소형원자로(小形原子炉)의 시대는 오는가?
국제 개발경쟁의 현황을 본다.

  5월 21일 한미 정상 회담에서 양국은 소형원자로(小形原子炉) 개발 경쟁에 협력하기로 한 합의를 보았다. 이를 계기로 우리나라가 해야 할 과제를 정리해 보았다.

  바이든 정권은 지구온난화 대책의 하나로 「선진형원자로(先進形原子炉, Advanced Nuclear)」가 선택의 사지(肢)라 하고, 이를 개발 보급함을 표명하고 있다. 선진형원자로라 함은 제3세대 또는 제4세대의 신형로(新形炉)라 불리는 것으로, 이는 지난날의 기술인 경수로(軽水炉, 제2세대, 후쿠시마 원전사고를 일으킨 원자로가 이 종류이다)보다 더 안전성을 향상시키고 있다. 미국에서 개발 중인 소형모듈로(SMR)의 모형, 경제성과 안전성의 양립을 목표로 하고 있으나(2019. 6., 日經電子) 미국의 많은 전문가들은 「선진형 원자로는 가격, 속도, 공공의 안전, 폐기물 처리, 운용의 유연성, 글로벌한 안전보장 면에서 온난화 대책 외의 선택지 중 하나 재생 가능한 에너지(이하 재생에너지), 축전지 등에 대항할 수 없다」고 생각하는 이가 많다. 현 시점에서 개발은 이 부분의 강화를 요구되고 있다. 말하자면 실제로는 미국의 선진형 원자력 발전이 도입될 가능성은 극히 작다는 것이다. 이 결점을 생각한 미국이 우리나라의 제조기술의 도움을 얻고자 협력을 제안함을 우리는 알아야 한다. 이것은 첨단 기술을 도입한 것과 기존 기술의 응용의 차이라고 생각한다.

  바이든 정권은 지구온난화 대책의 하나로 「선진형원자로(先進形原子炉, Advanced Nuclear)」가 선택의 사지(肢)라 하고, 이를 개발 보급함을 표명하고 있다. 선진형원자로라 함은 제3세대 또는 제4세대의 신형로(新形炉)라 불리는 것으로, 이는 지난날의 기술인 경수로(軽水炉, 제2세대, 후쿠시마 원전사고를 일으킨 원자로가 이 종류이다)보다 더 안전성을 향상시키고 있다. 미국에서 개발 중인 소형모듈로(SMR)의 모형, 경제성과 안전성의 양립을 목표로 하고 있으나(2019. 6., 日經電子) 미국의 많은 전문가들은 「선진형 원자로는 가격, 속도, 공공의 안전, 폐기물 처리, 운용의 유연성, 글로벌한 안전보장 면에서 온난화 대책 외의 선택지 중 하나 재생 가능한 에너지(이하 재생에너지), 축전지 등에 대항할 수 없다」고 생각하는 이가 많다. 현 시점에서 개발은 이 부분의 강화를 요구되고 있다. 말하자면 실제로는 미국의 선진형 원자력 발전이 도입될 가능성은 극히 작다는 것이다. 이 결점을 생각한 미국이 우리나라의 제조기술의 도움을 얻고자 협력을 제안함을 우리는 알아야 한다. 이것은 첨단 기술을 도입한 것과 기존 기술의 응용의 차이라고 생각한다.

  건설비와 운전비도 압도적으로 높은 광대한 미국의 정부기관인 ‘미에너지 정보국( USEIA)’은 매년 발전에너지기술의 발전 코스트 비교를 발표하고 있다. 2021년판에는 원자력발전(제3세대 선진형) 및 석탄 화력은 재생에너지보다 훨씬 높다고 보고하고 있다. 이로써 원자력에의 역풍이 강해지는 가운데, 소형원자로에 활로를 찾는 움직임이 시작된다. 안전성과 경제성이 뛰어난 소형원자로가 미국, 유럽과 일본, 중국 등에서 개발이 진전되고 있다. 일본 정부가 발표한 새로운 에너지 기본 계획의 골자를 보면 대형원전은 안전코스트가 겹쳐 경쟁력을 상실하게 되었다고 보고, 기사회생의 한 수로 소형원자로 개발을 제안하고 있다. 현재 안전성이 높다고 평하는 제4세대의 「선진형원자로」중에서 실현에 근접한 것은 미국 기업이 개발하고 있는 「소형모듈로(SMR)」이다. 일본은 고온가스로 연구가 진전되고 있다. (일본 원자력연구개발기구 제공)

  올해 4월 27일에 일본의 경제산업성은 새로운 에너지기본계획의 골자를 일본 ‘유식자회의’에 제출하였다. 원자력 발전에 대한 ‘의존도를 저감’하는 한편, ‘안전성・경제성・기동성이 뛰어난 원자로의 추구’를 함께 집어넣고 있다. 이는 혁신적인 소형원자로의 연구개발을 염두에 두고 있음을 알 수 있었다. (일본경제신문, 2021. 5. 26.)

1) 알아야 할 일 :
그러나 우리나라에선 소형원자로의 연구개발에 관한 정책이 보이지 않는다. 이런 한국에 금번 미 대통령 바이든이 제안한 것은 우리나라의 제조기술의 능력을 인정한 제안이라 나는 믿고 있다.

  소형원자로는 100만 kw를 넘는 초대형 원자력발전과 같이 각지에 전기를 보내는 것이 아니라, 지역에 따라 그곳에 걸맞는 작은 원자력발전소가 산재하는 형태가 상정되고 있다. 원자발전소의 구성요소를 기능별로 하나로 합쳐 모듈(Module)화하여 공장에서 제조하고, 현지에서 조립하는 것으로 건설비를 줄이고 공정을 단축시키는 혁신 기술을 적용하자는 것이라 말할 수 있다.

  대형 원자력발전소의 건설비는 종전 한화로 약 3~4조원이었으나 지금은 10조원을 넘는 것이 현실이다. 이는 미국 웨스팅하우스의 파산, 프랑스 아레바의 경영 위기를 맞게 되었다. 일본도 관민이 추진하고 있던 터키의 원자력 발전소의 건설에서 이토츄상사(伊藤忠商事)가 이탈한 것도 이런 사업비의 팽창이 원인 중 하나라 보고 있다. 이것에 대해서 소형원자로는 초기 투자를 약간 적은 듯이 투자해 운전을 시작해 보면서 단계적으로 능력을 증강하는 것이 안전하다.

  지구온난화 억제를 목표로 한 파리 협정은 21세기 후반에는 인간활동에 의한 세계의 이산화탄소(CO2) 배출의 증가를 ‘Zero (0)’로 하자는 목표를 걸었었다. 「재생가능 에너지는 유력한 수단이나, 원자력을 뺄 수는 없다」는 영국의 롤스로이스 전략・사업개발담당 매니저 마틴 굿펠로우(Martin Goodfellow) 씨는 지적한다. 그 실현을 위해서는 소형원자로가 필요하다는 것이다.

  세계에는 여러 가지 원자로 설계가 제안되고 있다. 점점 상업용 원자력 발전으로 사용되었던 경수로의 기술을 전용한 경우나, 영국의 롤스로이스는 가압수형경수로를 소형화하기도 하고, IT를 활용해 설계에서 제조, 운전까지 최적화한 경우도 있다. 미국의 뉴스케일 파워(NuScale Power)는 소형원자로를 물을 펼친 풀에 잠기게 해, 전원이 끊겨 냉각 불능의 피해, 사고를 방지하도록 설계 제작되고 있다.

  캐나다의 ‘테레스트리얼 에너지(Terrestrial Energy)’는 ‘용융염로(溶融塩炉)’라 불리는 소형원자로의 실용화를 기하고 있다. 화학적으로 안전한 물질인 용융염(溶融塩)에 고온으로 핵연료를 녹여서, 핵분열 반응을 일으켜, 액체상의 핵연료가 자연대류로 순환해서 열을 이동시키게 한다. 강제적인 냉각수단을 사용하지 않아도 핵반응을 정지시켜 냉각시킬 수 있다는 것이다. 용융염로는 원래 미국에서 실험로로 장기간 운전한 실적이 있다. ‘확증된 기술’이라고 사이먼 아이리쉬(Simon Irish, CEO) 씨는 강조한다.

  미국의 마이크로소프트 창업자, 빌 게이츠가 출자한 미국의 테라파워(Terra Power)의 ‘진행파로(進行波炉)’도 있다. 이는 고속로의 일종으로, 버려지는 열화(劣化)우라늄을 핵연료로 재사용하기 위해 만들어진 것으로 이는 자원의 유효 이용에 이어진다. 중국도 ‘중국핵공업집단(中国核工業集団)’과 공동개발을 추진하고 있다. 100만 kw급으로 이는 대형화는 가능하나, 소형로의 틀에 맞추기는 어렵다는 것이 현황이다.

2) 제안 : 이상의 소형원자로 개발경쟁의 현황을 보면 우리나라는 어느 위치에 있는가를 반성하고, 문 대통령이 미국과의 공협을 성사시킨 제 나름의 합의라 보는데 이 기술 경험의 갭을 메꾸는 비안(秘案)이 있어서 합의한 것인지 그의 자랑함의 근거를 국민에게 보여 주었으면 한다. 국민의 사기를 높이기 위하여서이다.

  소형원자로 실현에는 안전심사를 통과하고 건설・운전을 경험하지 않고서는 경제성을 실증할 수 없다. 2020～30년대의 실용화를 목표로 하고 있으나, 아직 기술이 미숙하다는 평이다. (일본경제신문, 2021. 5. 26.)

  단, 소형원자로에의 관심의 시작은 핵발전소의 대형화를 끊임없이 추구해 원자력의 이노베이션(革新)을 지속하다 보니 연구와 건설비의 거대한 비용이 편중되어 있었고, 수혜를 받는 분야도 일부 대도시와 일부 산업에 집중되었던 것을 수정한 것이라 생각하고 있다. 이는 경제적인 효율과 새로운 민주정치의 정책의 융합적인 시작이라 할 수 있다. 즉, 국민 모두가 평등한 같은 에너지 수혜를 받게 하자는 것으로 자유 민주주의 국가정치의 새로운 경향이라 나는 이해하고 있다. 그래서 선진 자유민주주의 국가인 미국과 캐나다는 기술우위를 목표로 자금을 조성하고, 대형로를 소형개발로 뒷받침한다는 것이다. 이 부분의 제조는 제조업 입국 50년만의 우리나라 제조기술의 실력을 미국이 인정한 제안이라 생각하고 있다.

3) 질문과 충고 : 우리의 학문의 발전 기술혁신의 끊임없는 환경에 대한 정부의 그간의 탈(脫)원전 정책에 대한 반성은 없나? 질문하는 것이다. 혁신은 끊임없는 노력으로 탄생되는 것이다. 미안하지만, 한전과 정부가 호남에 조(兆)단위의 거액을 투입해 건설하는 에너지 대학의 내용에 공감되는 부분이 보이지 않는다. 비전문가들의 제안과 획일적이면서 일사천리로 시행되는 국책사업은 필연적인 정치와의 유착이 발생하기 쉽다. 증수회(贈収賄)의 온상이 우려된다. 이런 프로젝트는 실험 위주로 공부하고 연구하는 교육기관이라야 한다. 그렇기 위해선 경험과 학구열을 겸비한 인재를 세계 곳곳에서 유치하여야 할 것이다!

  일본에서는 ‘히타치제작소(日立製作所)’와 ‘도시바(東芝)’ 등이 소형원자로 개발을 하고 있다. 이와 함게 일본 원자력연구개발기구의 고온가스 시험연구(도치키현 소재)도 소형원자로의 하나로 카운트된다. 반면 도쿄전력은 [후쿠시마 제1원자력 발전소 사고]로부터의 부흥과제에 대한 진전도 없고 새로운 원자력발전소 증축 논의 역시 진전이 보이지 않는다. 게다가 일본 원자력연구개발기구의 고속증식원형로(高速増殖原形炉, 몬쥬 소재)는 1조엔(한화 12조) 이상 투입하면서도 고장이 잦자 가동하지 못하고 폐로가 되어가고 있다. 이를 교훈 삼아 연구 개발, 국책 과제를 해야 할 것이다. 이성적으로!