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[고든 정의 TECH+] 차세대 소형 모듈형 원자로 개발 중…원자력 르네상스 다시 열릴까?

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▲ 차세대 소형 모듈형 원자로 개발 중…원자력 르네상스 다시 열릴까?



불과 10년 전만 해도 원자력 르네상스라는 단어가 나올 만큼 원자력의 부흥기였습니다. 체르노빌 원전 사고 이후 원전에 대한 반대가 커졌지만, 새로운 기술이 도입된 신형 원자로에 대한 기대가 커지고 지구 온난화 문제가 심각해지면서 미국 등 주요 국가에서 온실가스를 배출하지 않는 원자력에 대한 관심이 높아진 것입니다.

하지만 2011년 발생한 후쿠시마 원전 사고와 예상보다 빠른 신재생에너지 보급은 다시 원전에 대한 반대 여론을 확산시켰습니다. 주요 선진국들은 신규 원전 도입에 소극적이거나 아예 탈원전으로 정책 기조를 변경했습니다. 그리고 그 대신 신재생에너지의 비중을 늘려가면서 차세대 에너지의 주도권이 화석 연료나 원자력에서 점차 신재생에너지 쪽으로 이동하는 추세입니다.



하지만 그렇다고 원자력 시대가 끝났다고는 할 수 없습니다. 중국, 러시아 및 중동 국가를 중심으로 신규 원전이 건설되거나 건설 예정인 곳도 많은데다, 기술의 발전으로 이전보다 훨씬 안전한 원자로도 등장하고 있습니다. 흥미로운 사실은 미국 역시 원자로 기술 개발에 대한 투자를 중단한 건 아니라는 점입니다. 미국 에너지부의 투자를 받아 설립된 누스케일 파워(NuScale Power)의 소형 모듈식 원자로(SMR·small modular reactor)는 획기적으로 안전성을 높인 차세대 원자로에 대한 가능성을 제시하고 있습니다.

기존 원자로와 누스케일 원자로의 가장 큰 차이점은 바로 모듈식 구조입니다. 기존의 원자로는 일반적으로 모든 연료봉을 하나의 원자로 안에 넣는 구조입니다. 하지만 이로 인해 사소한 문제로 전체 시스템을 정지시켜야 했고 만에 하나라도 사고가 생기면 핵연료 전체가 유출될 가능성이 있었습니다.



누스케일 SMR은 지름 2.7m, 높이 20m의 독립된 압력 용기로 각각 50㎿의 발전 용량을 가진 소형 원자로를 외부 환경과 격리된 콘크리트 수조에 여러 개 넣는 방식입니다. 각각의 모듈에서 물을 끓여 증기를 만들고 이를 이용해 터빈을 돌립니다. 모듈식 구조 덕분에 문제 발생 시 해당 모듈만 교체하거나 수리하면 됩니다. 더구나 핵연료를 한데 집중시키지 않았기 때문에 멜트다운(meltdown, 노심용해)가 설령 일어나더라도 처리가 쉽고 덜 위험합니다. 추가적인 장점은 해체 과정도 간단하다는 것입니다. 원자로는 해체 과정이 건설보다 시간이 더 오래 걸리고 비용도 많이 드는 문제점이 있습니다. 모듈식 원자로는 기존의 원자로 대비 해체가 한결 쉬울 것으로 보입니다.

두 번째 특징은 매우 단순한 구조입니다. 원자로 크기를 대폭 줄일 수 있었던 비결은 내부에 펌프처럼 움직이는 복잡한 부품을 제거한 데 있습니다. 이 미니 원자로는 내부의 1차 냉각제의 자연적인 대류 현상을 통해 냉각제를 순환시켜 2차 냉각제를 증발시키는 구조입니다. (개념도 참조) 사실상 움직이는 부품이 없어 고장이 날 가능성이 적고 전원이 차단되는 상황에서도 냉각제는 계속 순환해 냉각이 이뤄집니다.

마지막 안전장치는 거대한 콘크리트 수조입니다. 각각의 모듈이 물속에 들어있기 때문에 만약에 2차 냉각제가 고갈되더라도 외부의 물이 모듈을 냉각하게 됩니다. 동시에 막대한 양의 물이 외부의 충격을 완화하는 구조로 지진 등의 충격에 훨씬 안전한 구조입니다. 체르노빌 원전 사고는 물론 후쿠시마 원전 사고와 유사한 사고가 나기 매우 어려운 구조입니다.

미국 원자력 규제 위원회(NRC·Nuclear Regulatory Commission)는 2026년까지 누스케일 파워가 12개의 모듈로 된 첫 번째 SMR 원자력 발전소를 아이다호에 건설하는 것을 승인했습니다. 여기서 안전성과 경제성을 입증한다면 SMR이 미래 원자력 발전의 중흥을 이끌 신기술이 될 수 있을 것입니다.

하지만 SMR 역시 처치 곤란한 핵폐기물을 남기는 점은 마찬가지이고 방사능 누출 사고 가능성이 0%라고 할 수 없어 기존 원자력의 단점을 완전히 극복했다고 보기는 어렵습니다. 궁극적인 문제의 해결책은 핵융합 반응처럼 위험한 방사성 폐기물 및 자원 고갈의 우려가 없는 차세대 에너지원일 것입니다. 다만 그 중간 단계로 차세대 원자로의 역할이 존재할 수 있습니다.

사진=누스케일 소형 모듈식 원자로의 구조(NuScale Power)

고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com

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