엔비디아 투자 받은 美 핵융합 기업, 일본 진출로 글로벌 에너지 패권 경쟁 본격화

엔비디아가 투자한 미국 핵융합 기업이 일본에 차세대 원자로 건설을 추진하며 글로벌 에너지 패권 경쟁을 가열시키고 있다.

블룸버그는 3일(현지시각) 매사추세츠주 소재 스타트업 커먼웰스퓨전시스템스(CFS)가 일본 정부와 원자로 건설 협의를 진행 중이라고 보도했다.

일본 정부는 지난 6월 국가전략을 개정해 핵융합 프로젝트에 대한 적극적 지원을 명시하고, 2030년까지 실증 플랜트 가동 목표를 제시했다. 핵융합은 원자핵을 융합해 막대한 에너지를 생성하는 차세대 청정 발전 기술로, 탄소 배출이 전혀 없어 '궁극의 에너지원'으로 평가받는다. 다만 상용화를 위해서는 장시간 안정적 운전이라는 기술적 난제를 해결해야 해 전 세계가 치열한 기술 개발 경쟁을 펼치고 있다.

CFS는 일본 내 원자로 건설 프로젝트를 위해 미쓰이물산, 미쓰비시상사를 포함한 12개 일본 대기업으로부터 지지를 확보한 상태다. 밥 맘가드 CFS CEO는 “2030년대 후반이나 2040년대 초 일본에서 원자로를 가동할 수 있다면 이상적인 시나리오”라며 “추가 협의를 통해 글로벌 핵융합 경쟁 현황을 공유하겠다”고 밝혔다.

CFS는 2018년 MIT에서 분사한 스타트업으로, 지난달 엔비디아 등으로부터 8억6300만달러(약 1조2022억원)를 투자받았다. 회사는 현재 미국 버지니아주에서 400MW급 핵융합 발전소를 건설 중이며, 구글이 해당 발전소에서 생산되는 전력의 절반을 장기 구매하기로 계약했다.

아직 상업용 원자로는 확보하지 못했지만, 대규모 투자와 글로벌 협력이 결합되면서 핵융합 상용화 가능성에 대한 기대가 높아지고 있다. 일본의 전략적 지원과 민간 자본 참여가 시너지를 창출할 경우, 핵융합이 차세대 에너지 패러다임의 핵심축으로 부상할 것이라는 전망이 제기된다.

핵융합 분야 투자 규모도 가파른 증가세를 보이고 있다. 핵융합산업협회(FIA)에 따르면 2025년 7월까지 1년간 전 세계 핵융합 기업이 조달한 신규 투자액은 26억4000만달러(약 3조6767억원)로, 전년 대비 178% 급증했다.

현재까지 누적 조달액은 약 97억6600만달러(약 13조5954억원)에 달해, 2021년 대비 5배 이상 증가한 규모다. 미국 퍼시픽퓨전의 9억달러(약 1조2533억원) 시리즈A 투자, 헬리온의 4억2500만달러(약 5920억원) 시리즈F 투자, 독일 마블퓨전의 1억1300만유로(약 1조658억원) 조달 등이 대표적 사례다.

FIA 조사에 참여한 53개 기업 가운데 84%는 2030년대 전력망 공급이 가능하다고 답했으며, 절반 이상은 2035년까지 실현될 것으로 내다봤다.

다만 핵융합은 여전히 삼중수소 연료 자급, 수백MW급 열을 견딜 수 있는 다이버터 설계, 중성자에 강한 내구 소재 개발 등 기술적 과제가 상용화의 병목으로 작용하고 있다.

규제 측면에서는 미국과 영국을 중심으로 빠른 정비가 이뤄지고 있다. 미국 원자력규제위원회(NRC)는 2023년 핵융합을 핵분열과 분리해 입자 가속기와 유사한 ‘방사성물질(Part 30)’ 체계로 관리하기로 결정했고, 영국도 융합 설비 전용 규제 프레임워크를 마련 중이다.

한국은 2050년대 전력 실증을 장기 목표로 설정하고 있다. 정부 마스터플랜에 따르면 ITER(국제 열핵융합 실험로)가 2035년경 목표한 Q=10 달성 시 국내 실증로(K-DEMO) 건설 여부를 결정할 예정이다.

ITER는 한국, EU, 미국, 일본, 중국, 러시아, 인도 등 7개국이 참여하는 세계 최대 핵융합 프로젝트로, 50MW 가열 에너지를 투입해 500MW 출력을 내는 것을 목표로 한다. 이는 발전소급 성능에 근접한 수준으로, 상업용 실증로 건설 여부를 결정짓는 중요한 분수령이 될 전망이다.

정부는 단순히 ITER 결과를 관망하는 것이 아니라, 제4차 핵융합에너지 개발 진흥 기본계획(2022~2026)에 따라 2026년까지 K-DEMO 예비 개념설계를 완료하고 2030년대 중반 이후 건설 추진 여부를 점검한다는 방침이다. 이를 위해 증식블랭켓, 디버터, 삼중수소 연료주기, 초전도 자석 등 8대 핵심기술을 단계적으로 확보하고, ITER 국제 조달 참여를 통한 산업 생태계 확대와 전용 규제 체계 마련도 병행하고 있다.