핵융합 발전의 최대 난제, 새로운 해법 등장

핵융합 발전의 가장 큰 걸림돌은 단순하지만 치명적이다. 핵융합 반응을 시작하는 데 드는 비용이 생산된 전력을 팔아서 얻는 수익보다 높다면, 아무리 깨끗한 에너지라도 의미가 없다.

Commonwealth Fusion Systems는 수천억 원을 투자해 거대한 원자로를 건설 중이지만, 내년에야 가동될 예정이어서 아직 답을 알 수 없다. 하지만 최근 설립된 Pacific Fusion은 다른 접근법으로 이 문제를 해결할 수 있다고 주장한다.

레이저 대신 전기로, 비용 1000억원 절약

Pacific Fusion이 추진하는 방식은 '펄서 구동 관성 구속 핵융합(ICF)'이다. 작은 연료 펠릿을 압축해 핵융합 반응을 일으키는 원리는 미국 국립점화시설(NIF)과 비슷하지만, 레이저 대신 강력한 전기 펄스를 사용한다는 점이 다르다.

전기 펄스가 만드는 자기장이 연필 지우개 크기의 연료 펠릿을 둘러싸며, 1000억분의 1초 안에 압축시킨다. "더 빠르게 압축할수록 더 뜨거워집니다"라고 Pacific Fusion의 공동창립자 키스 르시엔이 설명했다.

문제는 지금까지 이 과정에 레이저와 자석을 이용한 '예열' 단계가 필요했다는 점이다. 전체 에너지의 5~10%에 불과하지만, 이를 위해 필요한 레이저 시설 비용만 1000억원을 넘는다.

알루미늄 두께 조절로 해결한 기술적 난제

Pacific Fusion은 샌디아 국립연구소에서 진행한 실험을 통해 이 문제의 해법을 찾았다고 발표했다. 연료 펠릿을 감싸는 실린더 설계를 조정하고 전류를 미세하게 변경해, 큰 전기 펄스 전에 자기장이 조금씩 스며들어 연료를 예열하는 방식이다.

핵심은 플라스틱 연료를 감싸는 알루미늄 층의 두께를 조절하는 것이다. "알루미늄 두께를 변경하면 자기장이 연료에 도달하는 정도를 조절할 수 있습니다"라고 르시엔은 설명했다. 필요한 제조 정밀도는 .22구경 총알 케이스 수준으로, 100년 이상 축적된 기술이다.

이 방법으로 추가 에너지 소모는 전체의 1% 미만으로 거의 무시할 수 있는 수준이다. 하지만 레이저 시설을 없앨 수 있다면 비용 절감 효과는 상당하다.

2030년대 상용화, 현실적일까?

대부분의 핵융합 스타트업들은 2030년대 초중반에 첫 상용 핵융합 발전소를 가동한다는 목표를 세우고 있다. Pacific Fusion의 접근법이 성공한다면 기존 방식보다 저렴한 비용으로 핵융합 발전을 실현할 수 있을 것이다.

핵융합 발전은 24시간 내내 대량의 전력을 생산하면서도 기존 전력망 운영자들에게 익숙한 방식으로 전력을 공급할 수 있다는 장점이 있다. 태양광이나 풍력과 달리 날씨에 영향받지 않는 안정적인 청정에너지원이 될 수 있다.

하지만 르시엔도 인정하듯 "시뮬레이션으로 작동한다고 말하는 것과 실제로 만들어서 테스트하고 작동시키는 것은 완전히 다른 게임"이다. 실험실에서의 성공이 상용화로 이어질지는 여전히 미지수다.