Helion Energy: OpenAI와 Microsoft의 AI 경쟁을 뒷받침하는 힘

핵융합은 오랫동안 기다려온 완벽한 에너지원이 될 수 있습니다: 탄소 배출 제로, 무한한 연료 공급, 중대한 오염을 발생시키지 않으며, 막대한 에너지를 생산합니다.

그리고 전통적인 핵분열을 사용하는 핵발전소와는 달리, 통제 불가능한 연쇄 반응이나 체르노빌이나 후쿠시마와 같은 대규모 방사능 사고를 일으킬 위험이 전혀 없습니다.

핵융합은 태양 중심부의 조건을 지구상에서 재현하는 방식으로 작동합니다. 수소(보통 중수소, 추가 중성자를 가진 수소 동위원소)를 막대한 압력과 수천만에서 수억 도에 노출시켜 헬륨 원자나 다른 더 무거운 원소로 융합되게 만듭니다.

가벼운 원소의 원자핵이 무거운 원소보다 더 많은 에너지를 포함하고 있기 때문에, 이 과정은 원자당 방출되는 에너지가 가장 강력한 핵분열 반응보다도 >10배 이상 더 강력합니다.

출처: Nature

과학자들은 1950년대 후반부터 실험용 원자로에서 핵융합 조건을 만들어 왔습니다. 그러나 핵융합이 일어나기 위해 필요한 극한의 조건으로 인해, 핵융합은 지금까지 상업적으로 실현 가능하지 못했습니다.

핵심 문제는 핵융합이 저렴한 에너지원이 되기 위해서는, 플라즈마를 몇 분, 이상적으로는 몇 시간 동안 유지해야 한다는 점입니다. 그래야 이러한 고온과 조건을 만들기 위해 초기에 투입된 에너지가 지속적인 융합으로 “회수”될 수 있습니다.

따라서 플라즈마를 생성하는 것은 비교적 “쉽지만”, 플라즈마를 가두고 안정적으로 유지하는 것이 어려운 부분이며, 이는 보통 절대영도에서 불과 몇 도 위로 냉각된 초전도 자석이 만들어내는 거대한 자기장을 필요로 합니다.

(핵융합의 기본 원리에 대해 더 자세히 알고 싶으시다면, 저희의 전용 보고서 “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon”를 참조하십시오).

그럼에도 불구하고, AI & 컴퓨팅, 플라즈마 과학, 고급 소재 분야의 진전으로 새로운 핵융합 반응로 설계가 더 컴팩트해지고, 더 저렴해지며, 에너지 효율이 높아졌습니다.

따라서, 학술 실험에서 출발한 이 분야는 지난 10년 동안 급속히 발전해 왔으며, 많은 민간 기업들이 이 경쟁에 합류하여 핵융합이 이제 상업적으로 실현 가능할 만큼 충분히 성숙한 기술이라고 확신하고 있습니다.

많은 기업들이 더 전통적인 토카막이나 스텔러레이터를 넘어, 도넛 모양 반응로에서 초고온 플라즈마를 안정적으로 유지하는 것과 관련된 어려움을 피하기 위한 혁신적인 옵션을 찾고 있습니다.

그 중 하나가 Helion Energy입니다. 이 회사의 “펄스 자기 압축(Pulsed Magnetic Compression)”은 융합을 더 효율적으로 생성할 뿐만 아니라, 더 일반적인 열 추출 -> 증기 -> 전기 방식(이는 상당한 손실을 유발함) 대신 플라즈마에서 직접 에너지를 끌어내는 방법을 포함하고 있습니다.

Helion Energy 역사

Helion Energy는 2013년에 설립되었으며, 2015년에는 미국 에너지부 내 고급 에너지 기술 개발 지원을 담당하는 기관인 ARPA-E(Advanced Research Projects Agency–Energy)로부터 계약을 수주했습니다.

2023년, Helion은 2028년까지 Microsoft에 핵융합 에너지를 공급하겠다는 약속에 서명하며 헤드라인을 장식했는데, 이는 매우 빠른 마감 시한으로 모든 관찰자들을 놀라게 했으며, 핵융합 기술의 상업적 실현 시점이 예상보다 훨씬 빨라질 수도 있다는 인식에 기여했습니다.

그 이후로 회사는 더 많은 기술적 역량과 핵융합 성과를 달성했으며, 다른 AI 기업들도 이제 회사로부터 에너지를 공급받기를 원하고 있습니다(아래 참조).

2025년 1월 기준, Helion의 가치는 54억 달러로 평가되며, Sam Altman (OpenAI), SoftBank Vision Fund 2, Lightspeed Venture Partners, Peter Thiel의 Mithril Capital 등 주요 후원자들이 있습니다.

Helion Energy 기술 개념

핵 피스톤

대부분의 핵융합 개념은 장기간 지속되는 플라즈마와 융합 반응을 만드는 것을 목표로 합니다. 이론적으로는 더 생산적이지만, 이는 또한 매우 에너지 소모가 큰 과정이기 때문에, 이러한 설계들은 순 에너지 생산을 이루지 못한 채 남아 있었습니다.

대신, Helion Energy는 자성 관성 융합(MIF)이라고 불리는 펄스 자기 융합 접근법을 채택하고 있으며, 이는 짧고 고에너지의 펄스로 작동하여 지속적으로 전기를 생산하도록 설계되었습니다.

가장 단순화된 형태로, Helion Energy가 사용하는 기술은 내연기관에 사용되는 피스톤과 완전히 다르지 않은 하이테크 피스톤으로 설명될 수 있습니다. 여기서도 연료의 압축은 그 점화로 이어집니다.

이 펄스 접근법은 반응로가 융합 반응을 오랜 기간 유지할 필요 없이 일련의 짧은 순간에 생성할 수 있게 합니다.

작동 방식은 고전압 자석이 가벼운 원소들의 기체를 플라즈마 링으로 변환하는 것입니다.

두 개의 이러한 링이 반응로의 반대쪽 끝, 40피트 간격으로 생성됩니다. 그런 다음 자기장으로 시속 100만 마일을 초과하는 놀라운 속도로 가속됩니다. 플라즈마 링들이 서로 충돌하는 힘은 양쪽 모두 양전하를 띠고 있음에도 불구하고 원자핵들이 합쳐지도록 강제하기에 충분합니다.

출처: Helion Energy

충돌하는 플라즈마는 그런 다음 또 다른 강력한 자기장에 의해 갑작스러운 펄스로 더 압축됩니다. 이는 1억 섭씨도(180,000,000 °F) 이상의 조건을 만들어내며, 이는 상업적으로 실현 가능한 어떤 융합 반응에도 필요한 수준으로 간주됩니다.

따라서 전체적으로, Helion Energy는 별(열과 압력)을 모방하는 것이 아니라 운동 에너지와 충돌을 사용하여, 안정적인 장기간 압축을 만들려는 시도를 짧은 자기 펄스 압축으로 대체하는, 고전적인 핵융합 반응로보다는 입자 가속기와 더 유사한 방식으로 융합 조건을 일으키려고 합니다.

직접 전기 포집

태양광 발전을 제외하고, 거의 모든 전기 생산 기술은 열이나 기계적 에너지를 사용 가능한 전력으로 변환하는 방법으로 물을 증기로 가열하여 터빈을 돌리는 방식을 사용합니다. 이는 검증된 방법이지만, 초기 에너지의 상당 부분을 잃기도 합니다.

대부분의 핵융합 반응로의 경우 개념은 동일하게 유지되며, 플라즈마와 지속적 융합의 열은 냉각 시스템으로 전달되어 터빈으로 에너지를 포집하게 됩니다.

Helion Energy는 근본적으로 다른 방법을 사용할 계획입니다. 융합 반응이 반응로의 자기장을 바깥쪽으로 밀어낸다는 사실을 이용합니다. 패러데이 법칙에 따라, 이 움직임은 기계를 둘러싼 코일에 직접 전류를 유도합니다.

이 전류는 추가 장비나 에너지 변환 없이 직접 활용될 수 있습니다. 이는 생성된 에너지를 활용하는 훨씬 더 효율적인 방법이 될 수 있으며, 운영의 경제성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

또한, 이는 반응로의 복잡성과 전체 크기를 줄입니다: 거대한 냉각탑 불필요, 물 흡입 불필요, 복잡한 배관 불필요, 증기 터빈 불필요, 격리가 필요한 초임계 증기 불필요 등.

이는 Microsoft에 약속된 Helion Energy의 50MW 프로토타입인 Orion이 대형 산업 건물에 들어맞도록 할 것이며, 최대 30,000~100,000 평방피트의 면적을 차지하는데, 이는 대략 축구장과 비슷한 크기입니다.

마지막으로, 생성된 에너지를 포집하기 위한 추가 장비가 필요하지 않아, 발전소 비용을 줄이고, 허가를 더 쉽게 받으며, 공급망 위험을 줄입니다.

Helion의 최신 성과

반응로 개선

Helion은 중수소-헬륨-3 반응으로 구동되지만 중수소-중수소 반응에서도 작동하는 6번째 핵융합 프로토타입인 Trenta로 그 개념을 테스트했습니다. 이 반응로는 10,000회 이상의 펄스를 수행했고, 1억 도에 도달했으며, 전반적으로 소규모에서 개념을 입증했습니다.

그 뒤를 이어 훨씬 더 크고 야심찬 Polaris 반응로가 단 3년 만에 건설되었습니다.

“저희 철학은 항상 가능한 한 빠르게 구축, 테스트, 반복, 재실행하는 것이었습니다. 그리고 그것이 바로 지금 우리가 하고 있는 일입니다.”
David Kirtley, Helion 공동 창립자 겸 CEO

이 19미터 (62피트) 반응로는 Trenta와 같은 반응을 할 수 있을 뿐만 아니라, 중수소-삼중수소 반응도 할 수 있습니다. 이로 인해 Polaris는 중수소-삼중수소 연료로 운전된 최초의 민간 자금 지원 핵융합 에너지 장치가 되었습니다.

이는 중요한 변화입니다. Trenta가 헬륨-3에 의존했기 때문인데, 헬륨-3는 매우 희귀한 원소로 미래에 우주에서 채굴될 수도 있습니다. 그러나 현재로서 계획은 여전히 궁극적으로 헬륨-3를 사용하는 것입니다.

반응은 온도에서 새로운 고점에 도달했으며, 섭씨 1억 5천만 도(270,000,000 °F)를 달성했고, Helion은 향후 테스트에서 Polaris의 플라즈마 온도를 계속 높일 것입니다.

Polaris는 또한 Orion에서 사용될 직접 전기 포집 접근법을 검증하는 데 사용되고 있습니다.

“Polaris 테스트 캠페인의 데이터, 특히 기록적인 온도와 그들의 시스템 내 연료 혼합물로부터의 이득을 보는 것은 강력한 진전을 나타냅니다. 우리가 핵융합을 전력망에 연결하려면 설계와 테스트에서 신속한 전환이 가능한 접근법이 필요하며, 이러한 결과는 미국 핵융합 생태계의 성장하는 능력을 반영합니다.”
Jean Paul Allain – 에너지부 과학국 핵융합 에너지 과학 부국장

동시에, Helion은 2025년 7월 워싱턴주 말라가에 첫 상용 장치인 Orion의 부지에서 건설을 시작했으며, 이는 Microsoft에 핵융합으로부터의 전력을 전력망에 공급할 것입니다.

허가 진행 상황은 2025년 10월에 보고되었으며, 워싱턴주는 하원 법안 1018을 통과시켜 핵융합을 청정 에너지원으로 분류하고 전통적인 핵분열과 법적으로 구별하여 규제 경로를 훨씬 간소화했습니다.

“워싱턴주는 세계 최고의 핵융합 에너지 허브로서, 머지않아 전기 요금을 낮추고 미국의 경제적 경쟁력을 높이는 데 필요한 막대한 양의 전력을 제공할 수 있을 것입니다.”
워싱턴주 의회 지도자 상원의원 Maria Cantwell

사내 제조

Polaris 건설은 또한 사내 생산 확대를 위한 연습이었으며, Helion Energy는 필요한 석영 튜브와 고전압 커패시터를 자체적으로 제조했습니다. Orion 건설에는 2,500개의 커패시터가 필요할 것이며, 생산 과정에는 작업자와 로봇 공학이 모두 사용됩니다.

이는 Helion이 상업적으로 실현 가능한 설계를 대량 생산할 계획이기 때문에 중요합니다. 이는 SMR 핵분열 발전소 생산이 계획되는 방식과 다르지 않습니다.

“신속하게 확장하고 싶고, 지능형 제조 공정을 구축하고 싶다면, 그 작동 방식을 정말 잘 이해하는 엔지니어들이 있어야 합니다. 그리고 제조 과정에서 어려운 점이 무엇인지를 정말 잘 이해하는 설계 엔지니어들이 있어야 합니다.”
Sofia Gizzi – Helion 생산 책임자

2025년 말, 회사는 Everett 본사