1억 도 ‘인공태양’ 가동 임박… AI가 당긴 핵융합 시계와 2030 전력망 대수술

인류의 오랜 숙원인 ‘꿈의 에너지’ 핵융합 발전이 인공지능(AI)이라는 강력한 엔진을 달고 실험실을 넘어 실생활로의 진입을 서두르고 있다. 하지만 1억 도 이상의 초고온 에너지를 생산하더라도 이를 가정과 산업 현장으로 전달할 전력망(Grid) 인프라가 뒷받침되지 않는다면 '에너지 혁명'은 공염불에 그칠 수 있다는 지적이 나온다.

폭스뉴스(Fox News)는 지난 19일(현지시간) 보도를 통해 핵융합 기술의 비약적 진보와 상용화의 핵심 분수령이 될 전력망 안정성 문제를 집중 조명했다. 보도에 따르면 커먼웰스 퓨전 시스템즈(Commonwealth Fusion Systems, 이하 CFS) 등 글로벌 선도 기업들은 오는 2030년대 초반까지 상용화가 가능한 실증 원자로를 선보인다는 계획이다.




핵융합은 태양의 에너지 생성 원리를 지구에서 구현하는 기술로, 바닷물에 풍부한 중수소를 연료로 사용해 탄소 배출이 거의 없는 무한 에너지원으로 꼽힌다. 그간 최대 난제는 태양보다 뜨거운 1억 도 이상의 플라즈마 상태를 붕괴 없이 안정적으로 가두는 것이었다.
최근 이 장벽을 허문 주인공은 AI다. CFS의 밥 멈가드(Bob Mumgaard) 최고경영자(CEO)는 "AI가 플라즈마 제어 시스템의 반응 속도를 획기적으로 높였다"고 밝혔다. 현재 엔비디아(NVIDIA)의 소프트웨어는 원자로 내부 상황을 실시간 지도로 시각화하며, 구글 딥마인드(DeepMind)의 제어 기술은 불규칙한 플라즈마 움직임을 초정밀로 관리하고 있다. 멈가드 CEO는 "이제 핵융합은 순수 과학을 넘어 실제 전력을 생산하는 공학적 해결 단계에 진입했다"고 강조했다.


기술적 진보에도 불구하고 상업적 경제성 확보까지는 여전히 갈 길이 멀다. 지난 2022년 미국 로런스 리버모어 국립연구소(LLNL)의 국립점화시설(NIF)이 '순 에너지 생산(Net Energy Gain)'에 성공했지만, 이는 LED 전구 하나를 20시간 켤 수준에 불과했다.

브레이크스루 연구소(Breakthrough Institute)의 아담 스타인(Adam Stein) 원자력 혁신 국장은 "NIF 실험에서 1000가구 분량의 에너지를 쏟아부어 겨우 LED 전구 하나 분량을 얻었다"며 "전체 시스템 효율을 고려하면 투입 에너지가 생산량보다 여전히 100배 가까이 많다"고 꼬집었다. 투자 격차도 뚜렷하다. 핵융합 산업 협회(FIA)의 2025년 보고서에 따르면, 2024년 7월부터 2025년 6월까지 1년간 핵융합 분야에 투입된 신규 투자액은 약 26억 4000만 달러(약 3조 9700억 원)였다. 이는 2024년 대비 약 178% 증가한 수치로, 민간 벤처 캐피털과 정부 지원금이 포함된 금액이다. 누적 투자액은 약 97억 달러(약 14조 6100억 원)에 달한다.

국제에너지기구(IEA)의 '세계 에너지 투자 2025' 보고서는 2025년 전 세계 태양광 투자액을 약 4500억 달러(약 677조 원)에 이를 것으로 전망했다.

전문가들은 핵융합 발전이 성공하더라도 노후화된 전력망이 이를 수용하지 못할 것이라고 경고한다. 핵융합은 거대한 에너지를 한꺼번에 쏟아내는 기저 부하 전원 역할을 해야 하는데, 현재의 송전 시스템으로는 이 막대한 부하를 견디기 어렵다는 분석이다.

에너지 기업 엑셀론(Exelon)의 캘빈 버틀러(Calvin Butler) CEO는 "공급이 늘어도 전력망이 이를 수용하지 못하면 비용 절감 효과가 없다"며 전력 인프라 확충의 시급성을 역설했다. 아담 스타인 국장 역시 "핵융합은 중장기 대안으로 가져가되, 당장은 기존 원자력 발전(Fission)과 재생에너지를 결합한 현실적인 에너지 정책이 우선"이라고 조언했다.

미국 에너지부(DOE) 크리스 라이트(Chris Wright) 장관은 지난해 4월 세마포(Semafor) 포럼에서 "핵융합은 더 이상 '언제나 20년 뒤의 일'이 아니다"라며 "향후 몇 년 안에 투입보다 산출이 훨씬 많은 대규모 실증이 이뤄질 것"이라고 낙관했다. 2030년대 에너지 혁명의 성패는 AI가 앞당긴 기술을 담아낼 '전력망 대수술'에 달려 있다 해도 과언이 아니다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com