중국 '인공태양', 핵융합 성공하나…청정에너지 혁명 예고

중국의 인공태양 실험용 초전도 토카막(EAST)이 차세대 청정에너지 생산의 핵심 기술로 주목받고 있다. 인공태양 실험은 태양의 핵융합 반응을 지구에서 구현하는 것을 목표로 한다. IT매체 BGR은 중국이 추진 중인 주요 핵융합 프로젝트들을 소개하며, 핵융합 발전 상용화 가능성이 점차 현실에 가까워지고 있다고 최근 보도했다. 가장 큰 관심을 받는 프로젝트는 중국과학원 산하 플라즈마물리연구소가 운영하는 실험용 초전도 토카막(EAST)이다. EAST는 태양 중심부보다 약 6배 높은 온도에서 플라즈마를 유지할 수 있는 핵융합 실험장치로, 내년 중 첫 핵융합 점화 실험에 도전할 예정이다. 점화는 외부 에너지 공급 없이도 플라즈마가 스스로 핵융합 반응을 지속하는 상태를 의미한다. 성공할 경우 EAST는 세계 최초 자립형 핵융합 원자로에 한 걸음 더 다가서게 된다. 태양의 에너지, 지구에서 만든다 핵융합은 태양이 에너지를 생성하는 원리를 지상에서 재현하는 기술이다. 수소 동위원소인 중수소와 삼중수소가 초고온 환경에서 융합해 헬륨으로 변하는 과정에서 막대한 에너지가 방출된다. 핵융합의 가장 큰 장점은 발전할 때 탄소를 배출하지 않는다는 점이다. 또 핵연료로 사용되는 중수소는 바닷물에 풍부하게 존재해 사실상 무한에 가까운 에너지 자원이다. 그러나 핵융합을 실현하는 것은 쉽지 않다. 태양 내부에는 엄청난 중력이 원자핵을 압축해 약 1500만도의 온도에서도 핵융합이 가능하지만, 지구에서는 이를 대신할 압력이 부족해 훨씬 높은 온도가 필요하다. 과학자들은 핵융합 반응을 안정적으로 유지하기 위해 약 1억도 이상의 초고온 플라즈마 상태를 만들어야 한다고 설명한다. 이 온도에서 원자핵들은 서로의 전기적 반발력을 극복하고 충돌해 융합 반응을 일으킨다. 1억도 플라즈마를 가두는 토카막 기술 핵융합 기술의 최대 난제는 초고온 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것이다. 1억도에 달하는 플라즈마를 직접 담을 수 있는 물질은 현재 존재하지 않는다. 이를 해결하기 위해 과학자들은 강력한 자기장을 이용해 플라즈마를 공중에 띄워 가두는 방식을 개발했다. 대표적인 장치가 도넛 형태의 '토카막(Tokamak)'이다. 플라즈마는 초전도 자석이 형성한 자기장 통로를 따라 회전하며 벽과 접촉하지 않은 상태로 유지된다. EAST 역시 이런 토카막 구조를 채택하고 있으며, 핵융합 상용화를 위한 다양한 기술 검증을 수행하고 있다. 2006년 가동을 시작한 EAST는 꾸준히 성능 기록을 경신해 왔다. 특히 지난해 1월에는 고성능 플라즈마 운전 모드인 H-모드(H-mode)를 1066초 동안 유지하는 데 성공했다. 이는 기존 기록의 두 배를 넘는 수치로, 장시간 핵융합 반응 유지 기술에서 중요한 진전으로 평가된다. 중국은 2023년 이후 핵융합 연구개발에 약 65억 달러를 투자하며 관련 기술 확보에 속도를 내고 있다. 중국 핵융합 로드맵 본격화 EAST 외에도 중국은 다양한 차세대 핵융합 프로젝트를 동시에 추진 중이다. 2027년 완공을 목표로 건설 중인 연소 플라즈마 실험 초전도 토카막(BEST)은 핵융합을 통한 실제 전력 생산 가능성을 검증하는 시설로 기대를 모으고 있다. 또한 보다 발전된 개념의 중국 핵융합 공학 실증로(CFEDR)는 2020년대 후반 가동을 목표로 개발되고 있다. 여기에 중국 정부는 핵융합과 핵분열을 결합한 세계 최초의 하이브리드 원자력 발전소인 '싱훠(Xinghuo)'를 2030년까지 가동한다는 계획도 추진하고 있다. 전문가들은 중국이 국가 주도의 장기 전략 아래 연구개발 투자와 공급망 구축을 동시에 추진하면서 핵융합 기술 경쟁력을 빠르게 끌어올리고 있다고 평가한다. 글로벌 핵융합 경쟁도 치열 핵융합 개발 경쟁은 중국만의 이야기가 아니다. 최근 수년간 전 세계 핵융합 스타트업들은 총 150억 달러 이상을 투자받았으며, 관련 기업 수는 70곳을 넘어선 것으로 알려졌다. 미국에서는 약 40여 개 기업이 토카막, 스텔라레이터, 레이저 기반 관성핵융합 등 다양한 방식의 상용화 기술을 개발하고 있다. 또한 프랑스 남부에서는 34개국이 공동 참여하는 세계 최대 핵융합 프로젝트인 ITER가 진행 중이다. ITER는 현재 최종 원자로 조립 단계에 접어들었지만, 실제 본격적인 가동은 2039년 이후가 될 것으로 전망된다. 업계에서는 최근의 기술 발전 속도를 고려할 때 핵융합 발전이 더 이상 먼 미래의 기술이 아니라 향후 수십 년 안에 현실화될 가능성이 높다고 보고 있다. 인류가 오랫동안 꿈꿔온 무탄소·무한에너지 시대가 점차 가시권에 들어오고 있다는 평가다.