[특별기고] 초록색 옷을 입은 에너지 넘치는 광물, 우라늄

박준혁 한국지질자원연구원 선임연구원

탄소중립 시대로 접어들면서 석탄의 미래에 대한 질문을 많이 받는다. 석탄은 가장 값싸고 접근성이 좋은 연료광물이지만 탄소배출과 대기오염 문제로 좀 더 깨끗한 에너지원으로 전환돼야 한다는 것에는 이견이 없을 것이다.

전원믹스(구성)에서의 화력발전 비중이 감소하면서 최근 초록색 옷을 입게된 뜻밖의 광물이 있다. 바로 원자력 발전의 원료인 우라늄이다.

2022년 원자력 발전을 녹색경제 활동으로 인정하는 EU의 그린 택소노미 최종안이 많은 논란 속에서 통과됐다. 미래 에너지원 확보를 위해 방사성 폐기물 처리와 생태계 보호 등의 조치를 철저히 수행해 원자력 발전의 위험성을 낮춘다는 전제하에 전원믹스에서의 비중을 높이겠다는 것이다.

한국도 강력한 원자력 정책을 펴며 기저전원으로써 원자력발전 비중을 30%까지 늘리고 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 기술 원전 등에 집중 투자하겠다는 계획을 세웠다. 자연스럽게 원자력 발전의 주 원료인 우라늄의 수요도 급격히 증가됐기에 우라늄의 공급망 또한 자세히 들여다볼 필요가 있다.

우라늄의 공급망은 우라늄 광석의 채굴-정련-변환-농축-성형 총 5단계로 진행된다. 우라늄의 채굴은 광산이나 현장침출(in-situ leaching; ISL)을 통해 이뤄지는데 정련과정을 거쳐 '옐로우케이크'로 불리는 노란색 정광을 생산한다.

얼마 전 한국지질자원연구원과 리튬유망광구 공동연구를 시작한 카자스흐탄이 전 세계 정광 생산량의 절반 가까이 생산하고 있고 러시아, 캐나다, 호주에서도 많이 생산된다. 우라늄 정광에는 핵분열을 일으킬 수 있는 우라늄 235의 함량이 0.7% 정도에 불과하지만 변환, 농축, 성형과정을 거치면 3-5%의 저농축우라늄(LEU; Low Enriched Uranium)으로 구성된 핵연료로 재탄생하게 된다. 최근 이슈가 되고 있는 소형모듈원전(SMR)에는 이보다 좀 더 높은 5-20%의 고순도 저농축우라늄(HALEU; High Assay LEU)이 쓰인다.

핵연료의 잠재적 위험성으로 인해 우라늄은 다른 광물들과는 다른 특수한 공급망을 가지고 있다. 특히, 변환·농축과정은 국제원자력기구의 엄격한 감시하에 프랑스, 러시아, 미국 등 매우 소수의 국가만 수행하고 있어 해당 국가와의 관계나 지정학적 문제로 인해 공급망 교란이 발생할 가능성이 매우 높다.

실제로 향후 미래 에너지원으로 주목받고 있는 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 원전에 필요한 핵연료인 고순도 농축 우라늄(HALEU)는 전 세계에서 단 한 곳, 러시아에서만 생산하고 있다. 최근 우러 전쟁에 따른 러시아 수출 제재로 인해 소형원자로 개발 기업들은 연료를 구하지 못해 발을 동동 구르고 있다.

EU의 그린 택소노미 통과로 인한 우라늄 수요의 증가와 함께 안정적인 우라늄 공급망에 대한 요구가 늘고 있다. 그러나 후쿠시마 원전사고 이후 지난 10년간 전세계적인 원전 축소 정책과 가격하락으로 많은 우라늄 광산과 공장이 문을 닫았다. 핵기술이 고도로 발전한 미국조차도 최근 3년간 우라늄 생산이 0에 가까웠고, 2020년에는 전세계 원전에서 사용하는 우라늄의 74%만 생산됐을 정도로 공급망이 많이 취약해진 상황이다. 우리나라는 우라늄 정광 수입을 러시아, 카자흐스탄에 주로 의존하고 있다는 점과 변환, 농축 플랜트가 모두 해외에 존재한다는 점이 우라늄 공급망의 위험요소로 작용할 수 있다.

우라늄은 채굴과 정련 과정에서 새로운 기술 개발에 대한 수요가 존재하는 광물이다. 결국 유일한 해법은 우리의 뛰어난 광체 탐사 기술, 친환경 채굴기술 등을 바탕으로 한 우라늄 보유국과의 기술 개발 지원과 공동 연구를 통해 안정적인 우라늄 공급망을 구축·확보하는 길뿐이라고 할 수 있다.