오펜하이머 손자가 쓴 칼럼... 그 말을 믿지 마시오 [ESG 세상]

[ESG 세상] 혁신형 SMR 개발? 한국은 가지 말아야 할 길 가고 있다

새로운 시대정신이자 미래의 침로인 'ESG'가 거대한 전환을 만들고 있다. ESG는 환경(E), 사회(S), 거버넌스(G)의 앞자를 딴 말로, 더 나은 세상을 향한 세계 시민의 분투를 대표하는 가치 담론이다. 삶에서, 현장에서 변화를 만들어내고 실천하는 사람과 조직을 만나 그들이 여는 미래를 탐방한다. <편집자말>

[안치용, 이윤진, 안신우, 김민주 기자]

▲ J. 로버트 오펜하이머의 손자 찰스 오펜하이머가 지난 5월 미국 타임지에 기고한 칼럼 ⓒ 타임지 홈페이지

 
여전히 흥행 가도를 달리는 중인 크리스토퍼 놀란 감독의 영화 <오펜하이머>가 다룬 J. 로버트 오펜하이머의 손자 찰스 오펜하이머는, 영화 개봉 전 "할아버지가 (살아 계신다면) 세계 에너지 문제에 대한 친환경적 해결책으로 원자력 확대를 지지할 것이라고 믿는다"는 내용의 칼럼을 <타임>에 게재했다.

그는 칼럼에서 "지금이 '무탄소에너지 생산'을 위한 '맨해튼 프로젝트'를 촉구할 때"라며 "지속가능한 미래를 위해 가장 중요한 것은 무탄소 원자력 에너지를 산업 규모로 생산하는 것"이라고 강조했다.[1] 맞는 말일까? 이 주장에 동조하는 사람이 많은 게 현실이긴 하다.

그린 택소노미와 소형모듈원자로(SMR)
 

▲ EU 택소노미 보고서, ⓒ EU집행위원회

 
원자력과 천연가스를 녹색에너지로 분류하는 EU 집행위원회의 그린 택소노미[2](녹색분류체계, EU 택소노미) 법안이 지난해 7월 6일 최종 관문인 EU 의회를 통과했다. 이에 따라 원자력과 천연가스가 포함된 그린 택소노미가 올해 발효되었다. EU 의회를 통과한 법안은 ▲ 신규 원전 건설과 안전한 운영 ▲ 기존 원전의 수명 연장 운영 ▲ 핵폐기물 발생을 최소화하는 혁신적 원전의 연구·개발 등 일정 조건을 충족할 때에 한해 원전을 녹색활동 즉 환경적으로 지속가능한 경제활동으로 분류하도록 했다.[3]

원자력 발전의 그린 택소노미 편입 기준은 다소 까다롭다. 첫째, 방사성 폐기물을 안전하게 처리할 계획과 자금, 부지를 갖추고 있어야 한다. 둘째, 2045년 이전에 건설 허가를 받았을 때만 인정받을 수 있다.[4][5]

한국에서는 문재인 정부 말기인 2021년 말 환경부가 원전을 녹색에너지에서 제외한 녹색분류체계를 발표하며 '탈원전'을 내세웠다. 그러나 윤석열 정부가 들어서며 '탈원전 정책' 폐기를 선언하며 지난해 12월 23일 '한국형 녹색분류체계(K-Taxonomy·K-택소노미) 개정안'을 통해 '신규 원전 건설'을 검토하겠다고 공식화했다.[6]

K-택소노미에서 원자력 핵심기술의 연구·개발·실증은 녹색 부문, 원전 신규건설 및 원전 계속운전은 전환 부문에 각각 포함됐다.[7] 앞서 정부는 K-택소노미 초안을 설명하며 소형모듈원자로(SMR), 차세대 원전, 핵융합과 같은 미래 원자력 기술의 확보는 물론, 사고저항성핵연료(ATF)[8] 사용, 방사성폐기물관리 등 안전성 향상을 위한 기술 등을 반영했다.[9]
 

▲ 미국 와이오밍 주에 세워질 테라파워 ‘NATRIUM™’ 설치 구상도 ⓒ TerraPower 홈페이지

 
"우리가 기후 변화 문제 해결을 진지하게 생각하고 있다면 가장 먼저 해야 할 일은 안전한 원자로를 계속 작동시키는 것입니다. 미국에서 탄소배출을 제로화하고 기후재앙을 예방하려면 더 많은 원자력이 필요합니다."  

MS 창업자인 빌 게이츠가 한 말이다. 게이츠는 2021년 11월 워런 버핏 버크셔해서웨이 회장과 함께 미 와이오밍주 케머러 폐석탄발전소 부지에 테라파워(TerraPower)를 통해 'NATRIUM™'(나트륨)을 건설하겠다고 밝혔다. 테라파워는 게이츠가 2006년에 세운 원전기술회사이다. 그는 기존 대형원전과 비교해 건설 비용과 시간 면에서 유리한 소형모듈원자로(SMR, Small Modular Reactor)[10]가 기후 위기 해결의 열쇠가 될 것이라고 믿는다.[11] 'NATRIUM™'은 SMR을 적용한 소규모 원전이다.

테라파워에 따르면 SMR의 하나인 나트륨원자로는 미국에서 운영되는 대형 발전소의 약 3분의 1 크기로, 물 대신 비등점이 높은 액체 나트륨(882℃)을 냉각제로 사용하여 잠재적인 중대사고 위험성을 낮춘다. 대형 원전을 건설할 때보다 건설 일정을 단축하고, 원자력 등급 콘크리트를 대형 원전 대비 MW당 80% 적게 사용하여 건설 비용을 절약할 수 있다는 장점이 있다. 나트륨원자로는 태양광 혹은 풍력과 같은 재생에너지 발전소와 함께 전력망(그리드)에 통합되도록 설계되었다.[12]

테라파워의 나트륨원자로는 미국 에너지청(DOE)의 2022년에 2년 연속 선진 원자로 실증사업으로 선정되어 예산을 지원받고 있다.[13]
 

▲ 테라파워의 나트륨 원자로 구상도, ⓒ TerraPower

 
대서양 건너편 EU에서 그린 택소노미에 원자력을 포함한 결정은 차세대 원전기술인 SMR[14]에 대한 관심을 한층 높여 놓았다. SMR은 일반적으로 출력이 300MW(e)이하인 원자로를 의미하며 모듈화 특성을 가진다. 모듈화는 ▲ 원전 주요기기 일체형 설계·제작 ▲ 공장에서 부분 시험·제조를 거친 모듈을 현장에서 설치하는 것을 뜻한다.[15] 세계원자력기구(IAEA)는 애초에 "300MW(e) 이하[16]인 소형 혹은 모듈형 원자로와 300-700MW(e) 이하 중형 원자로"를 SMR(Small and Medium-Sized Reactors)로 정의했으나, 현재는 모듈화를 통한 안전성과 경제성의 획기적 향상이 강조되면서 'Medium-Sized'를 'Modular'로도 쓰고 있다.

SMR에는 소형 중형이란 용량과 모듈화 개념이 함께 들어 있다. IAEA 회원국 대부분은 모듈당 300MW 이하의 SMR(Small Modular Reactor) 개발에 중점을 두고 있으며[17] 한국에너지공단은 500MW 이하인 중·소형 원자로를 SMR로 분류한다.[18]

2008년 고유가 시기 이후 다수의 글로벌 기업 투자로 SMR 시장이 만들진 이래 현재 2기(중국, 러시아)의 SMR이 운영 중에 있으며, 2020년 현재 전 세계적으로 미국, 캐나다, 중국, 러시아를 중심으로 80여 개의 모델과 콘셉트로 SMR이 개발 중이다. IAEA는 세계 SMR 시장이 2035년 630조 원 규모로 성장할 것으로 내다봤다.[19] 상용화는 이르면 2030년대 이후 이뤄질 것으로 예상된다. 70여 개의 SMR 노형 중 절반 정도는 3세대(경수형) SMR이며 나머지 절반 정도는 4세대 SMR에 해당된다. [20][21]

원자력 시스템의 세대 변화
 

▲ 원자로 개발의 세대별 구분, ⓒ 한국산업기술진흥협회

 
원자력 시스템은 시대 변화에 따라 기술적 진보를 거듭하였으며, 더 안전하고 경제적인 원자로를 향해 진화했다. 과거의 군사용 원자로를 상업용으로 이용하면서 제1세대가 시작되었으며(1950년대 초기), 향상된 기술력과 함께 2세대(경수로, 중수로의 초기 모델, 1970년대 이후)와 용량 확대 등을 통해 2세대 대비 경제성을 20~30% 향상한 3세대(1990년대 이후)로 발전하였다. 세계 각국은 체르노빌 원전사고(1986년) 이후 후쿠시마 원전 사고(2011년)를 겪으면서 2010년대에 새로운 안전 개념을 도입한 3.5세대 원자로 개발에 힘을 쏟았다. 현재 개발 중인 4세대 원자로는 2030년대 이후 상용화할 전망이다.[22]

3세대와 4세대를 구분하는 가장 큰 기술적 특징은 냉각재이다. 경수형인 3세대 원자로는 고온의 핵연료를 식혀주는 냉각재로 물을 사용한다. 4세대 원자로는 냉각재로 물 외에 액체금속, 가스, 염 등 다양한 물질을 사용하기에 비(非)경수형으로 구분된다. 이에 따른 혜택은 높은 안전성과 경제성이다.[23]
 

▲ 4세대 원자로의 6개 노형 개념도, ⓒ 한국국산업기술진흥협회

 
소형모듈원전(SMR)의 장단점

SMR은 피동형(Passive) 안전개념[24]을 채택하며, 노심이 작고 일체형의 단순화한 설계를 추구하여 원자로 냉각재 배관 파손으로 인한 방사능 유출 가능성이 없다. 기존 대규모 일반 원전 대비 안전성이 높고, 발전용수가 적게 들어 해안이 아닌 내륙에도 건설이 가능하며 건설비용이 저렴하고 건설 기간이 짧다.

필요에 따라 모듈수를 유연하게 조절하여 대규모 발전도 가능하며, 모듈 연속 제작 시 추가적인 원가절감이 가능하다. 출력 조절이 가능하도록 설계돼 풍력 태양광 등 재생에너지의 간헐성 문제를 보완할 수 있다. 전력망 내의 '연중뮤휴 무탄소에너지(24/7 CFE)'를 위한 백업전원으로 활용이 가능하다는 얘기다.[25]
 

▲ 규모의 경제 극복을 위한 SMR 주요 경제적 동인, ⓒ 한국과학기술평가원

 
SMR이 기후 위기의 대안이자 사용 후 핵연료 방사능폐기물 배출을 억제할 것이란 기대에 대해 SMR이 방사성폐기물 처리 문제를 더욱 악화할 것이라는 반론이 있다. 미국 스탠퍼드대와 캐나다 브리티시컬럼비아대 연구진은 원자력 기업들의 지난 5월 말 현재 SMR 설계안을 분석하고 SMR이 방사성폐기물 처리 문제를 더욱 악화할 가능성이 있다는 연구 결과를 국제학술지 미국립과학원회보(PNAS)에 발표했다.

연구진은 SMR에서 발생하는 방사성 폐기물의 양이 기존 상용 원전(1100MW 원전 기준)에 비해 최소 2배에서 최대 30배 증가할 것이라는 분석 결과를 내놨다. 또한 방사성 독성에 따른 위험성과 관련, 전반적으로 SMR은 기존 원전 대비 장기간 섭취에 의한 '방사성 독성'을 증가시키는 것으로 나타났다. [26] SMR이 기존 상용 원전에 비해 원자로를 둘러싼 강철 폐기물을 최소 9배 더 많이 생성하는 것으로 나타났다. 원자로를 구성하는 강철 등 방사성 물질은 처분 전 관리가 쉽지 않아 관리 비용이 많이 든다.[27]

결국 '소형'이 '소형'이 아니다

그린피스는 '소형' 원전도 위험하다고 경고한다. 위험성은 역설적으로 SMR의 경제성으로부터 나온다. 그린피스는 SMR이 아무리 소형이라 할지라도 수십, 수백 기를 건설해야 경제성을 확보할 수 있어 "소형이 소형이 아닌 셈"이라고 강조한다.[28]
세계 원전 절반을 지은 130년 전통의 웨스팅하우스는 600MW SMR 상용화를 추진하다 경제적 이유로 1000MW 규모로 용량 증대를 시도하다가 사업을 접었다.[29]

SMR 상용화 가능성을 가장 높였다고 평가받는 미국 뉴스케일(Nuscale)은 1KW당 3000달러 미만 비용으로 SMR을 구축할 수 있다고 주장했다. 하지만 미국 에너지부는 건설비용이 KW당 6800달러를 초과할 것으로 예측했다.

미국 에너지경제·재무분석연구소(IEEFA)가 2029년 가동을 목표로 하는 뉴스케일의 SMR에 대해 지난해 2월 "너무 비싸고, 너무 위험하고, 너무 불확실하다"는 내용의 보고서를 발표했다. IEEFA는 지속가능하면서도 수익성 있는 에너지 전환을 추구하며 에너지 정책과 관련 시장 동향 등을 조사 분석하는 민간 싱크탱크다.

IEEFA는 건설비용과 별개로 뉴스케일 SMR의 전력생산 비용이 뉴스케일이 추정한 MWh당 58달러를 넘어 200달러에 이를 수도 있다며, SMR이 손상되거나 파괴된 상황까지 감안하면 지역사회와 에너지 공급 업체에 심각한 재정 위협으로 남을 것이라고 강조했다.

또한 재생에너지의 발전 비용이 급격히 떨어지고 있는 가운데 SMR이 2029년까지 전력을 생산하지 못한다는 점에서 이 프로젝트를 완전히 중단해야 한다고 강조했다.[30] 그에 비해 풍력과 태양광 등 재생에너지 발전단가는 2022년 현재 30~50달러에서 2030년 20~30달러 이하로 떨어질 것으로 예측된다. 

▲ 뉴스케일의 SMR과 재생에너지 발전단가 비교, IEEFA 자료 재구성 ⓒ IEEFA

 

경제적 리스크보다 더 큰 위험성은 체르노빌과 후쿠시마 원전사고와 같은 원자로의 심각한 사고 발생 위험성이다. 중대사고가 발생할 때의 피해만 고려하면, SMR의 위험성은 대형 원전보다 적을 수 있다. 하지만 사고 발생 확률이 같다고 보면 1000MW 대형 원자로 1기보다 100MW 원자로 10기를 돌려 같은 양의 전력을 생산할 때 위험성이 10배가 될 수 있다.

현재 개발 중인 70여 개의 SMR은 모델과 형식이 제각기 달라 이 원자로들의 안전성을 일괄해서 확증하기 어렵다. 앞서 테라파워 나트륨냉각형 원자로에 용융염 냉각형 에너지 저장 시스템을 합친 SMR인 NATRIUM™은 일반 대기압력 수준에서 작동하기에 근본적으로 사고에 취약하다는 지적이 있다.[31]

액체 나트륨은 공기와 닿으면 화재가 발생하고 물이나 콘크리트에 닿으면 폭발하는 성질이 있다. 안전과 보안 측면에서 경수로 원자로보다 연료 안전성이 아직 입증되지 않았다는 점[32]과 원자로 밖에서 플루토늄을 얻을 수 있어 핵확산 위험이 존재할 가능성이 있다는 위험성은 아직 해결되지 않았다.[33]
 
한국의 SMR 개발 추진

한국에서는 지난해 12월 원자력진흥위원회에서 2028년까지 총 3993억 원을 투입해 혁신형 SMR을 개발한다고 공식화했다. 이에 앞서 같은 해 4월에는 더불어민주당 이원욱 의원과 국민의힘 김영식 의원을 공동위원장으로 하는 '혁신형 SMR 국회포럼'이 출범했다. 한국수력원자력 중심의 SMR 개발을 뒷받침한다는 취지의 이 포럼은 원자력 발전 전반에 대한 태도에선 극명하게 갈린 두 정치 세력이 SMR을 두고는 뜻을 같이한 사건이다. [34]

한국 정부와 정치계의 긍정적 태도에 반대해 환경단체들은 SMR을 크기만 작아진 핵발전소로 규정하고 정부의 SMR 연구 개발 및 수출 추진 중단을 요구하고 있다. 체르노빌 핵발전소 사고(1986년 4월 26일) 36주년을 맞아 올해 지구의 날인 4월 22일에는 기후위기비상행동 등 환경단체와 시민단체가 "기후위기 극복의 길은 SMR을 비롯한 핵발전이 아니라 재생에너지 확대에 있음"을 강조하며 "민주적이고 정의로운 에너지전환을 실현하라고 목소리를 높였다.[35]

가야 할 길과 가지 말아야 할 길이 뚜렷하게 구분되는 데도 눈앞의 이익에 급급해 가지 말아야 할 길을 가버리면 그 부담과 고통을 결국 후대에 전가하는 게 된다. 지금 한국은 가지 말아야 할 길을 가고 있는 게 아닐까.

글: 이윤진 ESG연구소 부소장, 안신우·김민주기자(지속가능바람), 안치용 아주대 융합ESG학과 특임교수

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덧붙이는 글 | [1] Charles Oppenheimer, (May.11.2023). Nuclear Energy's Moment Has Come, TIME. https://time.com/6278789/nuclear-energy-moment-has-come/ [2] ‘녹색’ 분류체계, EU 택소노미란, ‘분류하다’는 뜻의 그리스어 ‘tassein’과 ‘법·과학’을 의미하는 ‘nomos’의 합성어로, ‘환경적으로 지속가능한 경제활동’을 정의 및 판별하는 수단을 의미한다. EU 택소노미는 EU의「지속가능금융 행동계획(ActionPlanonSustainableFinance, ’18.3월)」의 일환으로 2019년 5월 EU 집행위원회가 제출, 같은 해 12월 EU 의회와 이사회가 체택한 EU 택소노미 규정(TaxonomyRegulation, TR)5)을 근거로 한다. EU 택소노미 규정(TR)은 6가지 환경목표를 설정하고, 판정기준 4가지를 모두 충족하는 경우에 녹색활동 즉, 환경적으로 지속가능한 경제활동으로 인정한다. (김현국, EU택소노미 동향과 국내 시사점, 이슈와시선, p.42.) [3] 김정수, (2022.7.6.), EU, 그린 택소노미에 ‘원자력·천연가스 포함’ 확정, 한겨레 https://www.hani.co.kr/arti/society/environment/1049960.html [4] 김현국, EU택소노미 동향과 국내 시사점, 이슈와시선, p.43. [5] 김정수, (2022.7.6.), EU, 그린 택소노미에 ‘원자력·천연가스 포함’ 확정, 한겨레 https://www.hani.co.kr/arti/society/environment/1049960.html [6] 전과 같음 [7] 한국형 녹색분류체계, 환경부 [8] 현재 상용 중인 핵연료’보다 성능이 향상되거나 유지되면서, 능동적 노심 냉각기능이 상실된 상태에서도 핵연료의 건전성을 장시간(약 50분 추가) 유지할 수 있는 핵연료 [9] 환경부 녹색전환정책과. 2022.9.20. 한국형 녹색분류체계, 원전 포함 초안 공개, 환경부 https://www.me.go.kr/home/web/board/read.do?pagerOffset=0&maxPageItems=10&maxIndexPages=10&searchKey=&searchValue=&menuId=286&orgCd=&boardId=1550040&boardMasterId=1&boardCategoryId=&decorator= [10] IAEA 홈페이지 , https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors 10 IAEA, ‘Bill Gates on Nuclear Energy and Reaching Net Zero’ (2022.10.20). [Video]. Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=y4pDyQzguJE [12] TerraPower 홈페이지, The Natrium Technology https://natriumpower.com/reactor-technology/ [13] ‘제4세대 원자로(GenIV) “미래의 기술인가”’, 기술과혁신 2022년 7/8월호 [14] IAEA https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors [15] 강경탁 외 1인, (2022), 소형모듈원자로(SMR), KISTEP 브리프 44, 한국과학기술평가원(KISTEP) https://kistep.re.kr/flexer/view.jsp?FileDir=/board/0031&SystemFileName=202211221503106541.pdf&ftype=pdf&FileName=202211221503106541.pdf [16] ＊충분한피동안전성을확보할수있는출력으로알려짐 [17] IAEA https://www.iaea.org/topics/small-modular-reactors [18] 한국에너지공단/에너지용어/중소형원자료(SMR) 및 SMART [19] IAEA(2020), Advances in Small Modular Reactor Technology Developments [20] 강경탁 외 1인, (2022), 소형모듈원자로(SMR), KISTEP 브리프 44, 한국과학기술평가원(KISTEP) [21] 에너지경제연구원, (2022.10.22.), 소형모듈원전 기술개발 및 사업화 현황, 세계원전시장 인사이트, p.5.-12. [22] 이지훈, (2022.11.) 소형모듈형원전(SMR)글로벌 산업 동향, 산은조사월보 이슈분석, 제804호. KDB산업은행 미래전략연구소 [23] ‘제4세대 원자로(GenIV) “미래의 기술인가”’, 기술과혁신 2022년 7/8월호 [24] 피동안전성: 외부 에너지 투입없이 자연법칙, 재료속성, 내부 저장에너지에만 의존한 안전정도, (IAEA(1991), Safety related terms for advanced nuclear plants) [25] 한국에너지공단/에너지용어/중소형원자료(SMR) 및 SMART [26] Lindsay M. Krall, (May.31.2023), “Nuclear waste from small modular reactors”, PNAS https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2111833119 [27] 강민수, (2022.5.31.) “SMR, 일반 원전보다 더 많은 방사성 폐기물 배출된다”, 동아사이언스 https://m.dongascience.com/news.php?idx=54653 [28] 장마리, (2021.9.17.) 소형모듈원전(SMR)의 진실, 그린피스 https://www.greenpeace.org/korea/update/19483/blog-ce-smr/ [29] 전과 같음 [30] IEEFA, (Feb.17.2022), IEEFA U.S.: Small modular reactor “too late, too expensive, too risky and too uncertain, IEEFA https://ieefa.org/articles/ieefa-us-small-modular-reactor-too-late-too-expensive-too-risky-and-too-uncertain [31] 김정수, (2021.6.15.) 원자로 작아서 안전하다? 크기 줄면서 안전도 축소될 수도, 한겨레 https://www.hani.co.kr/arti/society/environment/999367.html [32] (Mar.18.2021) Report Finds That ‘Advanced’ Nuclear Reactor Designs Are No Better Than Current Reactors—and Some Are Worse Proposed Non-Light-Water Reactors Not Clearly Safer and Will Likely Take Decades to Achieve Reliable Commercial Operation, Union of Concerned Scientists https://www.ucsusa.org/about/news/report-advanced-nuclear-reactors-no-better-current-fleet [33] 김상지 외, (2022), 진행파 원자로 기술 타당성 분석, 한국원자력연구원, p.4. [34] 김영배, (2022.7.16.) 유럽 택소노미에 포함된 소형 원자로, 돈벌이 될까?, 한겨레 https://www.hani.co.kr/arti/economy/economy_general/1051166.html [35] 녹색연합,(2022.4.22.) [기자회견] 석탄발전 이후 미래는 지역이 스스로 결정해야 한다, SMR•핵발전 말고 정의로운 전환을 약속하라.