“한국형 인공태양 만들어 탄소중립 과제·AI 전력 부족 해결할 것”

[이데일리 강민구 기자] 인공지능(AI) 사용이 늘면서 전력 수요가 급증하고 있다. 탄소 중립이라는 글로벌 과제까지 맞물리면서 미래 청정 에너지원 확보에 대한 국가적 관심도 커졌다. 이런 상황에서 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합에너지 상용화 프로젝트가 속도를 내고 있다.

양형렬 K-문샷 프로젝트 프로그램디렉터(PD)는 한국핵융합에너지연구원에서 진행한 이데일리와의 최근 인터뷰에서 “우리나라는 2035년까지 한국형 혁신 핵융합로를 완공하고, 2039년 전력 생산 실증을 목표로 하고 있다”고 밝혔다. 양 PD는 “(핵융합은) 난제이지만 극복할 경우 파급 효과가 큰 분야”라며 “문샷 프로젝트를 통해 국가 역량을 집중하고 상용화 기반을 마련해야 한다”고 강조했다.

양형렬 K-문샷 프로젝트 PD.(사진=이데일리 강민구 기자)

“2035년 완공, 2039년 전력 실증”···단계별 마일스톤 공개

핵융합은 태양의 에너지 생성 원리를 지상에 구현하는 미래 에너지 기술이다. ‘인공태양’으로도 불린다. 정부는 과학기술 중심의 미래 대전환을 위한 국가 프로젝트인 ‘7대 SEED 프로젝트’ 추진 방향을 발표하고, SMR(소형모듈원전)과 재생에너지 등과 함께 핵융합을 7대 첨단기술 중 하나로 선정했다. 민관 협력을 기반으로 핵융합에너지 상용화에 본격적으로 나서겠다는 구상이다.

AI를 활용해 과학기술 혁신을 가속하는 K-문샷 프로젝트의 핵심 과제도 ‘한국형 혁신 핵융합로’ 건설이다. 올해부터 핵융합로 주 장치의 개념설계에 착수해 내년까지 기본설계를 마치고, 2028년부터 공학설계에 들어가 2030년까지 완료하는 것이 목표다.

양 PD는 “2030년대 초 조립을 시작해 2035년까지 장치를 완공하고, 2036년 최초 플라즈마를 생성한 뒤 2039년 실제 전력 생산을 실증하는 것이 목표”라고 설명했다.

미중 핵융합 속도 속 K-STAR 경험 기반 AI로 승부

양 PD에 따르면 핵융합에너지는 시뮬레이션과 실험을 통해 핵융합로로 전력을 생산·공급할 수 있다는 기술적 가능성이 상당 부분 확인됐다. 최대 관건은 경제성이다. 소형모듈원전(SMR)이나 재생에너지와 비교해 가격 경쟁력을 확보할 수 있느냐가 상용화의 핵심 과제로 꼽힌다.

전 세계 핵융합 상용화 경쟁도 치열해지고 있다. 국가뿐 아니라 민간 기업까지 뛰어들면서 개발 속도가 빨라지는 추세다. 미국에서는 CFS(커먼웰스 퓨전 시스템) 등 민간 스타트업이 빅테크의 투자를 바탕으로 핵융합 실증장치 ‘SPARC(스파크)’ 시험을 준비하고 있다. 후속 상용로인 ‘ARC(아크)’를 통해 2030년대 전력 공급을 추진한다. 중국도 내년 ‘BEST’ 장치 가동을 준비하고 있으며, 전력 생산 실증을 위한 핵융합 공학시험로(CFEDR) 개발도 추진하고 있다.

한국은 초전도핵융합연구장치 K-STAR를 2007년 독자 개발해 운영해온 경험과 국제핵융합실험로(ITER) 참여를 바탕으로 상용화에 도전하고 있다.

넘어야 할 난제도 적지 않다. 핵융합을 위해서는 1억도 이상의 초고온 플라즈마를 안정적으로 가두고 핵융합 반응을 유지해야 한다. 삼중수소의 처리·회수와 핵융합로 제어·운전 등 해결해야 할 기술적 과제도 산적해 있다.

AI는 이런 난제를 푸는 핵심 수단으로 활용될 전망이다. 양 PD는 “AI 기술이 발전하면서 재료 개발이나 고온 플라즈마 거동 예측 등에 효과적으로 활용할 수 있다”며 “AI 에이전트를 이용하면 핵융합로 운영 전 과정의 자동화에도 도움이 될 수 있다”고 말했다.

핵융합연은 개발 기간을 단축하기 위해 ‘AI 가상 핵융합로’를 구축해 핵융합로 설계와 제어를 자동화·최적화할 계획이다. 양 PD는 “우리나라가 독자적으로 구축해 운영해온 K-STAR를 AI 학습에 필요한 양질의 데이터를 생산하는 테스트베드로 활용할 수 있다”며 “앞으로 AI를 접목하고 데이터를 축적해 나간다면 보다 효율적인 개발이 가능할 것”이라고 강조했다.

양형렬 PD.(사진=이데일리 강민구 기자)

SPC 설립 필수···삼중수소 규제 기반도 마련해야

정부는 2030년대 말 전력 생산이라는 목표를 실현하기 위해 특수목적법인(SPC) 설립 등 민·관 협력을 통해 2035년까지 한국형 혁신 핵융합로를 건설할 계획이다. 전남 나주에는 핵융합로 핵심 부품·장비의 대규모 실증을 위한 인프라도 구축한다.

양 PD는 향후 시급히 해결해야 할 과제로 민·관 협력을 위한 SPC 설립을 꼽았다. 그는 “민간 역량을 활용하기 위해서는 SPC 설립이 필수”라며 “민간과 공공이 공동으로 주도하는 거버넌스를 빠르게 구축해야 한다”고 밝혔다.

안전 인허가 체계를 적기에 마련하는 것도 관건이다. 양 PD에 따르면 핵융합에너지는 다른 에너지원과 비교해 상대적으로 안전하다. 다만 부산물로 발생하는 삼중수소 취급과 관련한 법적·제도적 기반이 아직 충분하지 않아 글로벌 기준에 부합하는 핵융합 안전 규제체계를 마련해야 한다.

양 PD는 임기 동안 핵융합 관련 사업 기획부터 정책 관리까지 총괄하며 전력 실증을 위한 기반을 마련할 계획이다.

그는 “전 세계가 핵융합 전력 실증을 위해 속도를 내고 있는 만큼 우리나라도 뒤처져서는 안 된다”며 “혁신 핵융합로를 2035년까지 완공하고 2039년 전력 생산을 실증해 한국이 에너지 패권을 주도할 수 있도록 힘쓰겠다”고 말했다.

양형렬 PD는

△1969년생 △현 K-문샷 프로젝트 핵융합 분야 PD △서울대 원자핵공학과 학·석·박사 △국가핵융합연구소 KSTAR운영사업단 장치기술개발부장 △국가핵융합연구소 선행기술연구센터장 △한국핵융합에너지연구원 혁신핵융합로설계단장 △ITER 조립팀장 △자랑스런 NFRI인 선정