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미래 청정에너지원으로 핵융합이 주목받고 있다. 2022년에는 MIT 테크놀로지 리뷰(MIT Technology Review)가 선정한 '세계 10대 혁신 기술' 중 하나로 소형 핵융합 기술이 선정됐다.

많은 사람들이 우려하는 질문은 핵융합이 언제 상용화될 것인가이다.

아직 단기적인 상용화에는 어려움이 있지만, 세계는 핵융합의 상업적 개발을 적극적으로 추진하고 있습니다.

핵융합산업협회가 발표한 '2024 글로벌 핵융합산업 보고서'에 따르면, 핵융합산업은 전 세계적으로 71억 달러 이상의 투자를 유치했다. 2023년부터 핵융합 관련 기술 개발을 지원하기 위해 9억 달러 이상의 신규 자금이 투입되었습니다.

협회가 2023년 발표한 연차보고서에 따르면 글로벌 핵융합 기업 수는 43개에서 올해 45개로 늘었다. 정부 공공 자금 지원은 지난 12개월 대비 57% 증가하여 4억 2,600만 달러에 달했습니다.

과거 다양한 기업의 자금조달 사례 중 엑시머 에너지(Xcimer Energy)가 1억 달러, 샤인 테크놀로지스(SHINE Technologies)가 9천만 달러, 헬리온 에너지(Helion Energy)가 6,500만 달러 등 3개 미국 핵융합에너지 기업이 높은 관심을 받았다.

그림丨핵융합산업협회가 발표한 '2024년 글로벌 핵융합산업 보고서' (출처: 핵융합산업협회)

핵융합이라고 하면 가장 먼저 떠오르는 것이 자기밀폐형 핵융합장치인 토카막과 레이저 관성밀폐형 핵융합이다.

토카막은 원래 1950년대 소련 과학자들이 발명한 고리 모양의 장치입니다. 이 장치는 핵융합 연료를 오랫동안 충분히 높은 온도로 유지해 플라즈마를 형성한 뒤 자기장을 이용해 플라즈마를 가두는 장치다.

자기장은 눈에 보이지도 않고, 만져지지도 않으며, 수억 도의 고온에서도 안정적으로 존재할 수 있습니다. 점화 조건에 도달하면 토카막은 플라즈마가 불안정해질 때까지 계속 반응을 유지할 수 있습니다.

또 다른 일반적인 구속 방법은 미국 로렌스 리버모어 국립연구소의 NIF(National Ignition Facility)에서 사용하는 레이저 관성 구속입니다.

이 장치는 매우 짧은 시간에 고체 핵연료 입자에 여러 개의 고출력 레이저 빔을 동시에 조사해 온도를 상승시켜 플라즈마로 변화시켜 폭발을 일으키고, 중수소와 삼중수소를 더욱 폭발시키는 장치다. 연쇄반응을 일으키게 됩니다.

2022년에 NIF는 처음으로 핵융합 점화를 통해 순 에너지 이득을 달성했습니다.

대조적으로, Xcimer Energy는 NIF보다 더 나은 결과를 달성한다고 주장합니다. 예를 들어, 레이저 에너지를 10배 생성하고, 효율성을 10배 높이며, 줄당 비용을 NIF의 1/30으로 줄입니다.

중국 시장에서는 2022년 설립된 핵융합 스타트업 한하이준(Hanhai Juneng)이 엔젤 라운드 파이낸싱을 시작했다.

또한 올해 4월에는 Huaying Capital, Qiji Chuangtan, Qingzhou Capital 및 Houshi Capital에서 5천만 위안의 자금 조달이 완료되었습니다. 이번 자금 조달은 선형 장치의 물리적 및 엔지니어링 설계에 사용됩니다. .

회사의 공식 웹사이트에 따르면, 핵심 팀은 핵융합 분야의 국내 R&D 학교 및 과학 연구 기관에서 관련 경험을 갖고 있습니다. 협력 단위로는 CNNC의 남서부 원자력 산업 물리학 연구소, 중국 플라즈마 물리학 연구소가 있습니다. 과학원, 중국 과학 기술 대학, 화중 과학 기술 대학이 기다리고 있습니다.

Hanhai Energy의 CEO인 Xiang Jiang은 중국 과학 기술 대학에서 학사 및 박사 학위를 취득했으며 그의 연구 방향은 자기 구속 융합 장치 Tokamak입니다.

박사학위를 받은 후 10년 이상 과학연구소에서 근무하며 자기밀폐 핵융합장치 토카막 및 레이저 관성밀폐 핵융합 연구에 풍부한 경험을 축적했다.

기술적 관점에서 볼 때, Hanhai Energy Concentration은 FRC(Field Reversed Configuration) 제어 핵융합 장치를 사용합니다.

FRC에서 플라즈마는 도넛 모양의 링 구조 내에 갇혀 있고 자기장으로 둘러싸여 있습니다. 토카막이나 스텔라레이터와 같은 다른 핵융합 감금 개념과 달리 전체 FRC 플라즈마와 관련 자기장은 독립형 구조를 형성합니다.

한하이에너지는 "중국의 헬리온 에너지가 되기를 희망한다" 기술 경로에 대해서는 공개된 정보가 많지 않다.

Helion Energy의 핵융합 발전기는 핵융합 연료의 온도를 섭씨 1억도 이상으로 높이고 고효율 펄스로 전기 에너지를 직접 추출합니다. 헬리온 에너지 핵융합의 연료인 중수소와 헬륨-3은 점차적으로 플라즈마 상태로 가열되며, 자석은 플라즈마를 FRC 구조에 가두게 됩니다.

그런 다음 자석은 장치의 반대쪽 끝에서 두 개의 FRC를 100만mph로 가속하여 중앙에서 충돌하게 합니다. FRC가 시스템 중심에서 충돌하면 섭씨 1억도(9keV) 이상의 융합 온도에 도달할 때까지 강한 자기장에 의해 다시 압축됩니다.

중수소와 헬륨-3 이온은 이 온도에서 그들 사이의 반발력을 극복할 수 있을 만큼 빠르게 움직이며 핵융합 반응이 일어납니다. 그리고 핵융합 과정에서 소비되는 것보다 더 많은 에너지가 방출됩니다. 새로운 핵융합 에너지의 생성과 함께 플라즈마 팽창이 발생합니다.

중국 시장의 핵융합 발전 속도는 무시할 수 없다. 한하이에너지 외에도 최근 다른 상업용 핵융합 기업을 위한 자금 조달 개발이 진행되고 있습니다.

예를 들어, 3월 Xinghuan Juneng은 Pre-A 라운드 자금 조달에서 수억 위안을 받았습니다. 지난 5월 Fusion New Energy는 시리즈 A 자금 조달을 받았지만 자금 조달 규모는 아직 공개되지 않았습니다. 2023년 5월 회사는 15억 위안의 자금 조달을 완료했습니다.

지난 2년 동안 Energy Singularity는 각각 약 4억 위안의 엔젤 및 Pre-A 라운드 자금 조달을 받았습니다. 또한, ENN 그룹의 자회사인 ENN Technology Company도 핵융합 기술 개발 촉진에 전념하고 있습니다.

2040년 이전에 핵융합이 전력망에 전력을 공급할 수 있는지, 다양한 핵융합 기업들이 핵융합 기술의 문제점을 해결할 수 있는지를 글로벌 및 중국 시장의 핵융합 기업의 역학에서 확인할 수 있다. 기술, 전력 효율성, 딥테크는 재정 지원 등 일련의 과제에 세심한 주의를 기울일 것입니다.

참고자료:

https://www.fusionindustryassociation.org/fia-launches-2024-global-fusion-industry-report/

https://xcimer.energy/xcimer-raises-100-million-to-put-inertial-fusion-energy-on-path-to-commercialization/

https://www.shinefusion.com/

https://www.helionenergy.com/

지원 : 꿈에선 모르겠어

조판: 추지아시(Chu Jiashi)

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