"양자 패권 쥐는 헬륨-3 보유국"… 캐나다, '초희귀 가스' 무기화 카드 부상

미국과 캐나다 간 무역 갈등이 보복 관세전으로 비화하는 가운데, 캐나다가 보유한 극소량의 초희귀 비방사성 동위원소인 '헬륨-3(He-3)'가 향후 대미 협상에서 강력한 전략적 지렛대로 부상하고 있다.

차세대 양자 컴퓨팅, 국경 보안용 중성자 감지기, 차세대 핵융합 실험의 필수 불가결한 핵심 물질인 헬륨-3의 전 세계 상업적 비군사 공급망을 캐나다가 사실상 독점하고 있기 때문이다.

10월 13일(현지시각) 글로벌 에너지 전문 매체 오일프라이스(Oilprice.com)의 알렉스 키마니(Alex Kimani) 분석관 보도에 따르면, 글로벌 무역과 첨단 기술 전문가들은 캐나다가 미국과의 무역협상에서 헬륨-3라는 전략 자원을 협상 우위의 카드로 활용할 수 있다고 진단했다.

미국·러시아는 '핵무기 부산물'… 캐나다는 민간 중수로(CANDU)서 추출
헬륨-3는 헬륨의 안정적인 경량 동위원소로, 지구상 전체 대기 중 극미량만 존재하는 극희귀 자원이다.

현재 미국, 러시아, 중국은 핵탄두 유지 및 삼중수소 농축 과정에서 핵무기의 부산물로 소량의 헬륨-3를 생산하고 있으나, 생산량 대부분을 밀수 핵물질 적발용 항만 중성자 탐지기 등 자국 안보 목적에 우선 배정하고 있어 민간 상업 시장 공급 여력이 거의 없다.

반면 캐나다는 전 세계에서 유일하게 '비군사적 민간 발전 과정'을 통해 헬륨-3를 상업 생산할 수 있는 독보적 인프라를 갖추고 있다.

캐나다의 독자 원자로 모델인 CANDU(캐나다 중수소 우라늄) 원자로는 천연 우라늄을 연료로 사용하고 중수를 감속재로 쓰는데, 운전 중 중수에서 생성되는 삼중수소를 제거·저장하는 과정에서 삼중수소가 자연 붕괴하며 고순도 헬륨-3가 생성된다.

전 세계 26기의 CANDU 원자로 중 17기를 캐나다 본토에서 가동하고 있는 만큼, 상업용 헬륨-3의 비축과 판매에서 독점적 지위를 누리고 있다.
캐나다 극저온 전문기업 제로 포인트 크라이오제닉스의 크리스 캐신 최고경영자(CEO)는 "캐나다는 헬륨-3를 합법적이고 비군사적인 방식으로 대량 비축해 판매할 수 있는 독특한 위치에 있다"고 강조했다.

'절대영도' 도달 위한 유일한 열쇠… 양자 컴퓨터 붐 타고 수요 폭증

헬륨-3의 몸값을 천정부지로 끌어올리는 주역은 양자 컴퓨터다.

현존하는 암호화 체계(RSA·타원곡선암호)가 무력화되는 이른바 'Q-데이(Q-Day)'에 대비해 전 세계 정부와 빅테크들이 양자 보안 및 양자 컴퓨터 개발 경쟁에 막대한 자금을 쏟아붓고 있다.

양자 컴퓨터의 초전도 큐비트가 안정적으로 작동하려면 절대영도(0 켈빈, 섭씨 영하 273.15도)에 근접한 극저온 환경이 필수적이다.

기존의 일반 헬륨-4 방식으로는 1~4K 수준까지 냉각하는 데 그치지만, 헬륨-4와 헬륨-3를 혼합하는 '희석식 냉동기(Dilution Refrigerator)' 공법을 사용하면 엔트로피 팽창 효과를 통해 절대영도 직전인 5밀리켈빈(mK)까지 온도를 떨어뜨릴 수 있다.

헬륨-3 없이는 초전도 양자 컴퓨터 가동 자체가 불가능한 셈이다.

달 탐사 스타트업 5억 달러 선주문 쇄도… 캐나다의 '자원 무기' 가능성

헬륨-3의 희소성이 극에 달하자 우주 채굴 시도까지 가시화되고 있다.

수십억 년간 태양풍을 맞아 표면 먼지에 약 100만~300만 톤의 헬륨-3가 흡착된 달에서 이를 캐내려는 시도다.

미국 항공우주국(NASA)은 지난 5월 시애틀 기반 우주 스타트업 인터룬(Interlune)에 690만 달러 규모의 연구 계약을 체결했으며, 미국 에너지부(DOE)는 달에서 채굴할 헬륨-3를 선구매하는 역사상 최초의 계약을 맺었다.

인터룬은 이미 양자 컴퓨팅 및 핵융합 업계로부터 약 5억 달러(약 6,700억 원) 규모의 구속력 있는 사전 구매 주문을 확보한 상태다.

그러나 지구 전체의 연간 헬륨-3 생산량이 15~20kg 수준에 불과한 상황에서 달 자원 채굴이 본격 상용화되기 전까지는 캐나다의 지상 CANDU 생산망에 의존할 수밖에 없다.

앞서 미국 트럼프 행정부가 캐나다산 수출품에 50%의 추가 관세를 부과하고 캐나다 역시 대미 맞불 관세를 단행하며 통상 마찰이 격화된 바 있다.

미국 전체 원유 수입의 60%를 공급하는 캐나다가 에너지에 이어 '양자 패권의 핵심 연료'인 헬륨-3의 수출통제와 비축 전략까지 지렛대로 삼을 경우, 글로벌 첨단 기술 공급망 협상 테이블에서 막강한 우위를 점할 것으로 전망된다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com