Elon Musk: 태양광 대 핵융합 — 누가 승리하고 왜?

에너지 원에 대한 논의에 있어 오늘날 당파성은 주제의 일부분이자 전부입니다. 보수파는 화석 연료를 선호하고, 진보파는 태양광 패널과 전기차를 선호하며, 기술자들은 핵분열이라는 핵 재생을 기대하고 있습니다.

한편, 과학자들은 수십억 달러 규모의 예산을 투입해 핵융합을 풀어내려 하고 있습니다. 이론적으로 핵융합은 청정하고 무한한 궁극적인 전력원일 수 있지만, 이를 곧 실현 가능하다고 보는 사람은 많지 않습니다.

우선, 회의론자들은 핵융합이 실용적이고 상업적으로 활용될 것이라는 예측이 80년 동안 계속 20~30년 뒤라고만 말해온 끔찍한 기록에 어느 정도 정당성을 찾을 수 있습니다.

최근 기술 리더이자 억만장자, 논란의 인물인 엘론 머스크가 이 논쟁에 무게를 실었습니다. 그는 핵융합 연구 프로젝트는 무의미하다고 주장했는데, 가장 좋고 유용한 핵반응로는 이미 존재하고 있기 때문이라고 말했습니다: 바로 태양입니다.

출처: Elon Musk / X

실제로 태양의 에너지 출력은 인류를 영원히 능가할 가능성이 높습니다.

목성의 부피가 지구의 약 1,300배에 달하지만, 태양은 여전히 그보다 훨씬 거대합니다. 태양은 우리 태양계 전체 질량의 99.86%를 차지하며 매초 6억 톤의 수소를 연소하고 있습니다.

따라서 머스크에 따르면 인류는 태양광 에너지에 전념하고 핵융합은 잊어버려야 한다는 것입니다.

그렇다면 그는 옳은 걸까요?

태양광의 큰 장점: 비용과 속도

이전 기사 “The Solar Age – A Bright Future To Mankind”에서 우리는 태양광 에너지가 빠르게 문명 주요 에너지원으로 자리 잡아가고 있음을 논의했습니다.

이러한 흐름은 수십 년에 걸친 진보 덕분에 태양광 패널 가격이 30배 하락했기 때문입니다.

출처: IEA

동시에 전기차와 전력망에 전력을 공급할 수 있는 대규모 배터리 파크가 화석 연료 대비 전기의 유용성을 높이고 있습니다.

그럼에도 태양광 에너지에는 몇 가지 제한이 있습니다:

• 겨울에 생산량이 크게 감소합니다, 특히 북위 지역에서.
• 가격 하락 속도가 둔화되고 있습니다.
• 생산이 간헐적이며 예측이 어려워 다음과 같은 비이상적인 시나리오가 발생합니다:
  • 태양광이 전체 에너지 믹스에서 작은 비중을 차지하고, 맑은 날에만 실질적인 기여를 합니다.
  • 태양광이 에너지 믹스에서 큰 비중을 차지하지만, 햇빛이 없는 날을 위한 대규모 초과 용량을 필요로 합니다.
  • 수조 달러 규모의 대규모 배터리 파크, 수소 시설 또는 기타 에너지 저장 시스템을 구축해 흐린 날, 저녁, 겨울에 태양광을 보완해야 합니다.

동시에 태양광은 현재 작동하고 있는 반면, 핵융합 반응로는 아직 상업적으로 유용한 모델에 머물러 있는 이론 단계에 불과합니다.

핵융합이 상업화될 수 있을까?

우리의 핵융합에 관한 심층 보고서에서 설명했듯이, 이론적으로 핵융합은 이상적인 에너지 원입니다: 오염 물질이 전혀 배출되지 않으며(산출물은 헬륨), 우주에서 가장 풍부한 물질인 수소를 사용하고, 가장 큰 핵분열 발전소보다 수십 배 더 강력합니다.

문제는 물질을 안전하고 저렴하게 다루어야 하며, 동시에 수천만~수억도에 압축·가열하고 그 과정에서 에너지를 추출해야 한다는 점입니다.

1950년대부터 핵융합을 유도하는 방법을 알았지만, 에너지 생산에 활용하는 것은 여전히 어려운 목표였습니다.

그럼에도 국제 ITER 프로젝트는 진행 중이며, Commonwealth Fusion Systems와 Proxima Fusion 같은 민간 기업도 향후 몇 년 안에 상업 모델을 발표할 예정입니다.

따라서 엘론 머스크가 촉발한 비교를 이어가면: 설령 상업용 핵융합이 개발되더라도 태양광에 의해 구식이 될까요?

태양광 vs 핵융합 비교

개요

핵심 논쟁은 각 에너지원을 바라보는 관점에 따라 달라집니다.

태양광에 대한 주장은 본질적으로 “무료”라는 것입니다. 즉, 에너지는 이미 거대한 핵융합 반응로인 태양에 의해 생성되어 매일 지구에 도달하고, 수집만 하면 된다는 의미입니다.

비평가들은 지구에 도달하는 총량은 거대하지만, 제곱피트당 너무 희박해 효율이 낮고 환경 변화에 취약하다고 말합니다.

반면 미래의 핵융합 반응로는 훨씬 더 집중된 에너지를 생산해 필요 시 즉시 전력을 공급할 수 있습니다. 또한 날씨, 계절, 시간에 전혀 영향을 받지 않습니다.

결국 논쟁은 기술적인 것보다 개념적·경제적인 측면이 더 큽니다.

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태양광이 승리하려면?

경제적 경로

핵융합이 아무리 효율적이라도 태양광이 의미를 갖는 경로는 몇 가지가 있습니다.

첫 번째는 에너지 생산이 사후 고려 사항이 될 정도로 저렴하고 보편화되는 것입니다. 예를 들어, 태양광 패널이 충분히 저렴해지면 모든 지붕, 울타리, 심지어 외벽까지 덮는 것이 합리적입니다.

양면 패널은 앞면과 뒷면 모두에서 에너지를 생산해 이러한 설계에 이상적이며, 30~50년 동안 최소 손실로 생산할 수 있는 초내구성 패널은 큰 경제적 이점을 제공합니다.

출처: Next2Sun

이러한 상황에서는 배터리 비용이 거의 들지 않아야 하며, 햇빛이 풍부한 낮에 생산된 여분 전력을 이용해 저녁과 겨울을 완전히 보충할 수 있어야 합니다. 또한 수천 킬로미터에 이르는 장거리 그리드 연결도 도움이 될 수 있습니다.

그럼에도 핵융합이 아무리 효율적이라도, 대부분의 전력망은 사막이나 고산지대와 같은 햇빛이 풍부한 지역에 설치된 태양광 패널이 공급하게 될 것이며, 핵융합은 틈새 응용 분야에 국한될 가능성이 높습니다.

첨단 기술 경로

태양광 패널의 제한—주로 주야간 주기와 날씨에 기인—을 완화하는 또 다른 옵션은 두 문제 모두 사라진 우주로 이동하는 것입니다: 우주로.

우주 기반 태양광 발전은 전용 기사에서 설명한 바와 같이, 태양광 농장을 궤도에 배치해 태양이 24시간 내내, 지표면보다 훨씬 높은 강도로 비추게 합니다. 전력은 마이크로파 빔과 전용 수신소를 통해 지구로 전달됩니다.

장기적으로는 금성, 수성 혹은 태양에 더 가까운 궤도에 이러한 태양광 스테이션을 배치해 생산량을 더욱 늘릴 수 있습니다.

머스크의 주장에 명시되지 않았지만, 이것이 그의 논리 배경일 수 있습니다. 지상 기반 태양광이 아직 완벽하지 않은 상황에서, 머스크의 스타쉽과 같은 로켓으로 발사 비용을 크게 낮춘다면 우주 기반 태양광이 모든 다른 에너지원과 직접 경쟁할 정도로 저렴해질 수 있습니다.

핵융합이 승리하려면?

물론 핵융합이 인류의 주요 에너지원으로 자리 잡기 위한 첫 단계는 점화에 필요한 에너지보다 더 많은 에너지를 생산하는 것입니다.

이것이 달성되면, 대부분의 논쟁은 경제성으로 옮겨가며 다음과 같은 핵심 질문에 답이 필요합니다:

• 핵융합 플랜트를 건설하는 비용은 얼마인가? (자본 비용)
• 플랜트가 건설된 후 1kWh를 생산하는 비용은 얼마인가? 연료뿐 아니라 인력, 유지보수, 수리, 가동 중단, 보험 등 모든 비용을 포함한 운영 비용은?
• 플랜트를 언제까지 운영할 수 있으며, 언제 은퇴해야 하는가? (감가상각 기간)

핵분열이 기술적 경이이지만 건설·운영 비용이 매우 높은 것처럼, 핵융합도 마찬가지로 비싸게 나올 가능성이 높습니다. 이는 거대한 초전도 자석, 첨단 전자공학, 슈퍼컴퓨터, 새로운 초재료, 플라즈마·양자 물리학 전문가 등을 필요로 하기 때문입니다.

하지만 핵융합은 한 장소에 대규모 전력이 필요하고 즉시 공급해야 하는 모든 응용 분야에서 승리할 것입니다. 따라서 핵융합이 현실화된다면 대형 군함, 우주선, 특정 중공업 분야에서 선호되는 에너지원이 될 가능성이 높습니다.

이는 또한 심우주 탐사에 가장 적합한 에너지원이 될 것입니다. 태양광은 태양으로부터 멀어질수록 지수적으로 감소하기 때문입니다. 예를 들어, 목성은 지구가 받는 햇빛의 4%만 받습니다.

에너지 믹스의 세 가지 시나리오: 태양광, 저장, 핵융합

전반적으로 인류의 미래 에너지 믹스는 몇 가지 변수에 달려 있으며, 그 중 일부는 엘론 머스크가 직접 변화시키기 위해 노력하고 있습니다.

시나리오 1: 태양광의 제한 장벽

더 저렴한 태양광 패널이나 초저가 에너지 저장이 실현되지 않으면 기술 발전 속도는 점점 더 느려집니다.

이 경우 태양광은 전력망 전체 수요를 감당하지 못하게 되고, 기본 부하와 겨울 소비는 화석 연료나 핵에너지(가능하다면 핵융합)로 충당해야 합니다. 핵융합은 저탄소·저위험이라는 장점 때문에 이상적인 선택이 될 수 있습니다.

태양광의 현재 인기를 고려할 때, 이는 태양광 패널과 배터리 기술이 물리적 한계에 부딪혀 더 이상 진전이 어려워질 경우 발생할 가능성이 높습니다.

시나리오 2: 태양광 에너지 보편화

이 옵션에서는 태양광 에너지가 너무 저렴해 비용을 거의 측정할 가치가 없게 됩니다. 생산량이 방대해 맑은 날에는 “쓸모없는” 과잉이 발생하고, 흐린 날에도 대부분의 건물·도로 등에 설치된 거대한 태양광 파크가 이를 보완합니다.

이러한 에너지 풍부함은 우리 시대의 많은 문제를 해결할 수 있게 합니다:

• 담수화는 사막을 녹색화하고 풍부한 담수를 제공할 수 있습니다.
• 탄소 포집을 대규모로 수행해 탄소 배출에 대한 모든 우려를 해소할 수 있습니다.
• 무한히 저렴한 에너지로 저품질 광석에서 금속을 채굴해 사실상 무한한 원자재 공급이 가능합니다.
• 인공 조명의 비용이 무시할 수준이 되어 수직 농장이 주요 식량원이 되고, 대규모 자연 복원을 가능하게 합니다.

출처: One Earth

궤도 태양광 농장의 성공적인 배치도 동일한 결과를 낳습니다. 방대한 에너지 공급은 지구뿐 아니라 우주 식민지와 소행성 채굴에도 전력을 제공해 금속·자원·에너지의 풍부함을 가져옵니다.

시나리오 3: 핵융합이 지배

대부분의 기술은 초기에는 느리게 시작해 급격한 개선 단계에 들어갔다가 개념 자체의 내재적 한계 때문에 정체됩니다. 이는 지난 200년간 거의 모든 신기술에서 관찰된 현상입니다.

핵융합이 흥미로운 이유는 아직 개념 단계에서 상업 단계로 넘어가는 과정에 있기 때문입니다.

실험적 이해, 규모의 경제, 새로운 발견이 진행되면 비용과 효율성이 급격히 개선될 것이며, 초기 내연기관이 오늘날 자동차와 거의 차이가 없는 것과 비슷합니다.

따라서 태양광이 “측정 불가할 정도로 저렴해지는” 상황이 될 가능성이 있는 반면, 핵융합은 그보다 더 높은 목표를 달성할 가능성이 있습니다.

핵융합이 충분히 빠르게 개발된다면 상황이 뒤바뀔 수 있습니다. 화석 연료를 대체할 수 있는 대안이 등장해 중앙 집중식 전력망과 에너지 시스템에 바로 적용된다면, 태양광이 보편화될 시간조차 없을 정도로 경쟁력을 갖출 수 있습니다. 물론 우주·군사 분야에서의 핵융합 이점도 스케일을 뒤집는 요인이 될 수 있습니다.

결론

우리 주요 에너지 소비의 압도적인 대부분이 아직도 화석 연료(석탄, 석유, 가스)에서 나오기 때문에, 태양광과 핵융합의 적절성을 논하는 것이 다소 이상하게 보일 수 있습니다.

현재 두 기술 모두 지속 가능하고 저탄소인 에너지 시스템으로 전환하기 위해 절실히 필요합니다.

출처: EIA

하지만 실제로는 머스크의 발언이 핵융합 연구 예산이 태양광 수용을 지연시키는 것으로 보인다면 타당합니다—특히 궁극적으로 행성 규모 또는 우주 기반 태양광이 더 합리적이라면 말이죠.

그가 반드시 옳다는 뜻은 아닙니다. 태양광(및 에너지 저장)은 아직 우리 에너지 요구량 100%를 충족시킬 수 있음을 증명하지 못했으며, 이는 전력망 수요뿐 아니라 운송, 화학 생산, 중공업에 필요한 모든 에너지를 포함합니다.

따라서 하나의 바구니에 모든 알을 넣기보다는 동시에 여러 저탄소 에너지원을 추진하는 것이 현명할 수 있습니다: 태양광, 지열, 풍력, 4세대 핵분열, 그리고 핵융합을 포함합니다.

어쨌든 핵융합이 우주 탐사와 식민지 건설에 제공할 잠재력 자체가 이 에너지원을 마스터하는 데 충분히 정당화될 수 있다는 점도 언급할 수 있습니다.

주목할 만한 핵융합 기업 (대부분 현재는 비상장)

현재 핵융합을 상업적으로 실현하려는 기업 중 공개 상장된 기업은 없습니다. 여기에는 Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion, TAE Technologies, ZAP Energy, 그리고 NEO Fusion이 포함됩니다.

Dealroom 전용 페이지에서 핵융합 분야 스타트업의 광범위한 목록을 확인할 수 있습니다.

예외적으로 록히드 마틴이 있습니다. 이 항공우주 방위 기업은 2010년대 초부터 Compact Fusion이라는 핵융합 반응로를 개발해 2020년대에 준비될 것으로 기대했습니다.

하지만 2021년에 해당 프로젝트가 중단됐다고 발표되었습니다.

초기 대대적인 발표 이후 이 프로젝트에 대해 매우 조용히 대처해 왔으며, 현재까지 왜 포기했는지 정확히 밝혀지지 않았습니다.

동시에 2024년에 Helicity에 투자하는 등 개념을 완전히 포기하지는 않은 것으로 보입니다. Helicity는 핵융합 엔진을 개발하는 스타트업입니다.

이 아이디어는 핵융합을 짧은 폭발로 우주선을 추진하는 것입니다. Helicity는 General Fusion이 사용하는 것과 동일한 플라즈마 건을 사용할 계획입니다.

잠재적으로 록히드 내부 결과는 그들의 설계가 에너지 생산에 적합한 형태로 핵융합을 지속시킬 수 없음을 보여주었습니다.

하지만 짧은 폭발이 우주 추진에 충분할 수 있으며, 실제 제품에 가까워지고 있습니다. 이는 또한 회사의 전반적인 항공우주·방위 중심 프로필과 더 잘 맞습니다.

언급된 공개 태양광 주식 (위험 포함)

1. Daqo New Energy Corp.

이 중국 기업은 세계적인 폴리실리콘 생산 리더 중 하나이며, 폴리실리콘은 태양광 패널 제조의 핵심 부품입니다. 따라서 Daqo는 중국이 태양광 제조 부문을 장악하는 데 기초적인 기둥 중 하나입니다.

회사는 2019년 이후 생산 능력을 8배 이상 빠르게 확대하고 있습니다.

출처: Daqo

Daqo는 태양광 패널 공급망의 중심에 위치해 있어 2020년 6억 8000만 달러에서 2022년 46억 달러로 매출이 크게 성장했습니다. 2022년 급증 이후 폴리실리콘 가격이 진정되면서 주가는 2021년 정점을 크게 하락했습니다.

회사의 커뮤니케이션과 웹사이트는 다소 부실하지만, 이는 산업 B2B 기업이 대중이나 해외 투자자보다 업계 내부 이미지에 더 집중하는 특성이라 할 수 있습니다.

주가는 P/E와 현금 흐름 대비 매우 낮은 평가를 받고 있습니다. 이는 신장 위구르 자 forced labor(강제 노동)과 관련된 논란 및 워싱턴 DC에서 해당 지역 기업에 대한 추가 제재 논의와도 부분적으로 연관됩니다.

따라서 투자자는 Daqo 주식이 실제 지정학적 위험을 크게 내포하고 있음을 인식해야 하며, 동시에 낮은 평가 배수 덕분에 큰 재무적 상승 잠재력도 가지고 있음을 알아야 합니다.

2. JinkoSolar Holding Co., Ltd.

Jinko는 세계 최대 규모의 태양광 패널 제조업체 중 하나이며, 주로 중국에 기반을 두고 있습니다. 관세 회피를 위해 베트남에서 실리콘 웨이퍼를, 말레이시아와 미국에서 태양전지를 생산하며 제조 기반을 다변화하고 있습니다.

출처: Jinko Solar

어쨌든 이 회사는 서구 시장에 과도하게 노출되지 않으며, 중국, 아시아 태평양(APAC) 및 신흥 시장이 사업의 대부분을 차지합니다.

출처: Jinko Solar

Jinko는 2025년에만 85~100GW의 태양전지를 공급했으며, 이는 2년 전 14.5GW에 비해 크게 증가한 수치로, 광전지 산업에서 1위를 차지합니다.

Jinko의 최첨단 N형 셀은 놀라운 27.2%의 에너지 효율을 달성했습니다. 또한 양면 패널도 제공합니다.

제품의 환경 프로필을 개선하기 위해 Jinko Solar는 NeoGreen을 출시했으며, 이는 석탄 대신 재생 에너지로 전 과정이 생산된 최초의 N형 태양광 패널입니다.

2023년 이후 N형 패널이 Jinko 매출의 대부분을 차지해 전체 출하량의 80%를 차지하고 있으며, 새로 개장한 56GW 생산 시설에서 추가 용량을 확보했습니다. 총 생산 능력은 2025년에 130GW에 이를 것으로 예상되며, 이는 회사 전체 누적 생산량의 거의 절반에 해당합니다.

Jinko의 초공격적인 생산 능력 확대는 N형 기술에 대한 자신감과 아시아·아프리카·남미 수출 시장을 장악하려는 야망을 반영하며, 궁극적으로 태양광이 전 세계 에너지 시스템을 장악할 전망과도 맞닿아 있습니다.