미국 핵융합 스타트업 Thea Energy가 상업용 핵융합로 개발의 핵심 부품인 고온 초전도 자석 제조를 위해 미 에너지부 산하 ARPA-E로부터 2천만 달러 규모의 지원을 받는다. 회사는 이번 자금이 모듈형 고온 초전도 자석 생산 역량을 높이는 데 쓰일 것이라고 밝혔다. 핵융합 산업에서 자석은 연구 단계의 성능뿐 아니라 향후 대량 제작 가능성과 발전 단가를 좌우하는 부품으로 꼽힌다.
Thea Energy가 개발하는 방식은 자기장으로 초고온 플라스마를 가두고 압축해 연료가 융합 반응을 일으키도록 하는 자기 가둠 핵융합에 속한다. 이 접근법에서는 강력하고 정밀한 자기장이 필수다. 플라스마가 안정적으로 유지되지 않으면 에너지 생산 효율이 떨어지고 장치 손상 가능성도 커진다. 따라서 자석의 성능, 제작비, 설치 난이도는 핵융합 상업화의 주요 병목으로 이어진다.
스텔러레이터 비용을 낮추려는 설계
Thea의 원자로 설계는 스텔러레이터로 알려진 구조를 기반으로 한다. 스텔러레이터는 뒤틀린 도넛 모양의 자기장을 만들어 플라스마를 안정적으로 가두는 방식이다. 다만 일반적인 스텔러레이터는 복잡한 곡선형 자석을 많이 필요로 해 제조가 어렵고 비용이 높다는 약점이 있다. Thea는 이 부담을 줄이기 위해 자석 종류를 단순화하는 전략을 택했다.
회사 설명에 따르면 핵심 역할을 맡는 12개의 대형 자석은 네 가지 템플릿으로 제작되고, 플라스마를 미세 조정하는 300개 이상의 소형 자석은 동일한 형태로 구성된다. 이 소형 자석들은 원자로 주변에 배열되며 소프트웨어로 제어된다. 디스플레이의 픽셀처럼 많은 동일 부품을 조합해 원하는 자기장 패턴을 만드는 셈이다. 이런 구조가 실제 제조 공차를 완화한다면 복잡한 맞춤형 자석에 의존하는 기존 설계보다 비용 절감 여지가 생긴다.
이번 지원금은 하드테크 스타트업이 연구실 수준의 성능을 실제 제조 공정으로 옮기는 과정에서 의미가 있다. 핵융합 기업들은 대체로 장기간의 연구 개발, 고가 장비, 대형 실험 설비를 동시에 감당해야 한다. 특히 고온 초전도 자석은 핵융합뿐 아니라 전력, 소재, 극저온 공정 기술과도 맞물려 공급망 관리가 까다롭다. 공공 자금은 이런 초기 제조 리스크를 낮추는 역할을 할 수 있다.
2040년대 상업화를 향한 경쟁
Thea Energy는 최근 수년 사이 투자자 관심을 받은 핵융합 스타트업 중 하나다. 회사는 2024년 2천만 달러 규모의 시리즈 A를 유치했고, 2026년 5월에는 1억 달러를 추가로 조달했다. 이번 연방 지원은 민간 투자와 별개로 핵심 부품 제조를 검증할 기회를 제공한다. 핵융합 분야에서는 자금 조달 자체보다 조달된 자금이 반복 가능한 장치 제작과 운전 데이터 축적으로 이어지는지가 더 중요하다.
핵융합 발전은 온실가스 배출을 줄이면서 안정적인 전력을 공급할 수 있다는 기대를 받지만, 상업 운전까지는 여전히 긴 시간이 필요하다. Thea를 포함한 여러 기업은 2040년대 중반 상업 규모 발전소 건설을 목표로 내세우고 있다. 이 일정이 현실화되려면 플라스마 성능, 자석 수명, 유지보수 체계, 전력망 연계, 규제 승인 같은 과제가 함께 해결돼야 한다.
이번 소식은 핵융합 경쟁이 단순한 과학 실험을 넘어 제조 산업의 문제로 이동하고 있음을 보여준다. 우수한 설계가 있더라도 같은 품질의 부품을 반복해서 만들고 비용을 낮추지 못하면 발전소 사업으로 연결되기 어렵다. Thea의 자석 단순화 전략이 실제 비용 절감으로 이어질지는 앞으로의 생산 검증과 장시간 운전 결과가 가를 전망이다.
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