한국, 핵융합·해양 원자로·첨단 디스플레이에 2조1,674억7,000만 원 승인

2027년 시작 예정인 연구 프로그램 3개

한국이 총 2조1,674억7,000만 원 규모의 연구 프로그램 3개를 승인했다. 10년간의 핵융합 기술 개발과 해양 원자로 사업, 첨단 디스플레이 연구 플랫폼 구축이 2027년 시작될 예정이다.

과학기술정보통신부는 제9차 국가연구개발사업평가 총괄위원회가 11월 3일부터 5일까지 서면 심의를 진행한 뒤, 2026년 11월 5일 이 같은 결정을 발표했다. 사업들은 본격 시행에 앞서 대규모 연구 투자를 평가하는 정부 절차인 예비타당성조사를 통과했다.

가장 큰 예산이 배정된 분야는 핵융합으로, 2027년부터 2036년까지 1조4,813억 원이 투입된다. 해양 용융염 원자로 프로그램에는 2027년부터 2030년까지 3,173억 원, 첨단 디스플레이 플랫폼에는 2027년부터 2033년까지 3,688억7,000만 원이 배정됐다.

에너지 분야 두 프로그램은 서로 다른 수요에 대응한다. 핵융합 연구는 인공지능과 데이터센터 확대로 전력 수요가 늘어나는 가운데 미래 발전 기술 개발을 목표로 한다. 해양 원자로 프로그램은 해운업계가 온실가스 배출 감축을 추진하는 상황에서 검토 중인 원자력 추진 선박에 사용할 장비와 안전성 평가 방법을 개발하는 것이 목표다.

나주시에도 실질적인 변화가 예상된다. 계획된 핵융합 연구시설에는 약 53만㎡의 부지가 필요하며, 토지 매입 협상은 2027년 초 시작될 예정이다. 시는 2028년 상반기까지 부지를 제공할 계획이다.

재원 배분 방식

정부는 핵융합 프로그램 예산 1조4,813억 원 가운데 1조2,877억 원을 지원한다. 해양 원자로 프로그램에는 국비 2,252억 원, 디스플레이 프로그램에는 국비 2,789억 원이 포함됐다.

세 프로그램의 국비 지원액은 모두 1조7,918억 원으로, 전체 사업 예산의 약 83%에 해당한다. 핵융합 사업은 승인된 전체 예산의 약 68%를 차지해 세 프로그램 가운데 가장 큰 비중을 차지한다.

사업별 예산 집행 기간도 개발 일정의 차이를 보여준다. 핵융합 연구는 10년간 진행되며, 해양 원자로 사업은 4년, 디스플레이 사업은 7년이다. 핵융합과 해양 원자로 프로그램의 예산을 합하면 1조7,986억 원이다.

세 사업은 연구개발 프로그램에 대한 예비타당성조사 제도가 폐지되기 전에 심사 절차에 들어갔다. 이번 승인으로 기존 절차에 남아 있던 신청 건들이 처리됐다. 한국항공우주청의 소형 달 착륙선 개발 사업은 아직 예비타당성조사 결과를 기다리고 있다.

핵융합 프로그램의 구축 계획

과학기술정보통신부는 핵융합로 내부와 비슷한 극한 조건에서 핵심 핵융합 기술을 시험할 수 있는 센터를 세울 계획이다. 프로그램은 플라스마, 초전도 자석, 증식 블랭킷, 핵융합 장비용 소재를 다룬다.

핵융합은 가벼운 원자핵을 결합해 에너지를 방출하는 과정이다. 연구자들은 연료를 가열해 플라스마 상태로 만든다. 플라스마는 전자가 원자핵에서 분리된 상태다. 자기장 가둠 장치는 강력한 자기장을 이용해 이 고온 물질이 주변 벽에 닿지 않도록 가둔다.

프로그램에 포함된 각 기술은 서로 다른 역할을 한다. 플라스마 연구는 고온 연료를 제어하는 기술을 다룬다. 초전도 자석은 코일을 매우 낮은 온도로 냉각해 강한 자기장을 만든다. 소재는 강한 열과 고에너지 입자의 충격을 견뎌야 한다.

증식 블랭킷은 구상 중인 핵융합 발전 시스템에서 플라스마 챔버를 둘러싼다. 핵융합 반응에서 나오는 에너지를 포집하고, 리튬이 관여하는 반응을 통해 핵융합 연료인 삼중수소를 생산하도록 설계된다. 이러한 구성품을 시험하는 것은 실험 단계에서 전력 생산 시설로 나아가는 데 필요한 엔지니어링 작업의 일부다.

따라서 승인된 프로그램은 기술 개발과 혹독한 조건에서의 성능 검증에 초점을 맞춘다. 핵심 시설은 기술 실증센터이며, 상업용 핵융합 발전을 위해서는 추가적인 원자로 개발이 필요하다.

KSTAR 실험에서 미래 발전용 원자로까지

한국의 기존 실험 기반은 대전의 한국핵융합에너지연구원이 운영하는 KSTAR다. KSTAR는 2024년 섭씨 1억 도가 넘는 플라스마를 48초간 유지했다. 2026년 목표는 300초, 즉 5분이다.

300초 달성은 목표 조건을 기존 48초 기록보다 6.25배 더 오래 유지하는 것을 뜻한다. 운전 시간이 늘어나면 열 제거와 플라스마 제어는 물론 자석, 냉각 장비, 가열 시스템을 함께 운용하는 데 더 높은 수준의 역량이 요구된다.

KSTAR에는 가둬진 플라스마에서 빠져나오는 열과 입자를 처리하는 구성품인 텅스텐 디버터도 도입됐다. 이번 업그레이드를 통해 연구자들은 플라스마 장시간 운전 실험과 미래 원자로에 필요한 장비를 실제로 운용한 경험을 쌓을 수 있다.

한국은 국제 핵융합 실험로 ITER에 진공용기 섹터와 블랭킷 차폐 모듈 등 하드웨어를 공급하고 있다. 이 사업은 국내 기관과 기업에 더 큰 핵융합 장치의 주요 부품을 제조하는 경험을 제공한다.

한국형 실증로로 제안된 K-DEMO의 장기 전망은 발전 용량 500~700MW, 2040년대 최초 플라스마 달성을 제시한다. 개발 개요에 따르면 개념 설계는 2026~2028년, 엔지니어링 개발은 2028~2032년에 진행되며, 2032년부터 인허가 및 건설 활동이 시작된다. 이는 예상 일정이며, 새로 승인된 프로그램의 확정된 기간은 2027~2036년이다.

연구시설 부지를 준비하는 나주시

나주시는 왕곡면 인근 덕산리·신가리·양산리 일대에 핵융합 시설을 유치할 계획이다. 부지는 나주 국가에너지산업단지 옆에 있으며, 2025년 12월 공모를 통해 선정됐다.

타당성 평가 결과 계획된 연구 부지는 약 103만㎡에서 약 53만㎡로 줄었다. 약 50만㎡, 즉 기존 면적의 거의 절반이 축소된 셈이다.

나주시는 제외된 부지에 별도의 핵융합 연구공원을 조성하는 방안을 검토하고 있으며, 타당성 분석과 개발 계획 수립을 의뢰할 예정이다. 연구기관과 기업, 전문인력을 유치하기 위해 연구개발특구 지정도 추진하고 있다.

토지 소유주들은 가장 먼저 직접적인 영향을 받는 주민에 속한다. 시는 보상 정보를 공개하고 감정평가를 진행한 뒤 2027년 초 협의 매수를 시작할 계획이다. 보상은 단계적으로 진행되며, 연구 부지는 2028년 상반기까지 제공할 예정이다.

나주에는 이미 한국전력공사와 전력거래소, 기타 에너지 기관, 한국에너지공과대학교가 자리하고 있다. 시는 핵융합 사업을 통해 전문 연구인력 2,000명 이상과 관련 기업 약 300곳을 유치하고, 일자리 1만 개 이상을 지원하며, 10조 원이 넘는 경제 효과를 낼 것으로 전망한다. 이 수치는 해당 개발 사업에 대한 지자체의 예상치다.

해상에서 용융염 원자로가 할 수 있는 일

과학기술정보통신부와 해양수산부가 해양 용융염 원자로 프로그램을 공동으로 총괄한다. 예산 3,173억 원은 원자로 노심과 시스템, 핵연료, 소재 연구는 물론 원자로를 선박에 연결하고 안전성을 평가하는 기술 개발을 지원한다.

프로그램에 제시된 설계에서는 불화물이나 염화물 등의 물질을 포함한 용융염에 핵연료 물질을 녹인다. 이 액체는 연료 운반체와 냉각재 역할을 겸하며 원자로 노심의 열을 밖으로 전달한다.

용융염 원자로는 무거운 원자핵을 쪼개 에너지를 방출하는 핵분열을 이용한다. 핵융합은 반대로 가벼운 원자핵을 결합한다. 따라서 두 프로그램은 모두 한국의 원자력 기술 분야에 속하지만 물리적 과정과 장비, 연구 과제는 서로 다르다.

용융염 원자로는 고온·저압에서 운전할 수 있고 소형화 가능성도 있어 해양 분야 연구에 매력적인 기술로 꼽힌다. 선박은 제한된 공간 안에 추진 장치와 화물, 선원, 안전 장비를 갖춰야 하며, 이동하는 구조물이라는 조건도 고려해야 한다.

프로그램의 명시된 목표는 원자력 추진의 기술적 기반을 개발하는 것이다. 승인된 사업은 2030년까지 진행되며 원자로 기술과 선박 통합, 안전성 평가에 중점을 둔다.

원자로와 선박의 연결이 중요한 이유

해양 프로그램에는 원자로 설비와 선박을 연결하는 시스템인 원자로·선박 연계 기술이 구체적으로 포함돼 있다. 이에 따라 연료와 소재, 원자로 설계뿐 아니라 선박 통합도 주요 연구 과제로 명시됐다.

원자로는 열을 생산하지만, 선박에는 추진과 기타 장비에 사용할 수 있는 동력이 필요하다. 엔지니어들은 원자로와 선박이 함께 작동하도록 연결 장치와 제어 체계를 개발해야 한다. 안전성 평가도 두 요소를 결합한 시스템을 대상으로 해야 한다.

국제해사기구(IMO)가 온실가스 감축 목표를 강화하는 가운데 한국은 해운업계의 대응에 발맞춰 이 사업을 추진하고 있다. 정부는 국내 원자력공학 역량과 조선산업을 연계하는 것도 목표로 삼고 있다.

조선사와 장비 공급업체가 당장 기대할 수 있는 기회는 연구와 부품 개발, 시험 분야에 있다. 발표된 사업에는 원자력 추진 선박의 상용화 시점이 제시되지 않았으므로, 구체적인 기한은 승인된 기술 프로그램이 완료되는 2030년이다.

설계부터 패널 시험까지 지원하는 디스플레이 플랫폼

산업통상자원부의 첨단 디스플레이 프로그램에는 7년간 3,688억7,000만 원이 투입된다. 연구 인프라는 초기 설계부터 디스플레이 패널 규모의 실증까지 지원할 예정이다.

프로그램에는 세 가지 주제가 명시돼 있다. 오버 OLED는 기존 유기발광다이오드 디스플레이의 성능 한계를 넘는 것을 목표로 한다. 크로스 OLED는 다양한 기능과 기술을 결합한다. 포스트 OLED는 OLED 이후의 디스플레이 기술을 탐색한다.

OLED 디스플레이는 전기가 흐를 때 빛을 내는 유기 소재를 사용한다. 유망한 소재나 설계를 완성된 패널로 발전시키려면 연구자들이 더 넓은 면적과 실제 제조 장치에서도 구현할 수 있는지 확인해야 한다.

계획된 플랫폼은 이러한 단계를 사업 범위에 포함한다. 시설은 설계 작업과 패널 실증을 연결해 연구자들이 소규모 실험실 시료를 넘어선 기술을 평가할 수 있도록 마련된다.

과학기술정보통신부 과학기술혁신본부장 박인규는 승인 결정을 설명하면서 디스플레이 투자와 에너지 분야 프로그램을 함께 언급했다.

핵융합과 MSR은 '7대 SEED 프로젝트'에 포함된 핵심 기술 분야이며, 디스플레이는 우리가 세계 시장을 선도하는 분야입니다.

7대 SEED 프로젝트는 소형모듈원자로와 핵융합, 재생에너지, 양자기술, 우주·항공, 첨단 바이오, 첨단 공급망 등 미래 성장동력으로 육성할 기술을 묶은 것이다.

사업 추진 일정

이제 각 프로그램은 연구와 부지 조성, 사업 완료를 위한 별도 일정을 갖게 됐다. 나주시의 토지 매입과 부지 제공 계획은 가장 이른 단계의 실질적 조치에 해당하며, 해양 원자로 프로그램은 승인된 세 사업 가운데 가장 먼저 완료된다.

• 2026년 11월 3~5일: 국가 평가위원회가 서면 심의를 진행한다.
• 2026년 11월 5일: 과학기술정보통신부가 세 프로그램의 승인을 발표한다.
• 2027년: 핵융합, 해양 용융염 원자로, 디스플레이 프로그램이 시작될 예정이다.
• 2027년 초: 나주시가 협의 매수를 시작할 계획이다.
• 2028년 상반기: 나주시가 핵융합 연구 부지를 제공할 계획이다.
• 2030년: 승인된 해양 원자로 프로그램이 종료된다.
• 2033년: 첨단 디스플레이 플랫폼 프로그램이 종료된다.
• 2036년: 핵융합 기술 및 실증 인프라 프로그램이 종료된다.

박 본부장은 정부가 전략적 연구 투자를 강화하고 이를 신산업 창출과 연계하겠다고 밝혔다. 승인된 사업들은 이러한 목표를 세 가지 구체적인 형태로 구현한다. 핵융합 부품 시험 시설, 원자로와 선박을 통합하는 기술, 디스플레이 연구를 설계에서 패널 실증까지 발전시키는 인프라가 그것이다.

주요 내용

• 총 2조1,674억7,000만 원 규모의 프로그램 3개가 2027년 시작될 예정이다.
• 핵융합에는 핵심 기술과 실증 인프라 구축을 위해 2036년까지 1조4,813억 원이 투입된다.
• 나주시는 2028년 상반기까지 약 53만㎡의 핵융합 연구시설 부지를 제공할 계획이다.
• 해양 용융염 원자로 연구에는 2030년까지 3,173억 원이 투입되며, 선박 통합과 안전성 연구가 포함된다.
• 첨단 디스플레이 플랫폼에는 2033년까지 3,688억7,000만 원이 투입된다.
• 소형 달 착륙선 개발 사업은 아직 예비타당성조사 결과를 기다리고 있다.