“지난 250년 동안 인류는 산업화를 이루기 위해 노력해 왔고, 그 결과 오늘날의 화석 원료 기반 에너지 시스템이 구축됐다. 그러나 이제는 ‘탄소 중립’이라는 커다란 산이 인류 앞에 놓여 있다. 탄소 중립을 달성하기 위해서는 핵융합 기술이 충분히 발전해 세계 에너지 시스템에 근본적인 변화를 가져와야 한다.”
크리스토퍼 모리(Christofer Mowry) 타입원에너지(Type One Energy) 최고경영자(CEO)는 6일 조선비즈 주최로 서울 중구 웨스틴조선호텔에서 열린 ‘2023 미래에너지포럼’에서 “현존하는 에너지 기술은 결국 한계를 맞이할 것”이라며 이같이 말했다.
이날 그는 ‘스텔라레이터, 에너지 시장을 바꿀 핵융합 기술’을 주제로 기조연설을 진행했다. 미국 위스콘신주에서 강연 영상을 보내온 그는 “시간이 흐를수록 인류에게 필요한 에너지의 총량은 늘어나고 있다”면서 “태양광, 풍력 등 재생에너지 기술이 발전하고 있지만, 결국 핵융합처럼 혁신적인 에너지 기술이 상용화되지 않는다면 인류는 탄소 중립을 달성할 수 없다”고 했다.
타입원에너지는 태양이 에너지를 만드는 원리인 ‘핵융합’ 반응을 ‘스텔라레이터(Stellarator)’라는 인공 장치로 구현하는 것을 목표로 하는 미국 기업이다. 핵융합은 바닷속에 풍부하게 있는 중수소와 리튬을 연료로 사용해 발전 효율이 높으며, 탄소를 배출하지 않아 획기적인 미래 기술로 꼽히고 있다.
핵융합은 원자력 발전에서 활용되는 기술인 ‘핵분열’과 마찬가지로 핵에너지를 사용한다. 핵분열은 우라늄이나 플루토늄처럼 무거운 핵이 둘 이상의 가벼운 원자핵으로 쪼개지면서 방출하는 에너지를 이용한다. 반대로 핵융합은 가벼운 중수소, 삼중수소 등 수소 원자핵이 무거운 헬륨 원자로 합쳐지면서 생기는 에너지를 활용한다.
타입원에너지는 기술 잠재력을 인정받아 빌 게이츠의 브레이크스루에너지벤처스(Breakthrough Energy Ventures)를 비롯한 투자자들로부터 2900만달러(약 380억원)를 조달했다.
그간 핵융합을 연구하는 과학계의 화두는 ‘순(純) 에너지’의 달성이었다. 이는 핵융합 반응에 투입되는 에너지보다 핵융합 반응에서 더 많은 에너지를 얻어내는 것이다.
지난해 미국 에너지부 산하의 로런스 리버모어 국립연구소(LLNL)는 순 에너지를 얻는 데 성공했다. 이를 두고 모리 CEO는 “핵융합 업계 종사자들에게는 매우 흥분되는 순간이었다”면서도 “핵융합의 상용화라는 궁극적인 목표를 이루기 위한 큰 여정 가운데 한 길목일 뿐이라고 생각한다”고 덧붙였다.
그는 “우리의 목표는 실용적인 핵융합 발전소를 세우는 것이다. 타입원에너지의 스텔라레이터 기술은 핵융합 발전을 상용화하는 확실한 길을 제공할 것”이라고 밝혔다.
지구상에서 핵융합을 구현하려면 섭씨 1억 도가 넘는 초고온 상태의 플라스마를 만들어 일정 시간 이상 유지해 줘야 한다. 지금까지는 강력한 자기장으로 플라스마를 가둬 핵융합 반응이 일어나는 환경을 만드는 ‘토카막(tokamak)’ 방식이 주로 연구됐다.
타입원에너지는 ‘스텔라레이터(Stellarator)’ 방식을 사용해 핵융합을 구현하는 것이 목표다. 스텔라레이터 방식은 플라스마를 가두는 장치 주변을 꽈배기 형태로 만들어 이론상 안정적으로 플라스마를 가둘 수 있지만, 구현이 극히 어려운 것으로 알려졌다.
모리 CEO는 “3D 프린팅 등 첨단 제조 기술이 발달하면서 매우 복잡한 형상을 띠고 있는 스텔라레이터도 낮은 비용으로 조립할 수 있는 가능성이 생겼다”며 “현대의 슈퍼 컴퓨팅(Super Computing) 기술 역시 매우 복잡한 핵융합 현상의 모델링과 시뮬레이션을 수월하게 만들고 있다. 이는 스텔라레이터의 상용화 시기를 앞당길 것”이라고 말했다.
마지막으로 그는 “핵융합은 기존 원자력 발전보다 안전하며 수소를 사용하는 만큼 원료비도 저렴하다”면서 “인류의 산업 환경에 근본적인 변혁을 가져다줄 것”이라고 강조했다.