Proxima Fusion의 돌파구가 상업용 핵융합을 더 가깝게 만든다

에너지 부문의 탈탄소화는 기후 변화 문제를 해결하는 데 핵심적입니다. 인공지능(AI)과 같이 많은 에너지를 소비하는 새로운 기술의 부상으로 탄소 없는 에너지 원에 대한 필요성이 더욱 커지고 있습니다.

청정 전기 외에도 탄소 없는 열 생산, 물 담수화, 대기 중 직접 탄소 포집에 대한 에너지 수요도 증가하고 있습니다.

태양광, 풍력, 지열 등 재생 에너지 원이 주목받고 있지만, 높은 신뢰성, 대용량, 일관성을 제공하면서도 비교적 낮은 탄소 발자국을 가진 더욱 강력한 옵션이 있습니다.

그 강력한 탄소 없는 에너지 원은 핵융합 발전소이며, 이는 세계 미래 청정 에너지 수요의 상당 부분을 공급하는 것을 목표로 합니다.

핵융합 전력은 탈탄소화를 가속화하는 길이다

핵융합은 유해한 대기 배출이 없기 때문에 가장 환경 친화적인 에너지 원 중 하나입니다. 이는 핵융합이 온실가스 배출(GHG)에 기여하지 않으며, 따라서 지구 온난화에도 영향을 주지 않음을 의미합니다.

동시에, 추정에 따르면 핵융합 에너지 가격은 기술 개발 초기 단계에서도 경쟁력을 가질 것으로 보입니다. 연구에서는 향후 핵융합 발전소의 용량 비용을 1–10달러/W 범위로 추정했으며, 이에 따라 핵융합 에너지 비용은 20–100달러/MWh 사이가 될 것으로 예상됩니다.

핵융합 과정은 두 개의 가벼운 원소를 결합해 더 무거운 핵을 형성하면서 막대한 에너지를 방출합니다. 이러한 반응은 플라즈마라 불리는 물질 상태에서 일어나며, 플라즈마는 양이온과 자유 전자로 이루어진 뜨겁고 전하를 띤 가스로 독특한 특성을 가지고 있습니다.

이는 무거운 원소가 파편으로 분열되는 핵분열과는 다릅니다. 연료로는 수소와 리튬과 같이 풍부하고 접근 가능한 원소들을 사용합니다.

현재 핵융합 반응기는 핵융합을 이용해 전기를 생산하는 장치이며, ITER 토카막은 세계에서 가장 크고 강력한 핵융합 반응기입니다.

ITER는 중국, 유럽연합, 인도, 일본, 한국, 러시아, 미국이 참여하는 국제 핵융합 연구 및 엔지니어링 프로젝트로, 태양과 별과 유사한 핵융합 과정을 통해 에너지를 창출하는 것을 목표로 합니다.

지구에서 산업 규모로 이 핵융합을 재현하면 사실상 무한에 가까운 청정하고 안전하며 저렴한 에너지를 제공할 수 있습니다. 따라서 이를 재현하고 에너지를 활용하기 위한 지속적인 노력이 이어지고 있습니다.

핵융합이 궁극적인 청정 에너지 솔루션이 되는 이유를 알아보려면 여기를 클릭하세요.

상업적으로 실현 가능한 핵융합 전력 소개

과학자들이 핵융합 이론을 처음 이해한 지 수십 년이 지났습니다. 그 이후로, 대규모 프로젝트들은 자기 confinement 방식을 이용한 핵융합 발전소로의 격차를 메우기 위해 노력해 왔습니다.

여기에는 영국의 STEP 구형 토카막 프로그램, 미국의 SPARC 토카막, 중국의 CFETR, 그리고 토카막 ITER가 포함됩니다.

토카막은 핵융합 발전소로 가는 가장 유망한 경로로 여겨졌지만, 플라즈마 붕괴에 취약해 도전 과제에 직면해 있습니다. 이는 상업적으로 실현 가능한 운영에 큰 난제를 제시합니다. 따라서 예측 및 완화 방법을 통해 이 문제를 해결하려는 연구가 진행 중입니다. 그러나 지금까지 발전소의 실현 가능성을 보여주는 실험적 시연은 없었습니다.

독일 스타트업 Proxima Fusion의 연구 논문은 낮은 고속 입자 손실을 가진 최초의 준등방성(QI) 스텔러레이터를 입증했습니다. 이 핵융합 에너지 반응기 설계는 상업적으로 실현 가능한 핵융합 전력으로 가는 가장 빠른 경로를 제공할 것으로 여겨집니다.

Stellaris라는 이름의 이 설계는 “연속 모드로 작동하고 본질적으로 안정적이도록 설계되었다”고 Proxima 공동 창업자이자 CEO인 Francesco Sciortino가 말했습니다. “다른 어떤 핵융합 발전소 설계도 아직 그 능력을 입증하지 못했습니다.”

스텔러레이터는 에너지 구속 특성 면에서 토카막과 유사하지만, 설계상 전류 구동 플라즈마 붕괴 문제를 피합니다. 플라즈마에 순 토로이달 전류가 없는 이러한 스텔러레이터는 정상 상태로 운영될 수 있습니다. 이는 본질적으로 열 및 기계 부품 피로를 감소시키고, 비용이 많이 드는 플라즈마 전류 구동 시스템의 필요성을 없앱니다.

따라서 스텔러레이터는 토카막에 비해 더 안정적이고 운영 전력이 적게 필요하다는 등 여러 장점을 가지고 있습니다. 또한 스텔러레이터는 Greenwald와 유사한 밀도 제한이 없어 연료 밀도와 핵융합 전력의 유리한 스케일링 덕분에 훨씬 높은 밀도에서 작동할 수 있습니다.

현재 QI 스텔러레이터는 자체 유도 전류가 본질적으로 감소했기 때문에 반응기 적용에 특히 유망합니다. 조사된 스텔러레이터 옵션 중, 모듈식 저전단 QI 스텔러레이터가 가장 높은 기술 준비 수준을 가지고 있으며, 이는 세계 최대 스텔러레이터인 Wendelstein 7-X에서 탐구되고 있습니다. 이는 독일 연방 정부와 유럽 연합으로부터 13억 유로 이상의 자금을 지원받은 결과입니다.

W7-X는 10년 전 가동을 시작했지만 전체 설계 사양에 도달한 것은 몇 년 전이었습니다. 현재 W7-X 실험은 네오클래식 전송을 감소시켜 난류가 플라즈마 내 열 전달의 주요 원동력이 되는 수준에 이르렀습니다.

이는 최적화된 스텔러레이터가 이제 토카막과 유사한 네오클래식 전송 수준을 달성하도록 설계될 수 있음을 의미합니다. 결과적으로, 최적화된 스텔러레이터는 토카막과 동일한 물리적 제약에 근본적으로 제한되면서도 스텔러레이터 고유의 중요한 안정성을 유지합니다.

하지만 Wendelstein 7-X는 독일 막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소(IPP)에서 연구용으로 개발되고 있는 반면, Stellaris는 언젠가 전력망에 전력을 공급할 수 있습니다.

“IPP는 스텔러레이터 최적화의 선구자입니다. 최근 몇 년간 우리는 물리적 특성이 전례 없는 성능을 제공할 것으로 예측되는 스텔러레이터를 설계할 수 있었습니다. 그러나 여전히 많은 기술 및 엔지니어링 과제가 남아 있으며, 이러한 문제들은 Proxima Fusion이 IPP와 협력하여 용감하게 해결하고 있습니다,”라고 막스 플랑크 IPP의 스텔러레이터 이론 부문 책임자인 Per Helander 교수 박사가 말했습니다. “이는 핵융합 발전소로 가는 길에 중요한 필수 작업이며, 우리는 이 협력을 통해 이를 가속화하기를 기대합니다.”

이 설계는 Proxima의 첫 번째 시연 장치를 통해 구현될 예정이며, 6년 내에 완성될 것으로 예상됩니다. 시연 스텔러레이터 Alpha는 정상 상태에서 순 에너지 생산을 보여주는 최초의 핵융합 장치가 될 것입니다.

이는 회사의 첫 번째 1GW 핵융합 반응기의 기반을 마련하며, 2030년대 중에 가동하기를 기대하고 있습니다.

AI를 활용해 가장 큰 과제 해결

막스 플랑크 플라즈마 물리학 연구소에서 분리된 뮌헨 기반 Proxima는 지난 여름 고온 초전도체를 사용한 QI 스텔러레이터 기반 첫 세대 핵융합 발전소를 구축하고 핵융합을 실현 가능한 비즈니스로 전환하기 위해 2천만 유로의 자금을 조달했습니다.

선점형이며 초과 청약된 시드 라운드는 스위스 벤처 캐피탈 Redalpine이 주도했으며, 독일 정부 지원 DeepTech & Climate Fonds, 바이에른 주 정부 지원 Bayern Kapital, 그리고 막스 플랑크 재단이 참여했습니다.

Tomorrow Fund, Wilbe, High-Tech Gründerfonds, UVC Partners, Plural 등 기존 투자자들도 사전 투자금을 추가로 확대했습니다.

앞서 언급한 바와 같이 Proxima Fusion의 초점은 QI 스텔러레이터이며, 이는 안전하고 탄소 없는, 사실상 무한한 에너지원을 제공할 가능성이 있다고 말합니다. 스텔러레이터는 도넛 형태의 자석 고리이며, 이 자석들은 정밀하게 배치되어 플라즈마를 가둘 수 있습니다.

당시 회사는 스텔러레이터 최적화 결과가 핵융합 분야에 혁신을 일으켰으며, 엔지니어링과 시뮬레이션에 초점을 맞추고 고급 컴퓨팅을 활용하는 접근법으로 도전 과제를 해결할 수 있게 되었다고 언급했습니다.

컴퓨팅 파워의 발전이 Proxima Fusion이 스텔러레이터와 관련된 가장 큰 과제인 설계 및 구축의 복잡성을 해결하도록 돕고 있습니다. 바로 그 복잡성이 1960년대에 과학자들이 토카막을 선택하게 만든 요인이었습니다.

하지만 현재 AI 슈퍼컴퓨터가 Google, SpaceX (SPCX ), Tesla (TSLA ), MIT, McLaren Formula-1 출신 엔지니어들로 구성된 Proxima 팀이 핵융합 반응기 설계를 구축하는 데 도움을 주고 있습니다.

AI는 비용, 효율성, 재료 가용성 등 핵심 매개변수를 기반으로 최적의 핵융합 반응기 설계를 신속히 반복하도록 회사에 허용합니다. 이는 다수의 프로토타입을 제작할 필요성을 없애며, Proxima가 즉시 작동 가능한 시연 장치를 구축할 수 있게 합니다. Sciortino에 따르면:

“복잡한 기하학과 그 결과에 대한 이해가 스텔러레이터에서 모든 것입니다. AI는 Proxima가 더 간단하고, 빠르며, 저렴한 설계로 이어지는 패턴을 발견하도록 돕고 있습니다.”

여기서 Stellaris는 다른 어떤 스텔러레이터보다 단위 부피당 더 많은 전력을 생성하도록 설계되었습니다. 이를 위해 고온 초전도(HTS) 자석을 사용해 더 강한 자기장을 만들었습니다. 이는 크기 축소를 가능하게 할 뿐만 아니라, 보다 효율적이고 비용 효율적이며 빠르게 구축할 수 있는 반응기를 구현합니다.

회사는 또한 기존 재료만을 사용하므로, 반응기를 현재 공급망으로 구축할 수 있습니다.

“처음으로 QI‑HTS 스텔러레이터 기반 핵융합 발전소가 가능함을 보여주고 있습니다. Stellaris 설계는 하나의 일관된 설계 안에 물리학 및 엔지니어링 분석을 전례 없이 포괄합니다. 핵융합 에너지를 현실화하기 위해서는 이제 전체 엔지니어링 설계로 나아가고, 이를 가능하게 하는 기술 개발을 지속해야 합니다.”

– Dr. Jorrit Lion, Proxima Fusion 공동 창업자 겸 최고 과학자

이 모든 결과를 바탕으로 Plural 파트너인 Ian Hogarth는 Proxima가 Stellaris 포지셔닝을 통해 목표를 달성했음을 증명했다고 말했습니다:

“QI‑HTS 스텔러레이터가 상업용 핵융합을 위한 전 세계 경쟁에서 선도 기술이다.”

회사는 2027년에 Stellarator Model Coil (SMC) 시연 자석을 계획하고 있으며, 이는 반응기에 사용되는 코일 기술을 시험·검증해 복잡한 자기 코일 시스템에서 HTS 재료 사용 가능성을 입증할 것입니다. 이는 “Alpha”와 같은 전체 규모 스텔러레이터 장치를 구축하기 전에 HTS 기술의 위험을 완전히 제거할 것입니다. Alpha는 순핵융합 에너지 생산을 달성할 것으로 예상됩니다.

“전 세계 에너지 수요가 증가하고 유럽 에너지 안보 필요성이 커지는 상황에서, 핵융합을 통한 무한하고 청정한 에너지 확보는 그 어느 때보다 시급합니다. Proxima는 유럽을 핵융합 기반 미래로 이끌겠다는 사명을 가지고 있습니다.”

– Sciortino

AI가 핵융합 개선에 어떻게 도움이 되는지 알아보려면 여기를 클릭하세요.

대형 기술 기업들의 핵 분야 대규모 추진

흥미롭게도, 소규모 민간 기업뿐만 아니라 대형 공공 조직들도 이 분야에서 진전을 이루고 있습니다. 이들은 핵융합 발전소에 투자하고 있지만, 주된 초점은 핵융합이 아닌 소형 모듈형 원자로(SMR)이며, 이는 핵분열 원자로의 일종입니다. 이러한 SMR은 건설 기간이 짧아 빠르게 가동될 수 있을 뿐만 아니라, AI 열풍에 의해 구동되는 대규모 원자력 발전소보다 효율적입니다.

미래 경제 성장의 주요 동력으로 평가받으며, 민간 부문과 정부 모두 핵융합 발전소 연구에 수십억 달러를 투자했지만, 아직 탐색 단계에 머물러 있어 공개되지 않았습니다.

핵융합은 실제로 약 75년 동안 연구되어 왔으며, 그럼에도 불구하고 의미 있는 순 에너지를 생성하지 못했습니다. Cathie Wood의 Ark Invest가 발표한 2025년 빅 아이디어 보고서에 따르면, 민간 핵융합 기업들이 향후 몇 년 내에 돌파구를 약속하고 있지만, “상업화는 또 약 15년이 더 걸릴 수 있다”고 합니다.

1. Microsoft

지난해 9월, Microsoft (MSFT ) 는 Constellation Energy Constellation Energy (CEG )와 계약을 체결해 Three Mile Island 원자력 발전소를 재개장하여 기술 대기업의 급증하는 에너지 수요를 충족시키기로 했습니다. 이 시설은 2019년에 폐쇄되었지만 2028년에 재개장하여 최소 2054년까지 가동될 예정입니다.

“이번 결정은 핵전력이 청정하고 신뢰할 수 있는 에너지 원으로 부활하는 가장 강력한 상징입니다,”라고 현재 시가총액 757억 달러이며 주가가 $241.65(연초 대비 7.65% 상승)인 Constellation Energy Corp.(CEG) CEO인 Joe Dominguez가 말했습니다.

미국에서 가장 큰 탄소 없는 에너지 생산업체인 Constellation은 다수의 원자력 발전소를 운영합니다. Three Mile Island 재가동을 통해 800MW 이상의 전력이 공급되며, 이 전력은 모두 20년 전력 공급 계약에 따라 Microsoft가 구매하게 됩니다.

또한 Microsoft는 Helion과 계약을 맺어 2028년에 첫 핵융합 발전소가 전력을 생산하기 시작하면 전기를 구매하기로 했습니다.

시가총액 2.95조 달러인 MSFT 주가는 현재 $398.60이며 5.81% 하락했습니다. 배당 수익률은 0.84%입니다. 2024년 4분기 매출은 696억 3천만 달러로 전년 대비 12.3% 성장했으며, 주당순이익(EPS)은 $3.23이었습니다.

Microsoft는 AI 상용화에서 앞서 나가고 있으며, 올해 인공지능 사업은 연간 매출 130억 달러에 달했습니다. 이는 ChatGPT 제작사인 OpenAI와의 긴밀한 파트너십 덕분입니다. 또한 지난해 Copilot 브랜드 AI 어시스턴트를 출시했습니다.

2. Google

Google은 총 용량 500메가와트에 달하는 최대 7개의 SMR을 위해 Kairos Power와 파트너십을 체결했습니다. 이는 7년 된 스타트업이 이번 분기 말까지 첫 상업용 원자로를 가동하고, 2035년까지 추가 원자로를 구축하도록 돕습니다. Kairos는 또한 미국 에너지부로부터 헬름스 프로젝트(핵반응기 시연 플랜트)를 위해 3억 달러의 자금을 확보했습니다.

이 협약을 “중요한 이정표”라고 부른 Google 에너지·기후 수석 이사 Michael Terrell는 다음과 같이 말했습니다:

“우리는 핵에너지가 우리의 수요를 충족시키고, 이를 청정하고 24시간 지속적으로 충족시키는 데 중요한 역할을 할 수 있다고 생각합니다.”

청정 성장 지원 외에도, Terrel은 핵에너지가 “AI 발전을 실현하는 데 도움이 될 것”이라고 믿습니다. 또한 이러한 프로젝트가 전 세계적으로 확대된다면 Google은 “전 세계 커뮤니티와 전력망에 막대한 혜택을 제공할 수 있다”고 덧붙였습니다.

또한 Google은 수년간 은밀히 운영되었으며 핵융합 개발을 위해 10억 달러 이상을 모금한 TAE Technologies에도 투자했습니다. Google은 2014년부터 TAE와 파트너십을 유지하고 있습니다.

시가총액 2.08조 달러인 GOOGL 주가는 현재 $171.65이며 10.05% 하락했습니다. 배당 수익률은 0.47%입니다. 2024년 4분기, 모회사 Alphabet (GOOG ) 은 매출 964억 7천만 달러와 EPS $2.15를 보고했습니다.

회사는 AI 붐에 힘입어 매출이 119억 6천만 달러에 달했다고 보고했지만, 여전히 Microsoft와 Amazon에 뒤처집니다. 올해는 데이터 센터와 AI 인프라 구축으로 인해 750억 달러의 자본 지출을 예상하고 있습니다.

결론

세계가 증가하는 에너지 수요를 충족하고 AI 이니셔티브를 지속하며 야심찬 넷제로 목표를 달성하기 위해 청정하고 신뢰할 수 있는 전력원을 찾고 있기 때문에, 핵융합과 핵분열 모두에 대한 관심이 급증하고 있습니다.

핵융합 에너지와 관련해 전통적으로 토카막이 핵융합 반응기의 자기 confinement 장치로 사용되었습니다. 그러나 토카막이 플라즈마를 뜨겁게 유지하는 반면, 스텔러레이터는 플라즈마를 안정적으로 유지하는 능력으로 주목받고 있습니다. AI가 스텔러레이터의 가장 큰 과제인 복잡성을 해결함에 따라, 스텔러레이터는 미래 핵융합 발전소의 선호 옵션이 될 수 있습니다.

여기서 Proxima Fusion은 AI 기반 설계, 고온 초전도체, 스텔러레이터 기술을 활용해 상업적으로 실현 가능한 솔루션을 선도하고 있습니다. 첫 시연 장치를 6년 내에 완성하고 2030년대에 1GW 핵융합 반응기를 구축하려는 계획을 통해, Proxima는 무한하고 탄소 없는 전력원을 열기 위한 경쟁에서 새로운 기준을 세우고 있습니다.

전 세계 에너지 수요가 급증하고 탈탄소화의 긴급성이 커짐에 따라, 핵융합은 빠르게 임박한 현실이 되고 있습니다!

발표된 최초의 상업용 핵융합 프로젝트에 대해 알아보려면 여기를 클릭하세요.

연구 참고:

1. Lion, J., Anglès, J.-C., Bonauer, L., et al. (2025). Stellaris: 고자장 준등방성 스텔러레이터를 이용한 전형적인 핵융합 발전소. Fusion Engineering and Design, In Press, Corrected Proof, 114868. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2025.114868