Proxima Fusion의 돌파구, 상업용 핵융합에 가까워짐

에너지 부문의 탈탄화는 기후 변화의 도전에 대처하는 데 중요합니다. 인공 지능(AI)과 같은 새로운 기술의 등장으로 에너지를 많이 소모하는 것에 대한 필요성이 더욱 강조되고 있습니다.

청정 전기 외에도 탄소가 없는 열 발생, 해수 담수화, 대기 중 직접 탄소 포집에 대한 에너지 수요가 증가하고 있습니다.

태양열, 풍력, 지열과 같은 재생 가능 에너지源이 인기를 끌고 있지만, 높은 신뢰성, 높은 용량, 일관성을 제공하면서 상대적으로 낮은 탄소足跡을 가진 더 강력한 옵션이 있습니다.

그 강력한 탄소가 없는 에너지源은 핵융합 발전소로, 세계의 미래 청정 에너지 수요의 상당한 부분을 공급하는 것을 목표로 합니다.

핵융합은 탈탄화를 가속화하는 방법입니다

핵융합은 가장 환경적으로 친화적인 에너지源 중 하나입니다. 대기 중에 유해한 배출물이 없습니다.이는 핵융합이 온실 가스 배출(GHG)에 기여하지 않으며, 그로 인해 지구 온난화가 발생하지 않는다는 것을 의미합니다.

동시에, 추정에 따르면 핵융합 에너지의 가격은 기술 개발 초기에 이미 경쟁력이 있을 것입니다. 미래의 핵융합 발전소에 대한 용량 비용은 1–10$/W 범위로 추정되며, 이는 핵융합 에너지의 비용이 20–100 $/MWh 범위에 있을 것입니다.

핵융합 과정은 두 개의 경한 원소를 하나의 더 무거운 핵으로 결합시키면서大量의 에너지를 방출합니다. 이 반응은 플라즈마라는 상태의 물질에서 발생하며, 이는 고온의 전하가 있는 가스입니다.

이는 원자로와 다르며, 원자로에서는 무거운 원자가 분열되어 조각으로 나뉩니다. 핵융합은 수소와 리튬과 같은豊富한 원자로를 연료로 사용합니다.

현재, 핵융합 반응기는 핵융합을 이용하여 전기를 발생시키는 장치입니다. ITER 토카막은 세계에서 가장 큰 가장 강력한 핵융합 반응기입니다.

ITER는 중국, 유럽 연합, 인도, 일본, 한국, 러시아, 미국 간의 국제 핵융합 연구 및 엔지니어링 프로젝트로, 태양과 별의 핵융합 과정을 모방하여 에너지를 생성하는 것을 목표로 합니다.

지구에서 이 핵융합을 산업 규모로 재현하여 거의 무한한 청정, 안전한, 경제적인 에너지를 제공할 수 있습니다. 따라서, 이를 재현하고 에너지를 활용하기 위한不断한 노력이 이루어지고 있습니다.

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상업적으로 실현 가능한 핵융합 발전소

과학자들이 핵융합의 이론을 처음 이해한 이후 많은 thập kỷ가 지났습니다. 이후 대규모 프로젝트가 자기 구속 접근 방식을 사용하여 핵융합 발전소를 개발하기 위해 노력해 왔습니다.

이에는 영국의 STEP 구형 토카막 프로그램, 미국의 SPARC 토카막, 중국의 CFETR, 및 토카막 ITER가 포함됩니다.

토카막은 핵융합 발전소로 가는 가장 유망한 경로로 간주되어 왔습니다. 그러나 토카막은 플라즈마 교란에 취약하여 상업적으로 실현 가능하지 않습니다.

독일의 스타트업 Proxima Fusion의 연구 논문에 따르면, 첫 번째 준 등방성(Quasi-Isodynamic) 스텔라레이터가 개발되어, 빠른 입자 손실이 낮습니다. 핵융합 에너지 반응기 설계는 상업적으로 실현 가능한 핵융합 에너지로 가는 가장 빠른 길로 간주됩니다.

Stellaris라고 불리는 이 thiết kế는 “연속 모드로 작동하도록 설계되었으며, 본질적으로 안정적”이라고 Proxima의 공동 설립자이자 CEO인 Francesco Sciortino는 말했습니다. “다른 핵융합 발전소 설계는 아직까지 이러한 능력을 입증하지 못했습니다.”

스텔라레이터는 토카막과 비교하여 유사한 에너지 구속 특성을 가지고 있지만, 문제가 되는 전류 구동 플라즈마 교란을 피하는 설계입니다. 이러한 스텔라레이터는 순환 토로이달 전류가 없는 플라즈마로 작동할 수 있습니다.

스텔라레이터는 토카막보다 더 안정적이고 작동에 필요한 전력이 적습니다. 스텔라레이터의 그린월드와 같은 密度 제한의 부재는 더 높은 密度에서 작동할 수 있음을 의미하며, 이는 연료 密度와 핵융합 에너지의 유리한 스케일링으로 인해 유리합니다.

현재, QI 스텔라레이터는 반응기 응용 프로그램에 대해 특히 유망합니다. 이는 자체 유도 전류가 본질적으로 감소하기 때문입니다. 조사된 스텔라레이터 옵션 중에서, 모듈식, 저전도, QI 스텔라레이터는 기술 준비도에서最高입니다.

이것은 세계에서 가장 큰 스텔라레이터인 Wendelstein 7-X에서 조사됩니다. Wendelstein 7-X는 독일 연방 정부와 유럽 연합으로부터 13억 유로의 자금을 받아 개발되었습니다.

W7-X는 10년 전부터 작동을 시작했지만, 2년 전까지 설계 사양에 도달하지 못했습니다. W7-X 실험은 플라즈마에서 열 수송을 터불런스로 驅動하는 수준까지 신고전적 수송을 감소시켰습니다.

이는 최적화된 스텔라레이터가 이제 토카막과 유사한 신고전적 수송 수준을 달성할 수 있도록 설계될 수 있음을 의미합니다. 따라서, 최적화된 스텔라레이터는 토카막과 동일한 물리적 제약에 의해 근본적으로 제한되면서, 스텔라레이터의 안정성을 유지합니다.

그러나, Wendelstein 7-X는 연구를 위해 개발되었으며, 독일의 Max Planck Institute for Plasma Physics(IPP)에 위치해 있습니다. 반면, Stellaris는 언젠가 그리드를 구동할 수 있습니다.

IPP는 스텔라레이터 최적화의 선구자입니다. 최근 몇 년 동안, 우리는 물리적 특성이 예측되는 스텔라레이터를 설계할 수 있었습니다. 이는 이전에 예상치 못한 성능을 제공할 것입니다. 그러나, 이는 여전히 많은 기술적, 엔지니어링적인 도전을 남기며, Proxima Fusion은 이 첫 번째 연구에서 이러한 문제를勇敢하게 해결했습니다.

“이것은 핵융합 발전소를 향한 길에서 중요한 그리고 필요한 작업입니다. 우리는 이 협력을 통해 이를 가속화하기를 희망합니다.”라고 Max Planck IPP의 스텔라레이터 이론 부문 책임자 Prof. Dr Per Helander는 말했습니다.

설계는 Proxima의 첫 번째 示範機로 구현될 것입니다. 이는 6년 내에 완료될 예정입니다. 데모 스텔라레이터 Alpha는 첫 번째 핵융합 장치로, 지속 상태에서 순 에너지 생산을 보여줄 것입니다.

이는 회사의 첫 번째 1GW 핵융합 반응기가 2030년대에 가동될 수 있는 기반을 마련할 것입니다.

가장 큰 도전을 해결하기 위한 AI 활용

Proxima는 작년 여름, QI 스텔라레이터와 고온 초전도체를 기반으로 하는 첫 번째 세대의 핵융합 발전소를 구축하기 위해 2,000만 유로의 자금을 조달했습니다.

예상치 못한 시드 라운드는 스위스 VC 회사 Redalpine이 주도했으며, 독일 정부 지원 DeepTech & Climate Fonds, 바바리아 정부 지원 Bayern Kapital, Max Planck 재단의 참여가 있었습니다.

기존 투자자들,包括 Tomorrow Fund, Wilbe, High-Tech Gründerfonds, UVC Partners, Plural도 예비 투자에 대한 투자를 두 배로 증가시켰습니다.

Proxima Fusion의 초점은 QI 스텔라레이터에 있습니다. 이는 안전한, 탄소가 없는, 그리고 본질적으로 무한한 에너지源을 제공할 수 있다고 합니다. 스텔라레이터는 도넛 모양의 자석의 고리입니다. 이러한 자석은 정확하게 위치하고 플라즈마를 포함할 수 있습니다.

당시, 회사에서는 스텔라레이터 최적화 결과가 핵융합 분야를 뒤흔들었으며, 이는 엔지니어링과 시뮬레이션에 중점을 둔 접근 방식과 고급 컴퓨팅을 활용하여 도전을 해결할 수 있음을 의미합니다.

계산 능력의 발전은 Proxima Fusion이 스텔라레이터의 복잡성과 같은 가장 큰 도전을 해결할 수 있게 합니다. 이는 과학자들이 1960년대에 토카막을 선택한 이유이기도 합니다.

그러나, 현재 AI 슈퍼 컴퓨터는 Proxima 팀, 包括 Google, SpaceX, Tesla, MIT, McLaren Formula-1의 엔지니어들을 도와 핵융합 반응기 설계를 구축하고 있습니다.

AI는 핵융합 반응기 설계의 주요 매개 변수인 비용, 효율성, 재료 가용성에 따라 가장 좋은 설계를 빠르게 반복할 수 있도록 합니다.

“스텔라레이터에서 복잡한 기하학의 이해와 그 결과는 모든 것이 됩니다. AI는 Proxima가 더 단순한, 빠른, 더 저렴한 설계로 이어지는 패턴을 발견하는 데 도움을 주고 있습니다.”

Stellaris는 다른 스텔라레이터보다 단위 부피당 더 많은 전력을 발생시킬 수 있도록 설계되었습니다. 이를 위해, 고온 초전도 자석을 사용하여 더 강한 자기장을 생성합니다.

이는 반응기의 크기 감소와 더 효율적, 비용 효율적, 빠르게 구축할 수 있음을 의미합니다.

회사에서는 기존 재료만 사용하므로, 반응기는 기존 공급망으로 구축할 수 있습니다.

“우리는 처음으로 QI-HTS 스텔라레이터를 기반으로 하는 핵융합 발전소가 가능하다는 것을 보여주고 있습니다. Stellaris 설계는 하나의 일관된 설계에서 물리학 및 엔지니어링 분석의 беспрецедент한 폭을 다룹니다. 핵융합 에너지를 현실로 만들기 위해, 우리는 이제 전체 엔지니어링 설계를 진행하고, 핵심 기술을 개발해야 합니다.”

– Proxima Fusion의 공동 설립자이자 수석 과학자 Dr. Jorrit Lion

이러한 결과로, Plural의 파트너 Ian Hogarth는 Proxima가 Stellaris와 함께 무엇을 성취하려고 했는지 증명했다고 말했습니다.

“QI-HTS 스텔라레이터를 글로벌 핵융합 경쟁에서 선도 기술로 пози션합니다.”

회사에서는 2027년에 Stellarator Model Coil(SMC) 데모 자석을 계획하고 있으며, 이는 반응기에서 사용되는 코일의 기술을 테스트하고 검증할 것입니다. 이는 HTS 재료를 사용하는 복잡한 자기 코일 시스템의 실용성을 입증할 것입니다.

“증가하는 글로벌 에너지 수요와 유럽 에너지 안보의 필요성에 비추어, 핵융합을 통해 무한한 청정 에너지를 잠금해제하는 것은 결코 더 긴급하지 않았습니다. Proxima는 유럽을 핵융합 기반의 미래로 이끌기 위해 헌신하고 있습니다.”

– Sciortino

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대형 기술 회사들의 핵융합 추진

흥미롭게도, 작은 사적인 회사뿐만 아니라 큰 공공 기관도 핵융합 분야에서 진전을 이루고 있습니다. 핵융합 발전소에 투자하는 동안, 그들의 초점은 주로 소형 모듈형 원자로(SMR)에 있습니다. SMR은 핵융합 발전소가 아니며, 원자로 분열의 한 유형입니다. 이러한 SMR은 대규모 원자로보다 빠르게 구축할 수 있으며, AI에 의해 구동되는 효율성이 더 높습니다.

미래의 경제 성장의 주요 동력으로 간주되는 핵융합 에너지에 대한 연구에 정부와 민간 부문이 수십억 달러를 투자했습니다. 그러나, 이는 여전히 탐색 단계에 있으며, 아직 공개되지 않았습니다.

핵융합은 약 75년 동안 연구되어 왔으며, 그 동안에는 의미 있는 방식으로 순 에너지를 생성하지 못했습니다. Cathie Wood의 Ark Invest의 Big Ideas for 2025 보고서에 따르면, 사적인 핵융합 회사들은 향후 몇 년 내에 돌파구를 약속하고 있지만, “상업화는 약 15년 더 걸릴 수 있습니다.”

1. Microsoft (MSFT )

작년 9월, Microsoft는 Constellation Energy와 계약을 맺어, Three Mile Island 원자로를 재개장하여 기술 회사에게 급증하는 에너지 수요를 충족하도록 도왔습니다. 이 시설은 2019년에 폐쇄되었지만, 2028년에 재개장하여 2054년까지 至少 운영될 예정입니다.

“이 결정은 핵 에너지가 청정하고 신뢰할 수 있는 에너지源으로 부흥하는 가장 강력한 상징입니다.”라고 Constellation Energy Corp.(CEG)의 CEO Joe Dominguez는 말했습니다. CEG는 757억 달러의 시가 총액을 가지고 있으며, 현재 주가는 241.65달러로, 연초부터 7.65% 상승했습니다.

미국에서 가장 큰 탄소가 없는 에너지 생산자인 Constellation은 원자로를 운영합니다. Three Mile Island의 재개장은 800MW의 전力を 제공할 것이며, 모두 Microsoft가 20년간의 전력 공급 계약으로 구매할 것입니다.

또한, Microsoft는 Helion과 계약을 맺어, 그들의 첫 번째 핵융합 발전소가 가동을 시작할 때 전기를 구매할 것입니다.

Microsoft의 시가 총액은 2.95조 달러이며, 현재 주가는 398.60달러로, 5.81% 하락했습니다. 회사에서는 0.84%의 배당 수익을 지불합니다. 2024년 4분기에는 696.3억 달러의 매출을 기록했으며, 이는 전년 동기比 12.3%의 증가입니다. 당기 순이익(EPS)은 3.23달러였습니다.

Microsoft는 AI 상업화를 주도하며, 그들의 AI 비즈니스는 올해 연간 매출이 130억 달러에 달할 것으로 예상됩니다. 이는 OpenAI와의 긴밀한 파트너십 덕분에 가능했습니다. 회사에서는 지난 해 Copilot-branded AI 어시스턴트를 출시했습니다.

2. Google (GOOGL )

Google은 Kairos Power와 파트너십을 맺어, 500메가와트의 총 용량을 가진 7개의 소형 모듈형 원자로(SMR)를 구축했습니다. 이는 7년 전 설립된 스타트업이 이번 분기에 첫 번째 상업용 원子로를 구축하고, 2035년까지 추가 원자로를 구축하는 데 도움이 될 것입니다. Kairos는 또한 미국 에너지부로부터 Hermes 프로젝트를 위한 3억 달러의 자금을 확보했습니다.

“이 계약은 핵 에너지가 청정하고 신뢰할 수 있는 에너지源으로 부흥하는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 생각합니다.”라고 Google의 에너지 및 기후 담당 선임 디렉터 Michael Terrell은 말했습니다.

또한, Google은 TAE Technologies에 투자했습니다. TAE Technologies는 수년간 은밀하게 운영되며, 10억 달러 이상을 모금하여 핵융합 에너지를 개발했습니다. Google은 2014년부터 TAE와 파트너십을 맺었습니다.

Alphabet의 매출은 964.7억 달러였으며, 당기 순이익은 2.15달러였습니다.

회사는 AI를 주도하며, 그들의 AI 비즈니스는 119억 달러의 매출을 올렸습니다. 이는 Microsoft와 Amazon에 뒤처지는 수준입니다. 회사에서는 올해 자본 지출을 750억 달러로 예상합니다. 이는 데이터 센터와 AI 인프라 구축에 의해 주도됩니다.

결론

핵 에너지, 핵융합 및 원자로 분열에 대한 관심이 급증하고 있습니다. 이는 세계가 청정하고 신뢰할 수 있는 전력源을 찾고 있으며, 에너지 수요가 증가하고, AI를 구동하고, 탄소 제로 목표를 달성하기 위해 노력하고 있기 때문입니다.

핵융합 에너지의 경우, 역사적으로 토카막이 핵융합 반응기에서 자기 구속 장치로 사용되어 왔습니다. 그러나, 토카막은 플라즈마를 뜨겁게 유지하는 반면, 스텔라레이터는 플라즈마를 안정적으로 유지할 수 있습니다. AI가 스텔라레이터의 가장 큰 도전, 즉 복잡성을 해결함에 따라, 스텔라레이터는 미래의 핵융합 에너지 발전소에서 선호되는 옵션이 될 수 있습니다.

Proxima Fusion은 AI 주도 설계, 고온 초전도체, 스텔라레이터 기술을 활용하여 상업적으로 실현 가능한 솔루션을 개발하고 있습니다. 첫 번째 示範機는 6년 내에 완료될 예정이며, 2030년대에 1GW 핵융합 반응기를 구축할 계획입니다. Proxima는 무한한 탄소가 없는 전력源을 잠금해제하기 위한 경쟁에서 새로운 표준을 설정하고 있습니다.

전 세계적 에너지 수요가 급증하고, 탈탄화의 필요성이 강조됨에 따라, 핵융합은 임박한 현실이되고 있습니다.

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연구 참고:

1. Lion, J., Anglès, J.-C., Bonauer, L., et al. (2025). Stellaris: A high-field quasi-isodynamic stellarator for a prototypical fusion power plant. Fusion Engineering and Design, In Press, Corrected Proof, 114868. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.114868