앞세워 핵융합 전력 생산 실증을 추진한다.
 특히 민간기업들은 거대한 실험로 하나를 오랜 기간 건설하는 기존 방식에서 벗어나 상대적으로 작은 핵융합 장치를 빠르게 제작하고 실험을 반복하는 전략을 택하고 있다. 핵융합 개발 경쟁이 ‘누가 먼저 전기를 만드느냐’는 속도전으로 바뀌고 있는 것이다.
 ▶KSTAR ‘1억도 300초’ 구현 도전=한국 핵융합 기술의 핵심은 초전도핵융합연구장치 ‘KSTAR’다. 우리나라는 2007년 최첨단 토카막 방식의 KSTAR를 국내 독자기술로 개발해 운영하고 있다.
 토카막은 1억도가 넘는 초고온 플라즈마를 강력한 자기장으로 진공용기 안에 가두는 장치다. 플라즈마가 용기 벽에 닿으면 순식간에 온도를 잃기 때문에 초전도자석으로 정밀하게 제어해야 한다.
 KSTAR는 플라즈마 중심 이온온도 1억도를 48초간 유지하는 데 성공했다. 태양 중심부 온도인 약 1500만도의 6배가 넘는 온도다.
 고성능 플라즈마 장시간 운전에서도 세계적 수준의 성과를 냈다. 미래 핵융합 실증로 내벽 소재로 사용될 텅스텐 환경에서 표준 고성능 운전방식인 ‘H-모드’를 102초 동안 유지했다. 다음 목표는 ‘1억도 300초’다.
 오 원장은 “늦어도 1~2년 안에 1억도 이상의 플라즈마를 300초 이상 유지·제어하는 기술을 확보하는 것이 목표”라며 “300초를 넘어선다는 것은 초고온 플라즈마를 시간 제약 없이 지속적으로 유지할 수 있는 가능성을 실험적으로 검증하는 중요한 단계”라고 설명했다. 이를 위해 KSTAR의 플라즈마 대향 내벽도 텅스텐으로 교체하고 있다. 미래 핵융합로가 텅스텐을 사용할 예정인 만큼 실제 핵융합로와 최대한 비슷한 환경에서 장시간 운전기술을 미리 확보하기 위해서다.
 ▶2035년 한국형 혁신 핵융합로, 2039년 전기 생산=한국은 프랑스 남부 카다라쉬에 건설 중인 국제핵융합실험로(ITER) 사업에서도 핵심 역할을 맡고 있다.
 ITER는 한국과 미국, 러시아, 유럽연합(EU), 일본, 중국, 인도 등 7개 회원국이 참여하는 세계 최대 규모의 초전도 핵융합 실험로다. 핵융합에너지의 과학·기술적 실현 가능성을 대규모 장치에서 검증하는 것이 목표다. 총 건설비는 약 217억4000만유로로, 2034년 연구운전 착수를 목표로 한다.
 한국은 전체 사업비의 9.09%를 분담하면서 9개 핵심 장치의 개발·제작·조달을 담당한다. 초전도 도체, 진공용기 본체, 조립장비류, 열차폐체 등 4개 품목은 조달을 완료했고 전원공급장치, 진공용기 포트, 블랑켓 차폐블록, 진단장치, 삼중수소 저장·공급 시스템 등도 제작·조달하고 있다.
 ITER 참여는 단순한 국제사업 분담을 넘어 국내 핵융합 산업 생태계와 기술력을 끌어올릴 기회로 평가된다. 실제 상용 핵융합 발전소 건설에 필요한 초전도, 초고진공, 극저온, 정밀제작, 전력공급 등 첨단 기술을 국내 연구기관과 기업들이 직접 개발하고 초대형 장치를 제작하면서 관련 경험과 기술을 축적할 수 있기 때문이다.
 이를 바탕으로 정부는 2035년까지 ‘한국형 혁신 핵융합로’를 완공하고 2039년 전력 생산을 실증한다는 청사진을 내놨다. ITER보다 작은 장치에 고온초전도 기술 등을 적용해 성능을 높이고 건설비용은 낮추는 전략이다.
 2026년부터 혁신 핵융합로 설계에 본격 착수하고 AI도 적극 활용한다. 기존에 10년가량 걸리던 연구개발을 1~2년으로 단축하는 ‘가속화 전략’을 통해 주요국과의 상용화 경쟁에서 앞서겠다는 구상이다.
 물론 넘어야 할 산도 많다. 1억도 이상의 플라즈마를 장시간 안정적으로 유지하는 기술부터 핵융합에서 발생한 열을 전기로 바꾸는 블랭킷, 삼중수소 증식·회수, 극한환경을 견디는 소재, 원격 유지보수와 핵융합로 통합 제어까지 풀어야 할 난제가 산적해 있다.
 오 원장은 “전남 나주가 핵심 기술 개발 인프라 부지로 선정된 것을 계기로 소형 핵융합로 핵심기술과 전력 생산에 필요한 블랭킷 연구 등을 위한 공간 확보에도 박차를 가할 계획”이라며 “KSTAR와 ITER를 통해 확보한 기술을 혁신 핵융합로로 연결해 핵융합에너지 상용화를 앞당기는 것이 중요하다”고 강조했다. 구본혁 기자
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