세계는 원자로 기술선점 경쟁… "탈탄소 시대 게임체인저 될것"

초고온가스로(VHTR) 원자로 모형도

MSR(용융염원자로) 모형도

스마트(SMART) 원자로 모형도

세계 주요국들이 탄소중립과 에너지 안보 실현의 핵심 에너지원으로 원자력을 정조준하고 있다. 우리나라를 포함한 미국, 영국, 프랑스, 일본 등 주요 국들이 기후위기 대응과 러시아의 우크라이나 전쟁으로 촉발된 에너지 안보 강화를 위해 미래 원자력 기술개발에 사활을 걸고 있다. 이들 국가는 특히 경제성과 안전성, 핵확산 저항성, 지속성 등을 두루 갖춘 혁신형 미래 원자로 시스템 시장을 선점하기 위해 대규모 투자를 쏟아붓고 있다.

미래 선진형 원자로는 크게 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 납냉각고속로(LFR), 용융염원자로(MSR), 가스냉각고속로(GFR) 등으로 구분된다. 이 가운데 소듐냉각고속로는 마이크로소프트 창업자인 빌 게이츠가 설립된 테라파워가 미국 와이오밍주에 짓기로 한 차세대 원자로다. 물을 냉각재로 사용하는 기존 원자로와 달리 대기압에서 끓는점이 880도로 매우 높은 액체소듐을 써 폭발 위험이 거의 없는 게 특징이다. 우리나라는 사용후핵연료 부피감소와 독성저감을 위한 파이로프로세싱 기술과 연계한 소각용으로 지난 1997년부터 개발하기 시작해 2020년까지 기반 기술을 확보한 상태다. 그러나 지난 정부에서 탈원전 정책을 펴면서 관련 예산이 줄고 사업 추진 여부를 재검토하는 등 장애물에 맞닥뜨렸다. 다행히 윤석열 정부가 들어선 후 지난해부터 고도화 개발사업을 통해 연구개발이 재개됐다.

초고온가스로(VHTR)도 상황이 비슷하다. 초고온가스로는 원자로 운전 조건을 900도 이상으로 올려 열을 생산하고, 이 때 촉매를 활용해 전력과 수소를 동시에 얻는 것으로, 냉각재로 방사성 누출이 없는 헬륨기체를 써 안전한 게 강점이다. 원자력연은 다른 원자력 선진국에 비해 빠른 2006년부터 기술개발을 시작해 관련 핵심 기술을 확보한 데 이어, 2030년 시운전과 수소생산을 목표로 R&D에 박차를 가하고 있다.

최근에는 용융염원자로(MSR)가 급부상하고 있다. MSR은 용융염에 핵연료 물질을 녹여 냉각재와 핵연료를 일체형으로 구성한 원자로다. 액체 핵연료인 용융염은 외부에 노출돼도 곧바로 굳어 방사성물질의 외부 노출을 원천적으로 막을 수 있는 게 특징이다. 핵연료 교체 없이 장기간 운영이 가능해 사용후핵연료 발생도 적다. 이 때문에 MSR은 해양 선박이나 부유식 원전, 해양 플랜트 등에 적합한 차세대 원자로로 각광받고 있다. 정부는 MSR를 '혁신도전 프로젝트'로 지정해 올해부터 2026년까지 총 290억원을 투입, 핵심 기술 확보에 나섰다.

납냉각고속로(LFR)는 액체 납이나 납·비스무트 합금을 냉각재로 사용해 소용량 전력생산에 유리한 게 강점이다. 가스냉각고속로(GFR)는 소듐냉각고속로에서 냉각재를 헬륨 기체로 대체한 것으로, 아직 기술개발이 많이 이뤄지지 않은 분야다.

주한규 원자력연 원장은 "저탄소 에너지인 원자력 발전은 과학적인 탄소중립 이행을 위해 필수적인 만큼 원자력연을 중심으로 미래 지향 선진 원자로 개발에 집중해 우리나라의 탄소중립 달성을 뒷받침할 것"이라고 말했다.

이준기기자 bongchu@dt.co.kr