2024년 4월 중국은 초기 논의가 시작된 지 거의 7년 만에 개정된 원자력법(Atomic Energy Law) 초안을 발표했다.

이 법은 초기 핵융합(nuclear fusion) 산업의 연구 및 개발을 포함, 원자력 규제를 위한 지침 문서 역할을 할 것이다. 지난해 중국 정부는 처음으로 정부 연례 업무 보고에 핵융합 개발을 포함시켰다. 중국 에너지청장 장젠화(Zhang Jianhua)도 중국 핵융합 산업을 위한 '전향적 전략' 수립을 촉구했다고 11일 ‘더 디플로매트’가 보도했다.

핵융합에 대한 관심이 높아지고 있는 것은 중국만이 아니다. 2023년 유엔 기후 변화 회의(COP28)에서 전 미국 기후 특사인 존 케리(John Kerry)는 35개국 파트너가 참여하는 핵융합에 관한 새로운 국제 파트너십 이니셔티브 (International Partnership Initiative)를 공개했다.

파트너십에 대한 구체적인 세부 사항은 아직 공개되지 않았지만, 이 획기적인 계획은 한때 공상 과학의 영역으로 간주되었던 핵융합이 유엔 기후 변화 회의에서 실행 가능한 기후 솔루션으로 제시된 최초의 사례이다.

지난 몇 년간 전 세계적으로 수많은 핵융합 법안이 쏟아져 나왔다. 미국 내 에너지부는 2022 년에 10개년 계획을 세웠다. 여기에는 핵융합 연구, 개발, 기술 실증(RD&D-Research, Development & Demonstration) 활동을 간소화하기 위해 단일 프로그램으로 모든 핵융합 관련 작업을 조정하는 계획이 포함된다.

국제원자력기구(IAEA)의 데이터 에 따르면, 전 세계적으로 96개의 핵융합 시험 프로젝트가 있으며, 추가로 11개는 건설 중이고 29개는 계획되어 있다. 이들 중 대부분은 지난 2년 내에 나타났다.

제어된 핵융합은 태양에 동력을 공급하는 과정을 모방하여 극심한 압력과 열 속에서 두 개의 가벼운 원자핵을 더 무거운 원자핵으로 병합하여 엄청난 에너지를 방출하게 한다. 이 과정은 핵을 두 개의 가벼운 핵으로 나누는 핵분열의 정반대이며, 원자력 발전소에서 발전을 위한 기본 메커니즘이다. 핵분열과 마찬가지로 핵융합도 방출이 없지만, 한 가지 중요한 측면에서 핵분열을 능가한다. 즉, 장기간 방사성 폐기물을 생성하지 않는 점이다.

바닷물에 풍부한 두 개의 더 무거운 수소 동위원소를 활용하는 핵융합은 인류에게 거의 고갈되지 않는 에너지원을 제공할 수 있다. 핵융합으로 인한 에너지 생산량도 엄청나게 높다. IAEA에 따르면, 핵융합은 핵분열보다 연료 단위 중량당 4배 더 많은 에너지를 생성할 수 있으며, 석유나 석탄보다 거의 400만 배 더 많은 에너지를 생성할 수 있다고 한다. 이러한 장점으로 인해 핵융합은 21세기 기술 발전의 유명한 "성배"가 됐다.

* 핵융합의 과대광고를 이끄는 기후 위기와 지정학

핵융합에 대한 열광은 두 가지 목표에 의해 추진된다. 즉, ▶ 기후 위기를 완화하기 위한 실질적인 저탄소 에너지 솔루션을 식별해야 하는 시급한 필요성 ▶ 지정학적 긴장이 고조되는 가운데 경쟁 우위를 확보하기 위한 전략적 필요성 등 두 가지이다.

최근 몇 년 동안 많은 국가에서는 발전의 상당한 탈탄소화(decarbonization)를 포함하는 순 제로 배출(NetZero) 경로를 설명하는 탈탄소화 계획을 발표했다. 미국에서는 바이든 행정부가 2035년까지 청정 전력 100%, 2050년까지 순제로(net zero) 목표를 세웠다. 그러나 이 목표를 달성하려면 발전 인프라에 대한 대대적인 점검이 필요하다.

미국 에너지정보청(US Energy Information Administration)의 “연간 에너지 전망 2023”에서는 미국이 2050년까지 전력 생산을 위해 계속해서 석탄과 천연가스에 크게 의존할 것이라고 예상한다. 이러한 예측은 금세기 중반까지 순배출 제로 달성의 타당성에 대한 우려를 불러일으키고 있다.

이러한 과제를 고려하여 미국 국립과학원은 2050년까지 전력 부문에서 순배출 제로를 달성하기 위해 2035~2040년경에 대규모 핵융합발전소 가동을 시작해야 한다고 제안했다. 에너지 혼합을 통해 미국은 잠재적으로 현재의 화석연료 의존으로 인한 장애물을 극복하고 2050년까지 전력 부문에서 순 제로 배출을 달성하는 데 상당한 진전을 이룰 수 있다.

* 중국의 청정에너지 확보가 직면한 과제

중국은 미국보다 훨씬 더 큰 어려움에 처해 있다. 중국은 에너지 믹스에서 배출을 줄여야 하는 훨씬 더 절실한 요구에 직면해 있다. 2060년까지 순 제로(net zero)를 달성하겠다는 국가의 약속은 그때까지 석탄 발전 부문의 배출량을 제거하거나 중화해야 함을 의미한다.

2023년에도 석탄은 여전히 ​​중국 전력 구성의 절반 이상을 차지했다. 중국은 비교할 수 없는 속도와 규모로 재생 가능 전력 용량을 설치하는 데 상당한 진전을 이루었지만, 태양광 및 풍력과 같은 재생 가능 전력의 가변적 특성은 그리드에 새로운 과제를 제기한다. 날씨와 햇빛의 변화로 인해 매일 및 계절에 따라 달라지는 태양광 및 풍력의 간헐적인 전력 출력에는 더 큰 시장 유연성과 더 적절한 장거리 송전 시스템이 필요하다.

만약 실현된다면, 핵융합은 배출 없이 태양광이나 풍력보다 훨씬 더 안정적이고 효율적으로 전력을 생산할 것이다. 획기적인 청정에너지 기술인 핵융합은 전력 부문의 탈탄소화를 위한 전 세계적 노력의 격차를 해소하고, 중국과 같은 국가가 야심에 찬 기후 목표를 달성하는 동시에 화석 연료에서 전환하는 복잡한 과정을 헤쳐나가는 데 도움이 될 수 있다.

기후 변화를 해결하는 데 있어 잠재적인 역할 외에도, 핵융합은 금세기의 지배권을 위한 싸움에 광범위한 영향을 미치는 지정학적 경쟁의 또 다른 측면이다. 에너지는 오랫동안 국제 정치를 형성하고 동맹을 구축하고 경쟁을 불러일으켰다. 지난 몇 년 동안 러시아의 우크라이나 침공, 이스라엘-하마스 분쟁, 대만 해협에서의 군사적 대결 가능성 등 지정학적 긴장이 고조되었다.

* 에너지 자립 필요성 부각

이러한 혼란은 에너지 자급률이 부족하면 국가가 다른 국가의 변덕에 취약해질 수 있다는 사실을 생생하게 상기시켜 준다. 이에 따라 각국은 에너지 자립을 강화하고, 차세대 에너지원 개발에 있어 기술적 우위를 확보하려는 노력이 점점 더 커지고 있으며, 핵융합은 바로 그러한 기회를 제공하고 있다.

에너지 순 수입국인 중국은 오랫동안 청정에너지 생산을 늘려 석유와 가스에 대한 의존도를 억제하려고 노력해 왔다. 강력한 R&D 역량, 제조 능력, 효과적인 공급망 수직 통합을 통해 청정에너지 산업 전반에 걸쳐 경쟁력 있는 제조 부문을 구축하는 데 성공했다. 중국은 핵융합이 “경제 발전과 국방에 전략적 중요성을 갖는다”고 선언하면서 이 분야를 청정에너지 기술 분야의 리더십을 공고히 하고, 에너지 안보를 강화하기 위한 차세대 개척지로 보고 있다.

닛케이에 따르면, 지난 2011년 이후 중국은 다른 어떤 국가보다 핵융합 기술 공급망에 대해 더 많은 특허를 출원했다. 2023년에 중국의 핵융합 시험 시설은 운영 유지 관리를 위한 중요한 단계인 자기 구속 핵융합 장치의 최장 실행 시간에 대한 세계 기록을 세웠다. 시범사업으로 핵융합로를 독자적으로 건설하고, 2050년까지 대규모 핵융합 상용화를 목표로 하고 있다. 국가는 1,000명의 새로운 핵융합 물리학자를 양성하는 것을 목표로 점점 늘어나는 과학기술인력을 모으고 있다. 중국 당국은 이 프로그램을 적극 지원하고 있다.

중국의 전기 자동차 수출에 대한 새로운 관세가 입증된 것처럼, 청정 기술 공급망에서 중국의 점점 더 두드러진 리더십은 선진국의 우려를 높이고 있다. 최근 녹색 산업 정책이 쇄도하는 가운데 핵융합을 향한 추진이 이루어지고 있다. 이들 국가는 중국이 전략적 청정기술 산업의 선두주자가 될 수 있었던 과거 정책으로부터 교훈을 얻고 있기 때문이다.

핵융합은 ▶ 전체 에너지 산업에 혁명을 일으키고 ▶ 기후 변화에 대처하며 ▶ 전 세계적으로 증가하는 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 원자력 분야를 효과적으로 통제할 수 있는 국가는 사실상 무제한의 깨끗하고 저렴한 에너지원을 통해 시장을 장악할 수 있으며. 엄청난 선점자 우위를 보유할 수 있다. 에너지 부문이 청정 에너지원으로 빠르게 전환됨에 따라, 국가들은 이 중요한 시기에 핵융합에 대한 투자를 강화하는 것이 현명할 것이다.

* 많은 기회와 함께 기술적 장애물 만만치 않아

기회는 많지만, 핵융합 상용화를 향한 여정에는 기술적 장애물이 곳곳에 존재한다. 연구자들이 직면한 일반적인 과제는 순 에너지 획득을 위한 충분한 에너지를 생성하기 위해 극도로 높은 온도 환경(섭씨 1억도 이상)에서 자립형 핵융합을 개발하는 것이다. 시기적절한 연료 보충, 극한의 온도를 견딜 수 있는 재료, 핵융합 에너지를 전기로 효율적으로 변환하는 등 몇 가지 다른 중요한 문제는 아직 해결되지 않은 상태로 남아 있다.

* 공공-민간 파트너십이 핵융합의 획기적인 발전을 가져올 것인가?

핵융합 상용화를 위한 명확한 로드맵이 없으면 정부 주도의 계획만으로는 필요한 투자를 촉진하는 데 충분하지 않을 수 있다. 이 기회에는 태양의 힘을 활용하려는 인류의 노력에 자신의 발자국을 남기고 싶어하는 야심에 찬 기업가들이 초대됐다.

핵융합산업협회 자료에 따르면, 2018년 이후 민간 핵융합 기업은 2022년에만 설립된 9개 기업을 포함해 43개로 두 배 이상 늘었다. 이러한 벤처 중 일부는 제프 베조스(Jeff Bezos)와 같은 세계적으로 유명한 비즈니스 거물의 지원을 받는다. 민간 기업은 시장에 보다 유연하고 상업적인 접근 방식을 채택하면서 정부 기관과 협력하여 스페이스 엑스(SpaceX) 모델을 모방할 수 있다. 이는 정부 재정만으로는 너무 부담스러울 수 있는 핵융합의 막대한 투자 요구 사항을 충족하는 데 필요한 추가 지원을 제공할 수 있다.

이러한 불확실성에도 불구하고, 혁신적인 청정 에너지원이자 지정학적 지렛대로서 핵융합의 잠재력은 계속해서 정부와 민간 투자자 모두를 사로잡고 있다. 그러나 핵융합이 아직 초기 단계에 있으며, 기후 변화를 해결하기 위한 실행 가능한 솔루션이 되기에는 전혀 가깝지 않다는 점을 인식해야 한다. 핵융합 기술 개발을 추구하는 동안 기후 조치의 다른 중요한 영역을 무시하지 않는 것이 필수적이라는 게 매체의 지적이다.