에너지
Helion Energy: OpenAI와 Microsoft AI 경쟁에 전력 공급
Securities.io를 Google의 선호 소스에 추가
핵융합은 오랫동안 기대돼 온 완벽한 에너지 원이 될 수 있습니다: 탄소 배출이 없고, 연료 공급이 무한하며, 큰 오염을 일으키지 않고, 엄청난 힘을 가집니다.
그리고 고전적인 핵발전소가 핵 분열을 사용하는 것과 달리, 통제되지 않은 연쇄 반응이나 체르노빌이나 후쿠시마와 같은 대규모 방사능 사고의 위험이 전혀 없습니다.
핵융합은 지구에서 태양 핵심 내부의 조건을 재현함으로써 작동합니다. 수소(보통 중수소, 즉 중성자를 하나 더 가진 수소 동위 원소)를 거대한 압력과 수억도에서 수십 혹은 수백만도의 온도에 노출시켜 헬륨 원자나 다른 무거운 원소로 융합시킵니다.
가벼운 원소의 핵은 무거운 원소보다 더 많은 에너지를 함유하고 있기 때문에, 이 과정은 원자당 에너지를 가장 강력한 핵분열 반응보다 10배 이상 방출합니다.
출처: Nature
과학자들은 1950년대 후반부터 실험용 반응기에서 핵융합 조건을 만들기 위해 노력해 왔습니다. 그러나 이러한 극한 조건 때문에 핵융합은 아직 상업적으로 실현되지 못했습니다.
핵융합을 저렴한 에너지 원으로 만들기 위해서는 플라즈마를 몇 분, 이상적으로는 몇 시간 동안 유지해야 합니다. 그래야 초기 온도와 조건을 만들기 위해 투입된 에너지가 지속적인 융합을 통해 “회수”될 수 있습니다.
플라즈마를 만드는 것은 비교적 “쉽지만”, 플라즈마를 가두고 안정적으로 유지하는 것이 어려운 부분이며, 보통 절대 영도에 가까운 온도에서 냉각된 초전도 자석이 만들어내는 거대한 자기장이 필요합니다.
(핵융합의 기본 원리에 대해 더 알고 싶다면 전용 보고서 “Nuclear Fusion – The Ultimate Clean Energy Solution on the Horizon”를 참고하십시오.
그럼에도 불구하고 AI와 컴퓨팅, 플라즈마 과학, 그리고 첨단 소재 분야의 진보가 새로운 핵융합 반응기 설계를 더 작고, 저렴하며, 에너지 효율적으로 만들었습니다.
따라서 학술 실험 단계에서 지난 10년간 이 분야는 급속히 발전했으며, 많은 민간 기업들이 핵융합이 이제 상업적으로 실현 가능한 충분히 성숙한 기술이라고 확신하고 경쟁에 뛰어들었습니다.
많은 기업이 고전적인 토카막이나 스텔러레이터를 넘어, 도넛 형태 반응기에서 초고온 플라즈마를 안정적으로 유지하는 데 따르는 어려움을 피할 혁신적인 방안을 모색하고 있습니다.
그 중 하나가 Helion Energy이며, 이들의 “펄스 자기 압축”은 융합을 보다 효율적으로 생성할 뿐만 아니라, 일반적인 열‑증기‑전기 변환 대신 플라즈마에서 직접 에너지를 추출하는 방식을 포함하고 있어 손실을 크게 줄일 수 있습니다.
Helion Energy 역사
Helion Energy는 2013년에 설립되었으며, 2015년에는 미국 에너지부 산하 고급 에너지 연구 프로젝트 기관인 ARPA‑E(Advanced Research Projects Agency–Energy)로부터 계약을 수주했습니다.
2023년에 Helion은 2028년까지 Microsoft에 핵융합 에너지를 제공하겠다는 약속을 체결했으며, 이는 매우 촉박한 일정으로 모든 관찰자들을 놀라게 했고, 핵융합 기술의 상업적 실현 시점이 예상보다 훨씬 앞당겨질 수 있음을 시사했습니다.
그 이후로 Helion은 기술력을 더욱 강화하고 핵융합 성과를 달성했으며, 다른 AI 기업들도 이 회사에 에너지 공급을 요청하고 있습니다(아래 참고).
2025년 1월 현재 Helion의 가치는 54억 달러이며, 주요 투자자로는 Sam Altman(OpenAI), SoftBank Vision Fund 2, Lightspeed Venture Partners, 그리고 Peter Thiel의 Mithril Capital이 있습니다.
Helion Energy 기술 개념
핵 피스톤
대부분의 핵융합 개념은 장시간 플라즈마와 융합 반응을 유지하려고 합니다. 이론적으로는 생산성이 높지만, 에너지 소모가 매우 커서 순 에너지를 생산하지 못했습니다.
대신 Helion Energy는 펄스 자기 융합 접근법인 자기‑관성 융합(MIF)을 채택했으며, 짧고 고에너지 펄스를 반복해 지속적으로 전기를 생산하도록 설계되었습니다.
가장 단순화된 형태로 Helion Energy가 사용하는 기술은 고성능 피스톤으로, 내연 기관의 피스톤과 크게 다르지 않습니다. 여기서도 연료를 압축하면 점화가 일어납니다.
이 펄스 방식은 반응기가 긴 시간 동안 지속될 필요 없이 짧은 순간들의 연속으로 융합 반응을 일으키게 합니다.
작동 원리는 고전압 자석이 가벼운 원소 가스를 플라즈마 고리로 전환한다는 것입니다.
두 개의 플라즈마 고리가 반응기 양쪽 끝, 약 40피트(약 12미터) 간격으로 생성됩니다. 이후 이 고리들은 1백만 마일/시 이상의 놀라운 속도로 자기장에 의해 가속됩니다. 플라즈마 고리들이 충돌할 때 발생하는 힘은 양성 전하를 띤 원자 핵을 서로 합치기에 충분합니다.
출처: Helion Energy
충돌한 플라즈마는 또 다른 강력한 자기장에 의해 순간적인 펄스로 추가 압축됩니다. 이 과정에서 온도는 1억 섭씨도(180,000,000 °F) 이상에 달하며, 이는 상업적으로 실현 가능한 융합 반응에 필요한 수준으로 간주됩니다.
따라서 Helion Energy는 별을 모방해 열과 압력을 이용하는 것이 아니라, 입자 가속기와 유사하게 운동 에너지와 충돌을 활용하고, 짧은 자기 펄스로 압축을 대체함으로써 장시간 안정적인 압축을 시도합니다.
직접 전기 포집
광전지를 제외하고 거의 모든 전기 생산 기술은 물을 가열해 증기로 만든 뒤 터빈을 돌려 전기를 생산합니다. 이 방식은 검증된 방법이지만 초기 에너지의 상당 부분을 손실합니다.
대부분의 융합 반응기도 동일한 개념을 따르며, 플라즈마와 지속적인 융합에서 발생한 열을 냉각 시스템으로 전달해 터빈으로 에너지를 포집합니다.
Helion Energy는 근본적으로 다른 방식을 계획하고 있습니다. 융합 반응이 반응기의 자기장을 외부로 밀어내는 현상을 이용해, 패러데이 법칙에 따라 코일에 직접 전류가 유도됩니다.
이 전류는 추가 장비나 에너지 변환 없이 바로 활용될 수 있어, 생성된 에너지를 훨씬 효율적으로 활용할 수 있으며 운영 경제성을 크게 개선합니다.
또한 이 방식은 반응기의 복잡성을 감소시킵니다. 거대한 냉각탑, 물 공급, 복잡한 배관, 증기 터빈, 초임계 증기 등 필요하지 않게 됩니다.
이로써 Microsoft에 약속된 Helion Energy의 50MW 시제품인 Orion은 최대 30,000~100,000 평방피트(약 2,800~9,300 m²)의 면적을 차지하는 대형 산업 건물 안에 들어갈 수 있으며, 이는 축구장 한 개와 비슷한 규모입니다.
추가적인 에너지 포집 장비가 필요 없으므로 발전소 비용이 낮아지고 허가 절차가 용이해지며 공급망 위험도 감소합니다.
Helion 최신 성과
반응기 개선
Helion은 Trenta라는 6번째 융합 시제품을 테스트했으며, 이는 중수소‑헬륨‑3 반응으로 구동되지만 중수소‑중수소 반응도 가능합니다. 이 반응기는 10,000회 이상의 펄스를 수행하고 1억 섭씨도에 도달했으며, 소규모에서 개념을 입증했습니다.
그 뒤를 이은 더 크고 야심찬 Polaris 반응기는 단 3년 만에 구축되었습니다.
“우리의 철학은 언제나 가능한 한 빠르게 구축·테스트·반복·재시도하는 것입니다. 바로 지금 우리가 하고 있는 일도 바로 그 철학을 따르고 있습니다.”
David Kirtley, Helion 공동 설립자 겸 CEO
이 19미터(62피트) 규모의 반응기는 Trenta와 동일한 반응을 수행할 수 있을 뿐 아니라 중수소‑삼중수소 반응도 가능합니다. 이는 Polaris가 중수소‑삼중수소 연료로 작동하는 최초의 민간 자금 지원 융합 에너지 기계가 되게 합니다.
이것은 중요한 변화이며, Trenta가 사용한 헬륨‑3는 매우 희귀한 원소로 향후 우주에서 채굴될 가능성이 있습니다. 그러나 현재 계획은 여전히 헬륨‑3을 최종 연료로 사용하는 것입니다.
반응은 새로운 온도 기록을 세웠으며, 1억 5천만 섭씨도(270,000,000 °F)에 도달했으며, Helion은 향후 테스트에서 Polaris의 플라즈마 온도를 더욱 높일 예정입니다.
Polaris는 또한 Orion에 적용될 직접 전기 포집 방식을 검증하는 데 사용되고 있습니다.
“Polaris 테스트 캠페인에서 기록적인 온도와 연료 혼합에서 얻은 이득을 포함한 데이터를 보면서 강력한 진전을 확인했습니다. 우리에게 필요한 그리드에 융합을 제공하려면 설계와 테스트를 신속히 전환할 수 있는 접근 방식이 필요하며, 이러한 결과는 미국 융합 생태계의 성장 역량을 반영합니다.”
Jean Paul Allain – 미국 에너지부 과학 사무국 융합 에너지 과학 부서 부국장
동시에 Helion은 2025년 7월 워싱턴 주 말라가에 위치한 Orion(첫 상업용 기계) 부지에서 건설을 시작했으며, 이는 Microsoft에 융합 전력을 그리드에 공급할 예정입니다.
2025년 10월에 허가 진행 상황이 보고되었으며, 워싱턴 주는 하원 법안 1018을 통과시켜 융합을 청정 에너지 원으로 분류하고 전통적인 핵분열과 법적으로 구분함으로써 규제 절차를 크게 단순화했습니다.
“워싱턴 주는 세계에서 가장 선도적인 융합 에너지 허브이며, 곧 전력 가격을 낮추고 미국의 경제 경쟁력을 높이는 데 필요한 막대한 전력을 제공할 수 있을 것입니다.”
내부 제조
Polaris 구축은 또한 내부 생산 능력을 확대하는 연습이었습니다. Helion Energy는 자체적으로 석영 튜브와 고전압 커패시터를 제조했으며, Orion 구축을 위해서는 2,500개의 커패시터가 필요하고, 생산 과정에 인력과 로봇이 모두 활용됩니다.
이는 Helion이 상업적으로 실현 가능한 설계를 대량 생산하려는 계획과 일치합니다. 이는 소형 원자력 발전소(SMR) 생산 방식과 크게 다르지 않습니다.
“빠르게 규모를 확대하고, 지능형 제조 프로세스를 구축하려면 설계와 제조에 대한 깊은 이해가 필요합니다. 그리고 제조가 어려운 부분을 정확히 파악하는 설계 엔지니어가 필요합니다.”
Sofia Gizzi – Helion 생산 담당 이사
2025년 말, Helion은 Everett 본사 근처에 166,000 평방피트(약 15,400 m²) 규모의 Omega라는 공간을 임대했으며, 여기서 수천 개의 커패시터를 생산할 조립 라인을 설치해 Helion을 순수 전력 생산에 집중하는 기업으로 전환했습니다.
“Helion은 제조 기업입니다. 연구·개발 기업이 아니라 과학 실험이 아닙니다. 완전히 전력 생산에 초점을 맞춘 제조 기업입니다.”
Sofia Gizzi – Helion 생산 담당 이사
따라서 Helion Energy에게 제조 역량은 Orion을 수익성 있게 구축하고, 이후 대량 생산을 통해 융합 발전소를 신속히 확대하려는 미래 성공에 대한 베팅입니다. 이는 다른 공격적인 융합 기업들과 비교해도 회사가 독특하게 야심 차고 낙관적인 타임라인을 가지고 있음을 보여줍니다.
“이 고용량 라인은 Orion 기계를 위한 것이 아니라 차기 기계를 위한 것입니다. 설계 용량의 50% 이하로 운영되는 공장이라도 Orion을 문제없이 생산할 수 있습니다. 하지만 우리는 2030년을 바라보며 그 너머를 목표로 하고 있습니다.”
Sofia Gizzi – Helion 생산 담당 이사
Helion Energy의 거래
앞서 언급했듯이 Microsoft (MSFT )는 Helion에 초기 50MW 시제품인 Orion에 대한 투자를 일찍 시작했으며, 워싱턴 주에 있는 시설에 설치하기 위해 이미 건설이 진행 중입니다 (관련 기사). 이 발전소는 “Microsoft 데이터 센터 바로 앞에” 연결될 예정입니다.
또 다른 주요 파트너인 OpenAI는 Helion과 협상 중이며, 논의 중인 계약은 2030년까지 OpenAI에 최대 5GW의 전력을 제공하는 규모로, Microsoft와의 초기 계약보다 100배 이상 큰 규모입니다. 이는 워싱턴 주와 미국 최대 수력 발전소인 Grand Coulee Dam과 맞먹는 전력량에 해당합니다.
이러한 목표는 다소 과감하게 보일 수 있지만, 2023년 Microsoft와의 계약도 마찬가지였습니다. Sam Altman이 Helion Energy의 직접 주주이기 때문에, 그는 회사의 실제 공급 능력에 대해 잘 알고 있을 가능성이 높습니다.
“Sam은 Helion의 발전에 핵심적인 역할을 수행했으며, 우리가 가장 중요하게 여기는 목표인 고객에게 가능한 한 빨리 융합을 제공해 전 세계의 청정하고 풍부한 에너지 수요를 완전히 충족시키는 데 집중하도록 도와주었습니다. 우리는 앞으로도 그의 새로운 역할에서 계속 협력하기를 기대합니다.”
David Kirtley – Helion CEO
Helion Energy가 융합을 성공시킬 수 있을까?
Helion은 독특한 방식으로 융합을 진행하고 있으며, 이는 예상보다 빠르게 성공할 가능성과 동시에 심각한 위험을 내포하고 있습니다.
고유한 융합 방식 외에도, 직접 전력 생산이라는 대담한 접근은 전통적인 열‑증기‑전기 변환이 보통 매우 낮은 효율을 보이는 점을 고려할 때, 향후 발전소의 수율을 2~3배 향상시킬 수 있습니다.
이러한 방식은 반응기의 자본 집약도를 크게 낮추어, OpenAI와의 5GW 협상 및 2030년 이후 더 큰 용량을 목표로 하는 회사 생산 확대에 중요한 요소가 될 수 있습니다.
또한 경쟁력 있는 자본 비용 외에도 Helion의 융합 발전소는 연료 비용이 거의 없고, 운영 비용이 낮으며, 가동 시간이 길고, 필요에 따라 빠르게 전력을 공급할 수 있습니다. 이는 재생 에너지와 기존 핵분열이 달성하기 어려운 특성입니다.
하지만 여전히 해결해야 할 몇 가지 과제가 남아 있습니다:
- 50MW를 생산하려면 초당 여러 번의 펄스가 필요하며, 이는 수년 또는 수십 년에 걸친 지속적인 운영 시 기계적·열적 스트레스를 누적시킬 수 있습니다.
- 플라즈마 고리의 형태를 유지하는 것은 매우 어렵고, 규모를 확대하면 더욱 어려워질 수 있습니다.
- 헬륨‑3은 자연에서 매우 희귀하기 때문에 Helion은 자체 반응기에서 중수소‑중수소(D‑D) 융합을 통해 헬륨을 “번식”시키고, 생성된 삼중수소가 헬륨으로 붕괴하도록 할 계획입니다. 이 방법은 아직 대규모로 입증되지 않았습니다.
- 반응기는 시간이 지남에 따라 방사선으로 인한 손상을 입을 수 있으며, 이는 운영 경제성에 영향을 미칠 수 있습니다.
- 핵융합에 대한 규제 프레임워크가 아직 존재하지 않으며, 전통적으로 느리고신중한원자력 규제 위원회(NRC)에 의존하고 있어 Helion의 생산 확대 일정보다 규제 승인 절차가 더 오래 걸릴 수 있습니다.
Orion의 출시 일정이 매우 촉박한 만큼, 이러한 문제들을 신속히 해결할 수 있는지 여부가 곧 명확해질 것입니다.
Helion Energy 성공에 투자하기
Microsoft
MSFT 가격 차트
AI 경쟁이 격화되면서 GPU와 같은 인적 자원보다 에너지 공급이 AI 데이터 센터를 확장하고 운영하는 데 가장 큰 병목이 될 수 있다는 점이 명확해졌습니다.
이 때문에 Microsoft는 데이터 센터 전용으로 기존 핵분열 발전소를 재가동했으며, Helion과의 계약을 체결한 이유도 바로 이 때문입니다.
“상업용 융합이 아직 진행 중이지만, 우리는 워싱턴 주에서 Helion의 선구적인 작업을 지원하게 된 것을 자랑스럽게 생각합니다. 이는 지속 가능한 에너지에 대한 우리의 광범위한 투자 약속의 일환입니다.”
Melanie Nakagawa – Microsoft 지속 가능성 최고 책임자
이는 에너지 부족에 직면한 다른 대형 클라우드 기업들에 비해 Microsoft에 결정적인 경쟁 우위를 제공할 수 있습니다.
물론 OpenAI도 같은 상황이지만, Helion과 OpenAI는 아직 비상장 기업이므로, Microsoft는 이 에너지 혁명에 노출될 수 있는 주요 경로가 됩니다.
또한 Microsoft는 융합 기반 AI 데이터 센터 외에도 전통적인 핵분열, SMR, 그리고 기타 기술에 베팅하여 AI 분야에서 소프트웨어와 모델 개발 외에도 확고한 우위를 확보하려 하고 있습니다.
이 회사는 또한 양자 컴퓨팅, 클라우드 컴퓨팅, 비디오 게임, 그리고 B2B 디지털 서비스의 핵심 제공업체이기도 합니다. Microsoft의 이러한 부문에 대한 자세한 내용은 우리의 투자 보고서에서 확인할 수 있습니다.
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