왜 헬륨-3가 부족한가
초전도 방식 양자컴퓨터는 작동을 위해 절대 영도에 근접한 극저온 환경이 필요하다. 이를 구현하는 희석 냉동기에는 헬륨-3가 핵심 냉매로 쓰인다. 문제는 지구상에서 헬륨-3를 얻는 주된 경로가 방사성 수소인 트리튬(tritium)의 자연 붕괴에 의존한다는 점이다. 전 세계 헬륨-3 공급의 대부분은 수십 년간 축적·붕괴해 온 트리튬 재고에서 비롯되는데, 이 재고는 유한하고 트리튬 생산 확대는 막대한 자본이 투입되는 작업이어서 수요 증가 속도를 따라가기 어렵다. 최근 일부에서 새로 발견된 지표 헬륨 자원이 헬륨-3의 새 공급원이 될 수 있다는 주장도 나오지만, 지구상 모든 헬륨에는 헬륨-3가 미량으로만 존재하기 때문에 원천지 다변화만으로는 근본적인 공급 부족을 해결할 수 없다는 것이 Interlune의 판단이다.
Cold Capture의 작동 방식
Interlune이 시애틀 본사에서 개발한 Cold Capture는 기존 헬륨 액화 플랜트 인프라에 추가 장비로 연동된다. 헬륨-3와 일반 헬륨(헬륨-4)은 화학적으로 거의 동일해 분리가 극히 어렵지만, Cold Capture는 두 동위원소 간의 미세한 물리적 차이를 절대 영도에 가까운 온도에서 포착하는 극저온 증류 방식을 적용한다. 2025년 초 시연에서 순도 99%의 헬륨-3 생산이 확인됐다.
2025년 기준 미국은 복수의 플랜트에서 약 810억 리터의 기체·Grade A 헬륨을 생산했다. 해당 시설 전체에 Cold Capture를 설치하면 연간 최대 2.5킬로그램의 헬륨-3를 추가 확보할 수 있다는 분석이다. 또한 헬륨 액화 플랜트는 여러 출처의 헬륨을 집약 처리하므로, 개별 가스전에서 직접 회수하는 것보다 훨씬 많은 양의 헬륨-3를 포집할 수 있다고 회사 측은 설명한다.
정부 계약과 민간 수요
Interlune은 2025년 11월 미 국방부 혁신 기관인 AFWERX로부터 SBIR Direct-to-Phase II 계약을 수주해 헬륨-3 분리 기술의 산업 규모 확장을 지원받고 있다. 미 공군은 초전도 양자컴퓨터 연구·개발 프로그램에 헬륨-3를 활용한다. 민간 수요 측면에서는 양자 냉각 설비 업체인 Maybell Quantum과 Bluefors를 주요 거래처로 하는 약 5억 달러 규모의 구매 계약을 체결했으며, 벤처 자금 2,300만 달러와 정부·기타 기관으로부터의 비희석성 자금 약 1,800만 달러도 확보했다.
달 자원 추출로의 연결
Interlune의 장기 사업 모델은 달 토양(레골리스)에서 헬륨-3를 채취하는 것이다. 달에는 수십억 년간 태양풍이 퇴적시킨 헬륨-3가 상대적으로 풍부하게 존재한다. Cold Capture에 적용된 극저온 분리 원리는 지구 헬륨 처리와 달 현장 처리 모두에 공통적으로 활용될 수 있어, 지상 기술 검증이 곧 우주 자원화 기술 전단계로 기능한다.
한계와 남은 과제
현 시연은 순도와 원리 검증 단계에 머물러 있으며, 산업 규모로의 확대(scale-up)가 실현되기까지는 추가 시간과 투자가 필요하다. 연간 2.5킬로그램이라는 예상 생산량이 급성장하는 양자컴퓨팅 냉각 수요를 충분히 감당할 수 있는지 여부도 아직 불분명하다. 달 채취 사업은 상업적 우주 인프라와 규제 프레임워크가 전제되는 더 장기적인 시나리오다.
원문 인용
“Cold Capture plugs into existing helium liquefaction plant infrastructure to recover that helium-3 and turn it into a valuable product.”
“Cold Capture exploits subtle physical differences between the two isotopes at cryogenic temperatures to recover helium-3 in a process designed to scale.”
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이 글은 Claude 가 원문의 사실을 재구성한 편집 요약입니다. 원제: Interlune Develops Cryogenic Technology to Expand Helium-3 Supply for Quantum Computing
