번화한 도시 상하이는 세계적으로 유명한 조명 쇼로 국가적 기념일을 기념하며, 고층 빌딩을 눈부신 색으로 비춥니다.

이곳은 과학자와 엔지니어가 6G 인터넷, 첨단 AI, 차세대 로봇공학 등 글로벌 기술의 차세대 혁신을 추구하기 위해 밤낮으로 일하는 곳입니다. 또한 이곳에서는 에너지 싱귤래리티라는 작은 스타트업이 핵융합 에너지라는 놀라운 기술을 개발하고 있습니다.

핵융합 에너지는 핵융합 반응에서 생성되는 에너지입니다. 이는 오늘날의 원자력 발전소나 원자무기에 사용되는 핵분열 반응과 반대입니다.

태양과 다른 별에 에너지를 공급하는 과정인 핵융합은 지구에서는 재현하기 어렵습니다. 많은 국가가 핵융합 기술을 개발했지만, 현실 세계에서 사용할 수 있을 만큼 오랫동안 유지하는 것은 여전히 ​​어려운 일입니다.

통제된 핵융합 반응은 석탄, 석유, 가스를 연소하는 것보다 약 400만 배 더 많은 에너지를 방출하고, 현재 사용되는 핵에너지인 핵분열보다 4배 더 많은 에너지를 방출합니다. 이번 10년 동안 기후 변화에 대응할 만큼 충분히 개발되지는 않겠지만, 미래의 지구 온난화에 대한 해결책이 될 수 있을 것입니다.

미국 에너지부 핵융합 에너지 과학국장인 장 폴 알랭에 따르면, 중국 정부는 핵융합 프로젝트에 자금을 쏟아붓고 있으며, 핵융합에 연간 10억 달러에서 15억 달러를 투자할 것으로 추산하고 있습니다. 비교해 보면, 미국 정부는 1년에 약 8억 달러를 지출합니다.

두 나라의 민간기업은 여전히 ​​엄청난 기술적 과제가 남아 있음에도 불구하고 2030년대 중반까지 핵융합 전력을 전력망에 공급할 수 있을 것이라 낙관하고 있습니다.

"인공 태양" 토카막

핵융합은 일반적으로 서로 밀어내는 두 개의 원자핵을 압축하는 매우 복잡한 과정입니다. 이를 위한 한 가지 방법은 토카막의 온도를 섭씨 1억 5천만 도까지 높이는 것입니다. 이는 태양 중심부 온도의 10배에 달합니다.

핵융합이 일어나면 원자핵은 열의 형태로 많은 양의 에너지를 방출하는데, 이 열은 터빈을 돌려 전기를 생산하는 데 사용될 수 있습니다.

상하이에 있는 신생기업인 에너지 싱귤래리티(Energy Singularity)는 창립 이후 3년 만에 자체 토카막을 제작했는데, 이는 지금까지 만들어진 어떤 원자로보다 빠른 속도입니다. 토카막은 수소를 매우 높은 온도까지 가열하여 핵융합이 일어나는 플라스마를 형성하는 매우 복잡한 원통형 또는 토로이드형 기계입니다.

에너지 싱귤래리티는 민간 투자로부터 1억 1,200만 달러 이상을 유치했으며 세계 최초로 이룬 성과도 달성했습니다. 이 회사의 현재 토카막은 플라스마 실험에 고급 자석을 사용하는 유일한 토카막입니다.

고온 초전도체라고 불리는 이 자석은 기존 토카막에 사용된 구리 자석보다 더 강해서, 작은 토카막도 큰 토카막만큼의 핵융합 에너지를 생성할 수 있고, 플라스마를 더 잘 가둘 수 있습니다.

이 회사는 2027년까지 자사 방식이 상업적으로 실행 가능하다는 것을 입증하기 위해 2세대 토카막을 제작할 계획이며, 2035년까지 전력망에 전력을 공급할 수 있는 3세대 장치를 보유할 것으로 기대한다고 밝혔습니다.

중국이 연구에 투자하는 자금으로 토카막 개념이 급속히 발전하고 있습니다. 중국 허페이에 있는 EAST 토카막은 플라스마를 태양 핵의 5배인 섭씨 7천만 도에서 17분 이상 안정적으로 유지했습니다. 이는 세계 기록이자 엄청난 혁신입니다.

레이저 기술

중국이 토카막 원자로 개발에 박차를 가하는 동안, 미국은 또 다른 기술인 레이저 분야에서 우위를 점하고 있습니다.

2022년 후반, 캘리포니아주 로렌스 리버모어 국립연구소의 과학자들은 후추알 크기의 연료 캡슐이 들어 있는 원통에 약 200개의 레이저를 발사하여 세계 최초로 순핵융합 에너지를 생성하는 데 성공했습니다. 이 과정에서 방출되는 에너지는 캡슐을 가열하는 데 사용된 에너지보다 큽니다.

핵융합을 달성할 수 있는 방법은 아직도 많이 있으며, 미국은 다양한 기술에 투자하고 있습니다.

영국의 플라스마 물리학자 멜라니 윈드리지는 "핵융합 에너지에 접근하는 데 단 하나의 방법만 있는 것은 아니며, 어떤 방법이 가장 좋은지 정확히 알 수 없다"고 말했습니다. 그녀는 장기적으로는 비용과 다른 요소에 따라 달라지겠지만, 토카막이 가장 잘 연구된 개념이라고 주장했습니다.

중국 정부가 핵융합에 돈을 쏟아붓는 동안, 미국은 더 많은 민간 투자를 유치했습니다. 알랭에 따르면, 전 세계적으로 민간 부문은 지난 3~4년 동안 핵융합에 70억 달러를 지출했으며, 그 중 약 80%가 미국 기업에서 나왔다고 합니다.

하지만 중국 정부가 매년 1조 달러 이상을 계속 투자한다면, 그 수치는 민간 부문에서도 곧 미국의 지출을 넘어설 수 있습니다.

그리고 그러한 투자가 성공한다면, 상하이에서 열리는 다채로운 축제는 중국에 완전히 새로운 모습을 선사할 것입니다.

Hoai Phuong (CNN에 따르면)