에너지 게임체인저 원자력, 출연연이 이끈다

소형모듈원자로·용융염원자로 등 주목
요오드 침투 방지 기술, 원전 안전핀 역할

용융염원자로(MSR) 사진 예시 모습. 사진=원자력연 제공

지난해 촉발된 러시아의 우크라이나 침공은 제1·2차 오일쇼크 사태에 이어 다시 한번 에너지 안보의 중요성을 일깨워 주고 있다. 러시아 천연가스의 주고객이던 유럽은 에너지 위기에 직면했고, 결국 새로운 에너지원에 대한 중요성이 높아졌다. 그래서 세계 여러 국가는 이를 대체할 원자력에 주목하고 있다.

원자력에너지는 24시간 생산할 수 있고 경제적이며, 온실가스와 미세먼지를 발생시키지 않는 미래에너지로 꼽힌다.

다만 일본의 후쿠시마 원전 사태와 같은 원전 사고나 방사성 폐기물 문제 등 해결해야 할 과제가 남아있어 주의가 요구된다. 이에 전 세계적으로 이 같은 문제를 해결할 '차세대 원자력' 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 특히 소형모듈원자로(SMR), 용융염원자로(MSR) 등이 대표적이다.

SMR은 기존 대형 원전의 원자로, 증기 발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등 주요 기기를 하나의 용기에 일체화한 전기 출력 300MW 안팎의 소형 원자로다. 대형 원전 대비 뛰어난 안전성과 경제성을 갖추고 있는 게 특징이다.

MSR은 핵연료 물질을 용융염에 공융시켜 핵연료와 냉각재를 일체화함으로써 대량의 방사성물질이 환경으로 누출되는 중대사고를 원천적으로 배제할 수 있다. 이에 사고 위험이 낮아 미래 에너지원 중 하나로 꼽힌다.

10일 국가과학기술연구회(NST)에 따르면 명실상부 원자력 대표 연구기관인 한국원자력연구원 외에도 한국화학연구원, 한국기계연구원 등도 차세대 에너지 기술에 앞장서고 있다.

한국원자력연구원과 선박해양플랜트연구소는 지난해 용융염원자로(MSR) 개발에 주목하고 공동 연구를 시작했다.

MSR은 소형화된 원자로로 선박에 적용이 용이하고, 외부 노출 시 액체 핵연료가 고체화돼 확산을 막을 수 있는 점이 강점으로 뽑힌다. 또 핵연료의 사용주기가 30년 이상으로 선박에 탑재 후 교체가 필요 없고, 고효율 전력은 물론 수소를 동시에 생산할 수 있다는 장점이 있다. 연구팀은 이 기술이 적용된다면 해양에서 탄소배출을 줄일 수 있을 것으로 보고 있다.

앞서 지난해 배상은 한국원자력연구원 방사화학연구실 박사 연구팀이 개발한 기술도 에너지 위기 극복을 위한 대표 원자력 기술 중 하나로 꼽힌다. 이 기술은 바닷물이나 지하수에 녹아있는 방사성 요오드 핵종만을 선택적으로 99.8% 이상 제거하는 재사용 가능 흡착제다.

기존 방사성 요오드는 인체에 유해함에도 불구하고 원전 오염수에서 완전하게 제거하기가 불가능했다. 이 기술을 사용하면 후쿠시마원전사고 현장에 쌓여있는 수백만 톤의 원전 폐수 내에서도 방사성 요오드만을 선택적으로 제거할 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

원전 해체 가상운전 시뮬레이터 개발 체계도 모습. 사진=기계연 제공

황영규·홍도영 한국화학연구원 박사 연구팀이 개발한 기술도 주목할 만한 원자력 안전 기술이다. 연구팀은 앞서 상용 탄소계 흡착제 대비 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능 확보를 통해 방사성 요오드가 호흡기로 침투하는 것을 효과적으로 막아주는 표면처리 기술을 개발했다.

이 기술은 독성 가스로부터 취약한 산업인력의 안전을 도모하고, 방사성물질 유출에 대한 잠재적 위험으로부터 국민의 안전을 지킬 수 있어 향후 SMR 등 차세대 원전 기술의 보급망에 안전핀 역할을 할 수 있을 것으로 전망된다.

한국기계연구원이 지난해 개발한 수중 원자로 내부 구조물 절단 훈련용 원격 가상 시뮬레이터도 원전 해체를 위한 대표적인 차세대 기술로 꼽힌다. 이 기술을 통해 작업자는 실제 해체 작업 환경과 유사한 상황에서 수중 레이저·플라스마 절단 모의 훈련을 할 수 있다.