미국에는 핵융합 에너지를 위한 새로운 맨해튼 프로젝트가 필요하다
중국을 앞서고 이 기술의 미래를 주도하려면, 우리는 적절한 자금을 투입해야 한다.
카를로스 파스-솔단
필자는 컬럼비아 퓨전 연구센터 소장이자 컬럼비아대학교 응용물리학 부교수다
어디서나 전기를 생산할 수 있고 온실가스 배출도 없는 에너지원을 상상해보자. 안전하면서 예측하기 어려운 날씨 패턴에도 의존하지 않는다.
기본 연료는 쉽게 구할 수 있고 지정학적 변수에서도 자유로워, 현재 우리가 헤쳐 나가고 있는 것과 같은 에너지 충격을 피하는 데 도움이 된다. 연료 1파운드는 석탄 1,000만 파운드 또는 천연가스 600만 파운드에 해당하는 에너지를 생산할 수 있다. 태양에 동력을 공급하는 반응을 재현하기 위해 수소 원자를 융합해 전력을 생산하는 핵융합 에너지는 바로 이러한 가능성을 지닌다.
아직 그 단계에 이르지는 못했지만, 핵융합 에너지는 원자를 쪼갠 이후 가장 중대한 기술적 돌파구가 될 잠재력이 있다. 핵무기는 세계 질서를 재편하고 군사적 충돌을 새롭게 정의했다. 핵융합 에너지를 가장 먼저 실현하는 국가는 광범위한 전략적 이점을 얻게 될 것이다.
통념과 달리 미국과 중국, 유럽의 과학자들은 핵융합을 실현하는 데 어느 때보다 가까이 다가서 있다. 상당한 벤처캐피털 자금이 진전을 앞당겼지만, 이제 가장 필요한 것은 미국 정부가 상용화의 길을 열기 위한 연구에 더 많은 자금을 지원해 민간 부문에 보조를 맞추는 일이다.
과학자들은 기초 과학과 실험실에서 핵융합 조건을 구현하는 방법을 이해하고 있다고 확신한다. 이제 남은 공학적 난관을 뛰어넘어야 한다.
기술적 과제가 아직 해결되지 않은 이유에 대한 가감 없는 진실은 자금 지원의 급증과 급감이 반복됐다는 데 있다. 에너지 충격이 발생할 때마다 핵융합은 대중의 관심을 다시 끌지만, 충격이 잦아들면 흐지부지된다. 1970년대의 에너지 충격은 자금 지원 급증을 촉발했지만, 1980년대 후반 유가가 하락한 뒤 지원은 급격히 축소됐다. 이후 이 분야는 수십 년간 정체됐다.
현재 미국 정부는 핵융합 에너지 연구에 8억 달러만 배정하고 있는데, 이는 나사에 배정하는 금액의 고작 3% 정도다. 에너지부의 최신 사업인 신설 핵융합국의 올해 예산 요구액은 고작 1,000만 달러였다. 핵융합에 대한 연간 민간 자금이 이제 공공 자금을 넘어선 것은 사실이지만, 분절된 접근 방식은 획기적인 에너지원을 발전시키는 최선의 방법이 아니다.
불충분하고 제대로 조율되지 않은 미국 연방정부의 자금 지원은 중국에 기회를 열어줄 수도 있다. 한 추산에 따르면 중국은 2023년 초 이후 핵융합 프로젝트에 최소 65억 달러를 동원했으며, 이는 거의 같은 기간 미국 에너지부 핵융합에너지과학 프로그램에 배정된 자금의 약 세 배에 달한다.
중국은 또한 대규모 핵융합 인프라 프로젝트를 위한 기반을 닦고 있다. 이는 핵심 과학이 다른 곳에서 규명되더라도 산업의 지배 수단을 확보하겠다는 장기적 베팅이다. 기초 기술이 뉴저지의 벨연구소에서 발명됐음에도 태양광 발전을 지배한 중국의 사례와의 유사점은 분명하다.
조율된 미국 연방정부의 자금 지원이 부족한 탓에 이 글로벌 경쟁에서 또 하나의 핵심 요소인 숙련 인력 양성도 차질을 빚고 있다. 중국은 핵융합을 연구하는 박사과정 학생 수에서 미국을 10배 앞선 것으로 알려졌다.
제2차 세계대전이 시작될 무렵, 내가 이 글을 쓰고 있는 곳에서 약 500피트 떨어진 곳에서 한 실험을 통해 원자력의 과학적 토대가 처음으로 성공적으로 입증됐다. Columbia University의 Pupin Hall에서 물리학자 John R Dunning과 Enrico Fermi는 맞춤 제작한 입자가속기를 이용해 핵분열이 가능한 우라늄 형태를 식별하는 데 기여했다. 이 실험을 비롯한 여러 연구는 1942년 Manhattan Project의 길을 열었다.
이제 미국은 핵융합 에너지를 가로막고 있는 남은 기술적 과제를 해결하기 위해 야심 찬 연방정부의 자금 지원을 바탕으로 또 하나의 Manhattan Project에 버금가는 노력을 기울여야 한다. 역사는 에너지 위기가 행동을 촉진할 수 있음을 보여준다. 이번에는 긴박감이 사라지기 전에 행동해야 한다.
세계를 움직이는 자원 확보