핵융합 에너지, 과연 저렴해질 수 있을까?
새로운 연구에 따르면, 핵융합 기술은 태양광이나 배터리와 같은 신재생 에너지만큼 빠르게 비용이 하락하지 않을 가능성이 높습니다. 연구진은 기술의 복잡성과 규모를 고려할 때 핵융합의 비용 감소율(경험률)이 2~8%에 그칠 것으로 추정했습니다. 이는 막대한 공적 자금이 투입되는 핵융합 에너지 분야가 단기적인 탄소 중립 달성을 위한 최선의 투자처인지 근본적인 의문을 제기하는 대목입니다.
핵융합 에너지는 발전소를 건설하고 가동할 수만 있다면 미래에 안정적이고 배출량이 없는 전력원이 될 수 있습니다. 하지만 새로운 연구에 따르면, 그런 미래가 도래하더라도 저렴한 비용으로 제공되지는 않을 수 있습니다.
기술은 일반적으로 시간이 지나면서 저렴해지는 경향이 있습니다. 리튬이온 배터리는 현재 2013년보다 약 90% 저렴해졌습니다. 하지만 역사적으로 다양한 기술은 서로 다른 속도로 이러한 곡선을 거쳤으며, 핵융합의 비용은 배터리나 태양광만큼 빠르게 하락하지 않을 수 있습니다.
아직 존재하지 않는 기술의 비용에 대해 예측하는 것은 까다로운 일입니다. 하지만 수십억 달러의 공공 및 민간 자금이 걸려 있는 만큼, 미래의 에너지 믹스와 그 비용에 대해 우리가 어떤 가정을 하고 있는지 고려해볼 가치가 있습니다.
여기서 중요한 척도는 '경험률(Experience rate)'이라는 지표로, 에너지 기술의 설비 용량이 두 배로 증가할 때마다 비용이 감소하는 비율을 의미합니다. 이 수치가 높을수록 가격이 더 빨리 떨어지고 규모의 경제에 따른 경제적 이익이 크다는 뜻입니다. 역사적으로 육상 풍력의 경험률은 12%, 리튬이온 배터리는 20%, 태양광 모듈은 23%입니다. 반면 비용이 그렇게 빠르게 저렴해지지 않은 다른 에너지 기술들도 있는데, 원자력(핵분열)은 단 2%에 불과합니다.
'네이처 에너지(Nature Energy)'에 발표된 새로운 연구에서, 연구진은 이 기술의 경험률을 추정하여 핵융합의 미래 가격에 대한 예측을 개선하고자 했습니다. 연구팀은 경험률과 상관관계가 있는 세 가지 핵심 특성, 즉 '단위 규모(Unit size)', '설계 복잡성(Design complexity)', '맞춤화 필요성(Need for customization)'을 조사했습니다. 기술의 규모가 크고 복잡할수록, 그리고 다양한 용도에 맞게 맞춤화해야 할 필요성이 클수록 경험률은 낮아집니다.
연구진은 민간 기업 종사자들을 포함한 공공 부문 연구자 등 핵융합 전문가들을 인터뷰했습니다. 연구진은 전문가들에게 이러한 특성을 바탕으로 핵융합 발전소를 평가하도록 한 뒤, 이 정보를 활용해 경험률을 예측했습니다. (참고로, 이 연구는 자기 밀폐 방식(Magnetic confinement)과 레이저 관성 밀폐 방식(Laser inertial confinement)이라는 두 가지 주요 핵융합 접근 방식에만 초점을 맞추었습니다. 이 두 가지 방식이 현재 자금의 대부분을 받고 있으며, 다른 접근 방식은 다른 비용 이점이 있을 수 있습니다.)
핵융합 발전소는 아마도 (열을 발생시키는 데 의존하는 석탄 및 핵분열 발전소와 같은) 다른 시설들과 비슷하게 상당히 큰 규모가 될 것입니다. 원자력 발전소보다는 맞춤화 필요성이 적을 가능성이 높습니다(주로 규제와 안전 고려사항이 더 단순할 것이기 때문). 하지만 태양광 패널 같은 기술보다는 맞춤화가 더 많이 필요할 것입니다.
복잡성에 대해서는 스위스 취리히 연방 공과대학(ETH Zurich)의 에너지 및 기술 정책 그룹 박사과생이자 이 연구의 공동 저자인 링시 탕(Lingxi Tang)은 "핵융합이 믿을 수 없을 정도로 복잡하다는 데 거의 만장일치로 동의했다"고 말했습니다. (일부 전문가들은 이 개념이 연구진이 제시한 평가 척도를 아예 벗어난다고도 했습니다.)
연구진이 제시한 핵융합의 최종 경험률은 2%에서 8% 사이입니다. 이는 원자력 발전보다는 빠른 가격 하락을 보이겠지만, 오늘날 상용화되는 많은 일반적인 에너지 기술만큼 극적인 비용 개선은 이루어지지 않는다는 것을 의미합니다. 즉, 핵융합 원자로 건설 비용이 크게 떨어지려면 상당한 보급과 아마도 꽤 오랜 시간이 걸릴 것이므로, 핵융합 발전소에서 생산된 전력은 한동안 비쌀 수 있습니다. 또한 이는 현재 많은 모델링 연구에서 가정하는 8%~20%보다 훨씬 느린 수치입니다.
탕은 "전반적으로 볼 때, 현재 핵융합에 대한 투자 수준에 의문을 제기해야 한다고 생각한다"고 말했습니다. (미국은 2024 회계연도에 핵융합 분야에 10억 달러 이상을 배정했고, 2024년 7월부터 2025년 7월 사이에 민간 부문의 자금 지원은 총 22억 달러에 달했습니다.) 그는 "에너지 시스템의 탈탄소화를 논의할 때, 이것이 정말로 공적 자금을 가장 잘 활용하는 것인가?"라고 반문했습니다.
하지만 과거를 통해 미래의 에너지 가격을 이해하려는 접근 방식이 오해의 소지가 있을 수 있다고 말하는 전문가들도 있습니다. 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소의 에게멘 콜레멘(Egemen Kolemen) 교수는 "좋은 시도이지만, 우리가 모르는 것이 얼마나 많은지에 대해 겸손해야 한다"고 말했습니다.