'유연한 에너지원의 확보' SMR은

(출처 : 뉴스케일파워)

 

소형 모듈 원자로(small modular reactor, SMR)은 친환경 에너지 전환 국면에서 중요한 역할을 할 기술로 손꼽히고 있습니다. 그리고 이 SMR 기술을 확보하기 위해서 전세계 에너지 선진국들이 투자와 개발을 진행하고 있는 가운데 SMR이 기존 원자력 발전 방식과는 어떤 점에서 차이가 있는 알아봤습니다.

 

◆기존 핵분열을 이용한 원자력 발전

 

우선 핵분열 방식을 활용하는 원자력 발전에 대해서 알아보겠습니다. 기본적으로 열을 발생시켜 물을 끓여서 발생하는 증기가 터빈을 돌려서 전기를 생산해낸다는 점에서 원자력 발전과 화력 발전은 방식이 동일합니다. 가장 큰 차이는 물을 끓이기위한 열을 발생시키는 방법의 차이가 있습니다. 화력발전은 석탄, 석유, 가스 등을 태워서 열을 발생시켜 물을 끓인다면 원자력 발전은 핵이 연쇄적으로 분열하면 발생하는 막대한 에너지로 물을 끓인다는 차이가 있습니다. 핵분열에는 우라늄235와 238 등이 주로 사용되고 중성자가 원자핵을 쪼개면서 질량의 변화가 생기고 '질량에너지보존법칙'에 따라 질량이 막대한 에너지로 발산되고 이를 이용한 발전 방식입니다.

 

핵분열방식에는 가압경수로, 비등경수로, 중수로, 가압중수로 등 일반 물을 사용하느냐 중수로 2개와 산소가 결합한 무거운 물 '중수'가 사용되느냐고 발전 방식이 나뉘게 됩니다. 중수로는 감속하는 작용이 뛰어나고 중성자를 잘 흡수하지 않아 이론적으로 농축우라늄이 아닌 천연우라늄을 가지고 발전을 할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 원자폭탄의 재료가 되는 플루토늄과 삼중수소가 다량으로 나올 수 있어 핵확산 방지 대책을 마련해야만 합니다. 한국에는 월성 원자력 발전소에 캐나다의 CANDU방식의 가압중수로 발전소가 가동되고 있습니다. 원자력 발전은 많은 전력을 안정적으로 공급할 수 있어 기저발전에 적합하고 발전 중에는 탄소를 거의 배출하지 않아 친환경적이기도 합니다.

 

하지만 그만큼 단점도 존재합니다. 일단 건설 비용자체가 매우 비쌉니다. 주로 사용되는 1000MWe급 원자로는 설치비용이 5조원에서 10조원에 달하고 건설기간도 48개월로 매우깁니다. 입지도 물을 많이 사용하기 때문에 수자원이 풍부하면서도 지진이 거의 일어나지 않는 안정적인 지반에 건설해야합니다. 그렇기 때문에 수자원이 풍부하지 않은 국가에서는 설치가 제한될 수 밖에 없습니다.

 

가장 큰 문제는 중대사고 확률이 10만년에 1번으로 매우 낮지만 사고가 나면 수습이 어렵고 반영구적인 피해를 남기기 때문입니다. 10만년에 1번 사고가 날 수 있다고 하지만 우리가 알고 있는 사건만 미국 스리마일 원자력발전소 사고, 체르노빌 원자력 발전소 사고, 후쿠시마 원자력 발전소 사고가 있습니다. 후쿠시마 원자력 발전소 사고의 경우 오염된 냉각수를 바다에 버리는 것을 두고 국내에서 큰 논란이 되고 있습니다.

 

또한 발전 중 사용한 피복류는 물론 원자력 발전에 사용된 연료에서 치명적인 방사선을 내뿜는데 이를 처리하는것이 쉽지 않다는 것입니다. 특히 사용후 핵연료는 반감기가 수만년으로 매우깁니다. 인류는 이 고준위 방사선 폐기물을 처리하기 위해 다양한 연구를 진행하고 있지만 결국 안전한 곳데 묻는 것 외에는 방법이 없는 상황이고 이런 고준위 폐기물을 묻을 수 있는 장소를 결정하고 건설하고 있는 나라는 핀란드가 있습니다. 핀란드는 세계 첫 핵연료 영구 처분장인 '온칼로'를 2025년부터 운영할 계획입니다.

기존 대형 원자력 발전 방식과 SMR의 구조적 차이. (출처 : SK)

◆SMR은

 

이런 문제들로 인해 기존의 원자력 발전에 대해서는 반대의 목소리가 커졌습니다. 독일의 경우 2011년 후쿠시마 원자력 발전소 사고로 탈핵을 결정한 이후 12년만인 2023년 4월 15일(현지시간) 가동 중이던 원전 3기를 중단시키며 모든 원전을 멈췄습니다. 하지만 안정적인 발전 방식을 포기한 독일은 러시아의 우크라이나 침공으로 촉발된 가스 수입난에 탈핵 반대목소리가 나오기도 했습니다.

 

SMR은 말그대로 모듈화된 작은 출력의 원자력 발전기를 통해 발전하는 방식입니다. SMR의 발전 용량은 300MWe 이하로 출력이 기존의 방식에 4분의1 수준입니다. 원자력 출력이 낮은 것에는 열을 빨리 식힐 수 있는 장점이 있다고 합니다. 그만큼 안전성도 확보할 수 있고 사고가 나도 위험지역이 수백미터에 불과해 피해를 최소화할 수 있습니다.

 

SMR의 특징은 핵심 장비가 원자로 안에 통합돼 있다는 점입니다. SMR은 자연대류만으로 노심을 냉각할 수 있다고 합니다. 이에 초고압수도, 대형가압기도, 외부 냉각수 배관도 필요하지 않습니다. 그렇기 때문에 바다나 강가 부지가 필요하지 않고 도서산간지역 등에도 설치해 사용할 수 있다는 장점이 있습니다.

 

SMR은 현재 경수로형과 액체금속 냉각제, 용융염 원자로 방식 등이 채택돼 연구되고 있습니다.

 

SMR은 기존 원자력 발전이 기저발전에 이용됐다며 신재생에너지를 보완할 수 있는 유연성 전원으로 역할을 할 것이라는 전망이 많습니다. 여기에는 출력이 낮기 때문에 기존 원자력 발전과 다르게 끄고 틀고가 용이하다는 특성도 작용합니다.

 

SMR을 개발하고 있는 유명 기업에는 뉴스케일파워와 빌게이츠의 테라파워, 엑스에너지, USNC 등이 있습니다.

 

인류는 현재 문명을 발전시킨 대가를 받고 있습니다. SMR이 이 기후위기를 해결하는데 일조를 하게 될 지 향후 관심을 가질 필요가 있어보입니다.

(출처 : 테라파워)