중국 인공태양, 밀도 장벽 첫 돌파…핵융합 투자 지형 변수로 부상

중국 실험용 초전도 토카막(EAST)이 핵융합 연구의 물리적 장벽 중 하나로 꼽히는 '그린왈드 밀도 한계'를 특정 운전 조건에서 초과 달성하는 고밀도 플라즈마 상태를 구현했다.

인도네시아 언론 매체 콤파스는 지난 3일(현지시각) 보도를 통해 중국핵융합연구소 공동 연구팀의 실험 성과를 전했다. 이번 연구는 원자로 증설 없이 에너지 생산 효율을 높일 이론적 단초를 마련했다는 점에서 주목받으나, 상용 가동을 위한 재현성 검증과 가혹한 열부하 제어 등 여전히 넘어야 할 난제가 많다는 지적이 나온다.


중국 화중과학기술대학교와 프랑스 엑스마르세유대학교 공동 연구팀은 플라즈마·벽 상호작용 자기조직화(PWSO) 이론을 적용한 실험 결과를 보고했다. 강력한 자기장으로 초고온 플라즈마를 가두는 토카막 방식은 동일 조건에서 핵융합 반응률이 밀도의 제곱에 비례하는 경향을 보인다. 내부 입자 밀도가 높을수록 원자핵 간 충돌 빈도가 잦아지기 때문이다.
그동안 학계에는 밀도가 일정 수준을 넘으면 플라즈마가 붕괴하는 그린왈드 한계가 존재했으나, 연구팀은 전자기파 입사 가열(ECRH) 시스템과 가스 공급량 정밀 제어로 대응했다. 그 결과 특정 조건에서 이 한계치의 1.3배에서 최대 1.65배를 기록했으며, 해당 수치는 제한된 시간 구간에서 측정된 값이다.

연구팀은 이번 결과가 학술지 '사이언스 어드밴스드'에 게재되며 학계 검증의 첫발을 뗐다고 밝혔다. 그러나 핵융합 전문 학계에서는 실제 출력이 온도와 구속시간 등 다변수에 영향을 받는 만큼 장시간 지속 운전 가능성은 추가 검증이 필수적이라고 선을 그었다.


에너지 업계는 핵융합 발전을 단기적 대안인 소형모듈원전(SMR)이나 재생에너지를 넘어, 오는 2035년에서 2050년 사이 상업화를 목표로 하는 중장기 전력원으로 분류한다. 최근 마이크로소프트가 헬리온에, 구글이 TAE에, 아마존이 커먼웰스 퓨전 시스템즈에 대규모 투자를 단행한 배경에는 인공지능(AI) 데이터센터의 막대한 전력 소모 대응과 탄소 규제 준수라는 두 가지 목적이 자리 잡고 있다.

이에 따라 자본시장의 관심도 핵융합 밸류체인으로 구체화하는 추세다. 핵심 생태계는 고온초전도 자석(REBCO)을 비롯해 전력·펄스 시스템, 가열 장치, 그리고 텅스텐 기반의 진공용기 내벽으로 구성된다. 특히 중국 EAST가 도입한 텅스텐 내벽 기술은 플라즈마 오염을 줄이는 장점이 있지만, 스퍼터링 현상과 제곱미터당 10메가와트(MW)가 넘는, 우주선 재진입 환경에 준하는 극한의 열유속을 견뎌야 하는 분말 소결 및 코팅 기술이 필수적이다. 현재 이 핵심 소재의 공급망이 중국에 편중되어 있어 글로벌 자본시장에서는 향후 공급망 다변화가 주요 화두로 떠오르고 있다.

이번 중국의 성과는 초고온·장시간 운전 기술에서 세계 최고 수준을 보유한 한국 핵융합연구원(KSTAR)에 유의미한 기술적 자극을 줄 것으로 보인다. 한국은 플라즈마 온도를 1억 도 이상으로 48초 동안 유지하는 등 고온 제어와 알고리즘 분야에서 독보적인 선두권을 유지하고 있다.

그러나 국산화가 미진한 초전도체 및 텅스텐 등 핵심 소재 부문과 취약한 민간 투자 생태계는 약점으로 꼽히며, 이는 향후 핵융합 설비 수출 경쟁력과 직결된다는 점에서 전략적 중요성이 크다. 에너지 안보 전문가는 한국이 운전 제어 기술에서는 강점을 보이지만, 거대 자본을 무기로 밸류체인을 수직 계열화하는 중국이나 미국 빅테크 생태계에 밀리지 않으려면 국가 차원의 소재 국산화 지원과 민간 펀딩 활성화 대책이 시급하다고 제언했다.


첫째, 텅스텐 분말·코팅 공급망의 중국 의존도 리스크다. 초고열을 견디는 대면재(PFC) 핵심 소재인 텅스텐 가공 공급망에서 중국 의존도를 낮출 수 있는 대체 기술 보유 기업을 선별해야 한다.

둘째, 한국 KSTAR의 1억 도 초고온 유지 시간 연장 추이다. 중국의 밀도 제어 추격에 대응해 한국이 세계적인 우위를 점하고 있는 고온 유지 시간을 얼마나 더 연장하며 독점적 지위를 지키는지 주시해야 한다.

셋째, 글로벌 빅테크의 핵융합 스타트업 투자 집행 속도다. 마이크로소프트 등 빅테크 기업들이 전력 계약을 넘어 순에너지 달성이나 전력구매계약(PPA) 체결 등 상용화 지표를 달성하는 시점에 맞춰 자산 배분 비중을 조절하는 전략이 유효하다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com