핵융합 에너지 혁신에 대한 설명

세계에서 가장 부유한 투자자 중 일부는 과학 분야에서 가장 크고 어려운 과제 중 하나인 핵융합을 목표로 하는 스타트업에 몰려들었습니다. 오랫동안 깨끗하고 풍부한 에너지를 추구하는 과정에서 궁극적인 보상으로 여겨져 온 핵융합은 태양에 연료를 공급하는 과정으로, 엄청난 중력이 원자를 서로 충돌시켜 에너지를 방출합니다. 2022년 말, 연구자들은 오랫동안 추구해 온 과학적 이정표, 즉 성가신 기술적 과제와 단기 전망에 대한 회의론으로 가득 찬 분야의 발전을 알리는 신호를 축하했습니다.

1. 마일스톤은 무엇이었나요?

2022년 12월, 캘리포니아 로렌스 리버모어 국립 연구소의 과학자들은 수소로 채워진 후추 열매 크기의 다이아몬드 캡슐에 세계에서 가장 강력한 레이저의 초점을 맞췄습니다. 빔은 2.05메가줄의 에너지를 전달하여 수소를 헬륨으로 융합시키고 3.15메가줄을 방출하는 반응을 촉발했습니다. 메가줄보다 조금 더 큰 차이는 대략 수류탄에서 방출되는 에너지의 양입니다. "점화" 또는 순 에너지 증가(내부보다 외부로 나가는 에너지가 더 많다는 의미)로 알려진 결과는 과학자들이 수십 년 동안 추구해온 성과였습니다. 이는 제어된 핵융합의 핵심 물리학이 깨져 값싸고 탄소가 없는 전기를 생산할 수 있는 공정의 가능성이 생겼다는 것을 시사했습니다. 여러 번의 실패한 시도 끝에 같은 연구실은 7월에 같은 성과를 재현할 수 있었습니다.

2. 상업적 융합은 얼마나 가까운가?

미국과 다른 정부가 과감한 비전과 다양한 기술을 추진하고 있음에도 불구하고 가장 낙관적인 전문가들은 전력망에 전기를 공급하는 최초의 핵융합 발전소가 탄생하려면 약 10년 정도가 남았다고 말합니다. 대부분은 지금으로부터 20~30년 후에 이를 예측합니다. 최근 몇 년 동안 과학이 발전함에 따라 융합은 새로운 종류의 투자자를 끌어들이기 시작했고 더 많은 민간 기업이 경쟁에 뛰어들었습니다. 투자액은 2020년 약 3억 달러에서 2021년 26억 달러로 급증했다. 2022년에는 5억2100만 달러로 다시 감소했다.

3. 기술은 무엇입니까?

융합 연구는 슈퍼컴퓨팅, 3D 프린팅, 초전도 자석의 발전으로 혜택을 받았습니다. 다양한 접근 방식이 있습니다.

• 관성 제한: 12월의 이정표는 수소가 채워진 펠릿에 레이저를 발사하는 이 방법이 효과가 있음을 입증했습니다. 그러나 반응은 발전소가 일반적으로 사용하는 연속 공정이 아니라 매우 짧았습니다. 그리고 적어도 지금으로서는 그 펠릿을 만드는 데 비용이 많이 들고 시간도 많이 걸립니다.

• 자기 가두기: 더 널리 사용되는 방법은 강력한 자기장을 사용하여 전기적으로 충전된 과열 가스인 플라즈마를 가두어 핵융합 반응을 유지할 수 있도록 하는 것입니다. 이를 위해서는 태양보다 훨씬 더 높은 1억 5천만 C(2억 7천만 F)의 온도가 필요합니다. 대부분의 노력은 플라즈마를 담기 위한 과냉각 도넛 모양의 챔버를 특징으로 하는 토카막(tokamak)으로 알려진 소련 시대 설계 또는 스텔라레이터(stellarator)로 알려진 변형을 사용합니다.

• 기타 대안: 스타트업은 하이브리드 기술이나 고유한 아이디어를 추구하고 있습니다. 가장 많은 자금을 지원받은 회사 중 하나인 캘리포니아의 TAE Technologies는 가속기를 사용하여 플라즈마에 고에너지 입자를 주입하여 관리를 더 쉽게 만듭니다.

4. 장애물은 무엇입니까?

핵융합은 핵분열로 인한 사용후 연료봉과 같은 고준위 핵 폐기물을 생성하지 않습니다. 핵분열은 1950년대부터 상업용 원자로에서 사용되어 원래 원자폭탄에 동력을 공급한 원자 분열 대체 형태의 원자력입니다. 그럼에도 불구하고 핵융합 연구는 기계 내 원자 입자의 충격을 견딜 수 있는 재료를 개발하는 방법과 같은 기술적 과제를 극복해야 합니다. 생산된 에너지가 어떻게 활용되어 전기로 변환되는지도 명확하지 않습니다.

5. 플레이어는 누구입니까?

세 가지 별개의 그룹이 있습니다. 국가 계획, 거의 36개에 달하는 민간 스타트업 그룹, 35개국으로 구성된 250억 달러 규모의 국제열핵융합실험로(International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER)입니다. 역사상 최대 규모의 연구 프로젝트인 국제협력은 2010년부터 프랑스에서 거대 실증기를 제작하는 데 힘써왔다. 미국과 구소련이 거대 로켓을 만들기 위해 경쟁하던 우주 경쟁 규모의 프로젝트다. 스타트업의 가장 유명한 후원자로는 Amazon 창립자 Jeff Bezos, Microsoft 창립자 Bill Gates 및 Palantir의 Peter Thiel이 있습니다. 핵심 기술이 완성되려면 수십 년이 걸리더라도 핵융합을 추진하면 과학적 발전이 이루어질 것이라는 견해가 있습니다.