제어 가능한 핵융합 상용화 경쟁이 '수익성이 입증된' 단계에 접어들면서 미국 스타트업 리얼타퓨전(Realta Fusion)은 지난 6월 19일 실험에서 핵융합 반응에서 직접 얻은 전기를 사용해 전구를 켜는 데 성공했다고 밝혔다. 민간 기업이 이러한 결과를 공개적으로 보여준 것은 이번이 처음이라고 생각된다. 회사의 공동 창립자이자 CEO인 Kieran Furlong은 TechCrunch와의 인터뷰에서 "우리는 플라즈마로부터 전기를 얻을 수 있습니다"라고 말하면서 "미래에 무엇이 가능할지"를 보여주는 이정표라고 덧붙였습니다.

2022년 이전 해에 과학 연구 기관은 제어 가능한 핵융합 반응이 "에너지 이득"을 달성할 수 있다는 것을 획기적인 실험을 통해 입증했습니다. 즉, 출력 에너지가 입력 에너지를 초과하여 핵융합이 이론에서 실험 현실로 이동하게 되었습니다. 그러나 상업적인 수준에서 실제 질문은 "이것이 가능합니까?"에서 바뀌었습니다. "충분히 안정적이고 저렴하게 전기를 생산할 수 있을까?" 모든 종류의 핵융합 스타트업은 이제 원자로가 경제적으로 실행 가능하다는 것을 입증해야 합니다.

전통적인 개념에서 핵융합 발전소의 발전 용량을 향상시키는 방법 중 하나는 단순히 플라즈마 온도를 높이고 더 높은 열을 통해 더 많은 증기를 구동한 다음 더 큰 증기 터빈을 구동하여 전기를 생산하는 것입니다. Realta가 취한 경로는 열-기계 변환 링크의 일부를 우회하여 핵융합 반응 자체에서 직접 "전기를 수확"하는 것입니다. 이 솔루션은 이론적으로 전반적인 에너지 효율을 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다.

Furlong은 Realta가 사용하는 직접 에너지 변환 프로세스의 효율성이 약 90%라고 추정합니다. 이는 위치 에너지의 약 90%가 원자로 자체 또는 외부 출력을 위한 전기로 변환될 수 있음을 의미합니다. 이에 비해 현재 많은 핵분열 원자력 발전소의 증기 터빈의 열전 변환 효율은 약 33%이며, 열전도 및 기계적 손실로 인해 많은 양의 에너지가 "낭비"됩니다. 따라서 직접 변환이 대규모로 구현될 수 있다면 핵융합 발전소의 경제성에 중요한 지원이 될 것입니다.

이 실험은 Realta의 "자기 거울 융합" 기술 경로를 시연하기 위해 설계된 데모 장치 WHAM에서 완료되었습니다. 실험에서 Realta는 상업용 원자로에서 사용할 계획인 중수소-삼중수소 연료 구성에 대한 에너지 회수를 테스트했습니다. 여기서 핵융합 반응 에너지의 약 20%는 하전된 헬륨 핵(알파 입자)의 형태로 방출됩니다. 리얼타는 반응장치 끝에 프로토타입 전력변환 장치를 설치해 이 '알파 에너지'로부터 수 암페어, 약 100볼트의 전류를 성공적으로 수집했는데, 이는 전구 여러 개를 밝히기에 충분했다. 이로써 플라즈마부터 실제 전기 사용까지 '폐루프 시연'이 완성됐다.

대규모 상업용 발전소에서 Realta는 주로 원자로의 플라즈마 가열을 위한 에너지 공급을 위해 직접 에너지 변환 장치를 사용하여 외부 전원 공급 요구를 줄이고 전기의 "재활용"을 달성할 계획입니다. Furlong은 직접 에너지 변환을 기반으로 하는 이러한 전력 "루프" 메커니즘이 전체적으로 상업용 발전소의 총 출력을 20~30% 증가시킬 것으로 예상하며 이는 핵융합 발전소에 지속적으로 "가속되는" 전력 플라이휠을 제공하는 것과 동일하다고 추정합니다.

Realta는 직접적인 에너지 전환에 투자한 유일한 융합 회사는 아니지만, 이 기능을 공개적으로 보여준 최초의 민간 회사인 것으로 보입니다. Sam Altman이 지원하는 핵융합 회사인 Helion도 직접 에너지 전환을 핵심 기술 중 하나로 간주하지만 아직 공개 실험에서 결과를 입증하지 못했습니다. Furlong은 핵융합 반응에서 직접 전기를 수집할 수 있다는 점은 "원자로의 전반적인 경제성에 큰 도움이 될 것이며" 어떤 핵융합 경로가 먼저 상용화될지 결정하는 핵심 요소가 될 것으로 예상된다고 지적합니다.

자본 수준에서 Realta는 "병 속의 핵융합로" 솔루션의 개발 및 검증을 촉진하기 위해 이르면 2025년에 Future Ventures가 주도하는 3,600만 달러 규모의 시리즈 A 자금 조달을 완료했습니다. Furlong은 회사가 현재 새로운 자금 조달을 준비하고 있으며 기술적 이정표를 통합하는 동시에 엔지니어링 검증 및 프로토타입 발전소 건설의 진행을 가속화하기를 희망한다고 말했습니다.

업계 분석가들은 점점 더 많은 스타트업이 "전구 조명"에서 "장치 또는 발전소 운전"으로 이동함에 따라 융합 발전에 대한 경쟁의 초점이 점차 순수한 기술 혁신에서 비용, 신뢰성, 규제 경로 및 공급망 구축으로 옮겨갈 것이라고 믿습니다. Realta의 실험은 규모가 제한되어 있지만 민간 기업이 핵융합 플라즈마에서 직접 전기를 끌어오는 능력을 공개적으로 시연한 것은 이번이 처음입니다. 지금도 핵융합 상용화를 향한 길목의 상징적 교점으로 평가받고 있다.