제올라이트가 핵융합의 트리튬 부족 문제를 해결할 수 있는 방법

핵융합은 매우 가벼운 원소들을 결합시켜 무거운 원소로 만드는 과정으로, 이론적으로 에너지를 생산하는 근본적으로 우수한 방법입니다.

핵융합은 무거운 원소를 사용하지 않으며 핵분열처럼 방사성 폐기물을 생성하지 않으며, 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지보다 훨씬 더 일정하고 예측 가능합니다.

핵융합은 문자 그대로 우주를 움직이는 힘이며, 모든 별은 거대한 핵융합 반응기입니다. 매초 태양은 6억 톤의 수소를 소비합니다. 참고로, 이는 태양이 70,000년마다 지구 전체 질량에 해당하는 양의 수소를 소비한다는 의미입니다.

따라서 지구에서 이 현상을 조금이라도 재현할 수 있다면 사실상 무한에 가까운 에너지 공급을 얻을 수 있습니다.

우라늄이나 토륨처럼 상대적으로 희귀한 원소와 달리, 수소는 우주에 존재하는 모든 물질의 74%를 차지합니다. 현실적으로 현재 에너지 소비량의 1,000배를 사용하는 인류 문명이라도 연료가 고갈될 일은 없습니다.

모든 핵융합 방법이 동일한 것은 아니다

그러나 사용되는 수소 동위원소에 따라 핵융합을 수행하는 방법은 다양합니다. 동위원소는 원자 내 중성자 수에 따라 구분됩니다:

• 중성자가 없는 수소는 프로튬이라고 합니다.
• 중성자 하나를 가진 수소는 중수소라고 합니다.
• 중성자 두 개를 가진 수소는 트리튬이라고 합니다.

출처: GeeksforGeeks

예를 들어 연료 가용성이 주요 고려사항이라면, 중수소-중수소 융합이 최적의 선택입니다. 중수소는 전체 수소의 0.025%를 차지하며 지구 자원(중수)에서 비교적 쉽게 분리할 수 있기 때문입니다.

불행히도 중수소-중수소 융합은 약 4억~5억 °C(약 720~900 °F)의 높은 온도가 필요해 향후 상업용 핵융합 반응기에서 효율적으로 수행하기 어렵습니다.

반면 중수소-트리튬 융합은 “단지” 약 1억~1.5억 °C만 필요하므로 순에너지 생산을 목표로 하는 주류 연구 옵션이 됩니다. 이 때문에 중수소-트리튬 융합은 ITER와 같은 주요 국제 프로젝트 및 General Fusion (GFUZ ) 과 같은 다수의 민간 핵융합 기업에서 선택되었습니다.

이러한 계획의 한 문제는 트리튬이 가장 희귀한 수소 동위원소라는 점입니다. 우주선에서 자연적으로 약간 생성되지만, 상업적 생산은 주로 핵분열 반응기 내부의 리튬‑6에 중성자를 폭격하거나 CANDU와 같은 중수 냉각 반응기에서 부수적으로 생산됩니다.

트리튬은 반감기가 12년에 불과해 빠르게 감소합니다. 현재 전 세계 연간 생산량은 2 kg(4.4 lb) 수준이며, 비군사용 트리튬 전체 비축량은 20~30 kg에 불과합니다.

이는 단일 상업용 1,000 MW 핵융합 발전소가 연간 55 kg 이상의 트리튬을 필요로 한다는 점에서 큰 문제입니다.

생산량 증가는 핵융합 자체가 중성자를 포획해 자체 트리튬 연료를 생성하는 융합 번식 블랭킷 기술을 통해 이루어질 가능성이 높습니다.

출처: RiconEducativo

하지만 핵반응기에서 한 번의 융합 반응에 소비되는 연료는 전체의 약 2%에 불과하므로, 지속적인 재순환과 동위원소 분리가 필수적입니다.

현재의 분리 방법은 상업 환경에서 연간 수백 킬로그램, 심지어 톤 단위의 트리튬을 생산·정제·재주입해야 하는 요구에 충분히 효율적이거나 저렴하지 않을 수 있습니다.

독일 드레스덴‑로젠도르프 헬름홀츠‑센터와 막스 플랑크 고체 물질 연구소의 연구진은 Ag‑이온이 교환된 Y형 제올라이트를 이용한 새로운 트리튬 분리 방법을 제안했습니다. 이들은 해당 결과를 ¹ “Tritium separation from gaseous 1,2,3H isotopologue mixtures by selective adsorption on Ag-exchanged zeolite type Y”라는 제목으로 Nature Communications에 발표했습니다.

핵융합 반응기용 트리튬 정제

새로운 트리튬 분리 방법 찾기

저온 증류는 수소와 중수소 같은 안정 동위원소를 분리하는 확립된 방법이지만, 핵융합 반응 과정에서 예상되는 다양한 조성에는 적합하지 않습니다.

대안으로는 금속‑유기 골격체(MOFs)나 제올라이트와 같은 미세공극 물질을 활용하는 방법이 있습니다.

이 방법은 두 가지 메커니즘에 의존합니다:

• 운동학적 양자 체질(KQS)으로, 서로 다른 동위원소의 유효 입자 크기가 달라 무거운 동위원소가 선호적으로 흡착됩니다.
• 화학 친화성 양자 체질(CAQS)으로, 서로 다른 동위원소가 서로 다른 흡착 엔탈피를 보여 결합 반응이 달라집니다.

지금까지 분리 계수는 주로 이론적으로 예측되었습니다.

트리튬 분리에서는 강한 방사능 때문에 미세공극 물질의 구조적 안정성이 특히 중요합니다. 그래서 연구진은 제올라이트에 집중했습니다.

제올라이트와 트리튬

이 연구에서 사용된 물질은 Y형 제올라이트입니다. 이는 faujasite 계열에 속하는 알루미노실리케이트 광물로, 나트륨, 마그네슘, 칼슘 함량이 다양합니다. 방사선량과 트리튬에 대한 내성이 입증되었습니다.

연구진은 이 경우에 은 원자를 첨가해 핵융합 반응기에서 발생할 수 있는 수소 혼합물 속 트리튬을 흡착시키는 사이트로 활용했습니다.

물질의 트리튬 흡착 잠재력을 측정하기 위해 열탈착분광법(TDS)을 사용했으며, 온도가 상승함에 따라 관심 분자가 점진적으로 방출되는 방식을 관찰했습니다.

연구는 트리튬을 포함한 수소 동위원소 혼합물에 대한 예측된 분리 계수를 실험적으로 입증했습니다.

중요하게도, 시스템은 프로튬(“기본” 수소)을 전혀 생산하지 않아 거의 순수한 중수소‑트리튬 혼합물을 얻었습니다.

출처: Nature Communications

또한 서로 다른 동위원소가 같은 H₂ 분자에 섞이는 현상은 거의 무시할 정도로 미미했습니다. 이는 나중에 정제가 너무 어려워지는 것을 방지하는 데 중요합니다.

“모든 가스 혼합물에 대해 이종 동위원소 이성질체(HD, HT, DT)의 형성은 전체 흡착량에 비해 매우 미미한 것으로 나타났습니다.”

신뢰할 수 있는 방법

연구진은 은 원자가 방사선, 특히 베타 방사선에 의해 영향을 받는지 여부도 확인했습니다. 4시간 노출 후 탈착 스펙트럼에 유의미한 변화가 감지되지 않았으며, 이는 제올라이트 격자 내 이온화 정도가 은 이온에 전자 전달이 일어나기엔 충분히 낮다는 것을 시사합니다.

또 다른 중요한 진전은 필요한 온도를 비교적 저렴하고 간단한 액체 질소를 사용해 달성할 수 있다는 점입니다.

반면 전통적인 저온 증류는 절대 영도에 가까운 온도가 필요해 비용이 많이 들고 에너지 소모가 큽니다.

핵융합 반응기가 순에너지 생산에 가까워짐에 따라, 에너지를 거의 소모하지 않는 단계는 전체 공정을 에너지 양성으로 만들고 상업적 타당성을 높이는 데 큰 도움이 됩니다.

또한 사용된 제올라이트의 방사선 저항성은 동일한 흡착 물질을 수주, 수개월, 심지어 수년간 수리나 교체 없이 반복적으로 사용할 수 있는 미래의 일상적 활용에 중요합니다.

핵융합에 투자하기

General Fusion

2026년 7월 13일, General Fusion은 IPO를 수행한 최초의 핵융합 기업으로 역사를 만들었으며, 경쟁사이자 트럼프 지원 기업인 TAE Technologies를 몇 달 앞서, 자체 IPO보다 먼저에 성공했습니다.

IPO 기간 동안 General Fusion은 사모 투자자로부터 1억 800만 달러를 조달했으며, IPO 이후 현금 보유액은 약 1억 5천만 달러에 달합니다. 그동안 사모 투자자로부터 6억 달러 이상을 모금한 바 있습니다.

General Fusion은 핵융합을 공공 자금이 아닌 민간 부문 벤처로 만들려는 선두 스타트업 중 하나이며, 2002년에 Magnetized Target Fusion(MTF) 기술을 개발하기 위해 설립되었습니다.

회사는 MTF가 에너지 양성 핵융합에 더 짧은 경로를 제공하고 비용도 크게 낮출 것으로 기대하고 있습니다.

General Fusion은 2010년에 세계 최초로 전력 플랜트 규모의 콤팩트 토로이드 플라즈마 인젝터를 구축·시운전했으며, 이후 다수의 이정표를 달성했습니다.

출처: General Fusion

이론적으로 General Fusion의 기술 선택은 중간 정도의 에너지 구속 시간과 플라즈마 밀도를 유지하는 기술적 요구 사항 사이에서 좋은 균형을 제공하므로 장점이 있습니다.

이 두 지표는 기존의 관성 구속 및 자기 구속 기술이 극단적인 수준을 요구하게 만들어 신뢰성 있게 저비용으로 달성하기 어렵게 합니다.

출처: General Fusion

이를 통해 General Fusion은 초전도 자석과 고출력 레이저를 피하고 기존 재료를 사용해 내구성 있는 기계와 비용 효율적인 에너지 생산을 구현할 수 있습니다.

직원 수가 133명에 불과한 General Fusion은 R&D와 기술 중심의 스타트업으로, 200,000건 이상의 플라즈마 실험과 210건의 특허를 보유하고 있습니다. 회사는 2020년대 말까지 상업 시스템 및 부품 검증을 목표로 하며, 2030년대 중반에 상업용 플랜트 판매를 시작하고자 합니다.

투자자 입장에서 General Fusion은 Helion, Proxima Fusion, Commonwealth Fusion Systems, TAE와 같은 소수의 선두 민간 핵융합 기업 중 가장 앞선 기업 중 하나라는 점이 매력입니다.

시가총액이 10억 달러 이하인 점은 General Fusion을 10배, 100배 혹은 그 이상의 수익을 기대할 수 있는 “롱샷” 투자로 만들며, IPO 시점이 비교적 이른 편이어서 잠재적 수익을 확보할 수 있습니다.

하지만 Helion 등 경쟁사들은 이미 자체 제조 시설을 구축하고 2028년과 2030년에 각각 Microsoft와 OpenAI에 작동 가능한 발전소를 제공할 계획이라고 주장하고 있으니 투자자는 이를 인지해야 합니다.

따라서 General Fusion이 최초일 수는 있지만, 기술이 성숙하고 상업화가 이루어지면 다수의 핵융합 기업이 공존할 가능성도 있습니다.

그럼에도 General Fusion은 20년 넘게 기술적 이정표를 꾸준히 달성해 온 기술적으로 인상적인 기업이며, 다중 조합의 수조 달러 규모 시장에서 여러 플레이어가 존재할 수 있는 기반을 마련하고 있습니다.

최신 General Fusion (GFUZ) 주식 뉴스 및 개발

참조 연구

^{1. Becker, A., Lippold, H., Liu, J. et al. Tritium separation from gaseous 1,2,3H isotopologue mixtures by selective adsorption on Ag-exchanged zeolite type Y. Nat Commun 17, 7405 (2026). https://investors.generalfusion.com/static-files/7437bd68-e2ef-4eae-8f67-f9092af1eecd}