편집자 주:

아래의 칼럼은 미국 원자력규제위원회의 의장을 지낸 전문가가 작성한 내용으로, 장래에 안전한 원자력기술의 혁신을 위하여 긴호흡의 장기적 R&D 투자는 당연히 의미가 있지만, 당장 다가오는 10~20년 내의 기후재앙을 대처하기에는 경제성도 없고 근본적으로 시간이 없다는 점을 누누이 강조하고 있다. 아래 언급하고 있듯이 기술개발의 현실적 장애에 더하여, 아직 완벽한 안정성을 보장할 수 없는 솔루션에다 더구나 예상을 뛰어넘는 급변의 기후재앙을 통제할 대책이 없다는 점에서, 인구조밀지역인 한반도에 원자력을 추가로 건설해야 한다는 일부 정치집단의 주장은 한마디로 수백만의 생명이 죽어도 상관없다는 무책임한 협박에 다름이 아니다. 현시점에서 원자력 추가건설은 무조건 중단되어야 한다. 오히려 에너지 절약이 정답이다.

지구를 지켜내기 위한 에너지 부문의 탄소 중립 계획과 관련하여 인류는 낭비할 시간이 거의 없습니다. 전문가들은 탄소중립을 실현하는 것이 해수면 상승, 가뭄, 화재, 극단적인 기상현상, 해양산성화 등을 포함한 기후변화의 가장 놀라운 결과와 재앙을 예방하는 필수적인 조건이라는 데 전적으로 동의합니다.

이러한 위협으로 인하여 사람들은 석탄, 천연가스 및 석유와 같은 탄소를 배출하는 에너지원에 덜 의존할 수 있도록 하는 원자력발전의 잠재력, 특히 혁신적인 원자로 설계에 대한 새로운 관심을 불러일으키고 있습니다. 이런 배경으로 최근 몇 년 동안 첨단원자력의 설계는, 2006년 원자로 설계회사인 TerraPower를 설립한, Bill Gates와 같은 민간 투자자와 미국을 비롯한 국가와 정부의 집중적인 관심과 지원의 초점이었습니다.

이의 옹호자들은 원자력 에너지에 대한 새로운 혁신이 기술발전과 비용절감을 가져올 수 있기를 희망합니다. 그러나 기후변화 의 임박한 영향을 피하려면, 핵기술의 최첨단 혁신조차도 너무 작고 너무 늦다는 것이 분명합니다. 간단히 말해서 기존발전소와 건설중인 발전소의 경제성 동향을 고려할 때 원자력은 향후 10년 안에 기후변화에 긍정적인 영향을 미칠 수 없습니다.

새로운 고급설계의 엔지니어링으로 본격적인 프로토-타입을 개발하는데 걸리는 긴 소요시간과 원자력을 보다 경제적으로 경쟁력있게 만들기 위한 제조기반 및 실제수요를 구축하는 데 필요한 시간을 감안할때 원자력이 배출가스를 크게 줄이기 시작할 것 같지는 않습니다. 미국을 포함하여 전세계 어디에도, 20년 안에 탄소에너지의 발자국을 제거할 만큼, 원자력기술을 광범위하고 성공적으로 도입할 수 있는 수준까지 개발할 수 있는 국가는 없습니다.

버티기 고군분투

원자력은 현재 미국전력의 약 20%를 제공하지만 관련업계는 수십 년 동안 경제적으로 조업이 가능한 상태를 유지하기 위해 고군분투했습니다. 뉴욕의 인디언-포인트 발전소가 올해 4월 30일에 마지막 원자로를 정지시키면서 2013년 이후 12번째로 폐쇄되었습니다. 적어도 7개의 미국원자로가 2025년까지 추가로 폐쇄될 예정입니다.

2020년 10월 Lazard(세계적 자산투자기관)의 분석에 따르면 미국에서 원자력의 자본비용은 거의 모든 다른 에너지 생산기술보다 높습니다. 원자로를 궁극적으로 더욱 효율적으로 만들고 탄소배출을 줄일 수 있는 다른 형태의 에너지 생산과 비교하여 경쟁력 있게 만들기 위한 여러 노력이 진행 중에 있습니다만, 그러나 이러한 노력은 고유한 일련의 물류 및 안전규제라는 장애물에 직면해 있습니다.

미국, 프랑스, 일본 및 기타 여러 국가에서 현재 가동 중이거나 건설중인 발전로는 모두 저농축 우라늄 연료로 동력을 공급받고 물을 사용하여 냉각 및 “감속”하는 발전소인 경수로의 변형입니다. 물을 사용한 “Modulation”기능으로 우라늄 연료에서 추가 핵분열을 일으킬 가능성을 개선하기 위해 핵분열 반응에서 방출되는 중성자의 에너지를 줄입니다. 캐나다는 약간 농축된 우라늄 연료를 사용하고 수소 동위원소의 일종인 중수소를 포함하는 중수로 냉각 및 조절 원자로를 운영합니다. 영국은 단일 경수로와 가스냉각식 원자로를 운영하고 있습니다. 이러한 유형의 원자로는 모두 600~1,200 메가와트의 전력을 생산할 수 있는 대형규모의 원자로입니다.

새로운 원자로 제작사들은 원자로를 보다 작게 만들고 다양한 유형의 연료, 냉각제 및 감속재를 사용할 것을 제안합니다. 이러한 새로운 설계 중 하나인 NuScale 원자로는 77 메가와트의 전기를 생성할 수 있는데, 수동적 안전기능을 강조하는 소형경수로가 미국의 원자력규제위원회 (Nuclear-Regulatory-Commission)의 인가절차 중에 있습니다.

NuScale설계의 첫번째 고객은 Utah주의 Associated Municipal Power Systems이며, 2027년까지 Idaho에서 발전소운영을 시작할 계획 입니다. 미국 에너지부는 13억 5500만 달러의 보상예산으로 상기 프로젝트를 지원했습니다.

NuScale은 혁신적인 신규 원자로설계 공급업체가 라이선스 프로세스에 참여할 수 있음을 보여주었습니다. 다른 국가들의 승인과정에도 커다란 영향을 미칠 미국 원자력규제 위원회(Nuclear Regulatory Commission)는 상기 특이한 설계의 일부를 허가하기 위해 별도의 새로운 규정을 마련하기위해 노력 중에 있습니다. 그러나 원자력발전의 자본비용은 거의 모든 다른 에너지 생산기술보다 매우 높습니다.

NuScale사의 나트륨냉각 고속원자로는 기존의 다른 원자로설계보다 승인과정에서 앞서 나아가고 있습니다. 이 회사는 원자력발전의 성배로 평가되는 ‘사용하는 것보다 더 많은 연료를 생성하는’ 설계개념을 사용합니다. 그러나 지난 60년 동안 8개 국가가 1,000억 달러이상의 비용으로 이러한 유형의 원자로의 여러 버전을 건설했지만, 경쟁력있게 전기를 생산할 만큼 신뢰성이 입증된 국가는 아직 없습니다.

그럼에도 불구하고 미국의 에너지부는 GE-히타치 및 테라파워와 함께 아이다호 국립 연구소에서 건설할 다목적 시험원자로를 위한 상기의 설계를 승인했습니다. 비용이 30억~60억 달러로 추산되는 다목적 시험원자로는 2026년까지 연료시험을 시작할 예정입니다.

다른 스타트업 벤처기업들도 두 가지 대안적 디자인을 고려하여 왔습니다. 첫 번째는 용융염 원자로를 위한 것으로, 그 중 몇 개는 작동 중에 있습니다. 이들은 종종 리튬 또는 베릴륨과 혼합되는 불화물 또는 염화물의 염을 사용합니다. 더 유망한 것은 냉각재로 헬륨을 사용하고 감속재로 물대신 흑연을 사용하는 고온가스 원자로입니다. 미국은 1960년대와 1980년대 사이에 이런 류의 원자로 2기를 건설하고 운영하여 왔습니다. 중국, 독일, 일본은 모두 고온가스 원자로의 시험버전을 건설하고 운영하고 있습니다.

다른 주요 과제는 이러한 새로운 원자로가 새로운 연료를 사용해야 한다는 점입니다. 이 연료는 사용허가를 받아야 할 뿐만 아니라 사용 중 생산, 관리, 사용 후 저장 및 폐기해야 합니다. 일부 새로운 원자로설계는 현재 미국이 생산할 수 있는 능력이 거의 없는 우라늄의 고농축을 필요로 하는 연료의 사용에 의존합니다. 고농축 연료는 핵무기 확산에 대한 우려를 불러일으켰고 국제적 안전장치가 필요합니다.

이러한 까다로운 연료공급의 문제가 해결될 수 있다고 해도 비전통적인 원자로 설계는 심각한 건설문제에 직면해 있습니다. 새로운 고급설계의 대부분은 수익성을 달성하기 위해 적절한 부지와 효율적인 건설의 가용성에 의존합니다. 그러나 원자력 산업은 기나긴 건설시간과 비용초과에 시달리고 있습니다. 1979년 쓰리마일 아일랜드 사고 이후 미국에서 대부분의 원자로 건설기간은 10년을 넘어섰고 건설비용은 무섭게 치솟았습니다.

원자력 혁신으로는 지구를 구할 시간이 충분하지 않습니다

조지아의 Vogtle 공장은 미국에서 유일하게 건설중인 신규원자로입니다. 이 발전소의 원자로 2기는 초기가격이 140억 달러였으며 건설 5년 후인 2016년과 2017년에 조업을 시작할 예정이었습니다만, 현재까지 여전히 건설진행 중에 있으며, 2022년까지도 발전조업을 시작하지 못할 수 있고 최종 비용은 250억 달러에 달할 것으로 예상됩니다.

최근 유럽의 새로운 건설경험도 비슷합니다. 프랑스의 EPR 원자로설계는 프랑스와 핀란드 모두에서 여러 차례 지연과 막대한 비용초과를 경험했습니다. 이러한 대형 프로젝트는 프로그램 관리, 품질관리 및 규제문제에 있어 오랜 지연을 초래하는 문제에 직면해 있습니다.

미국도 이런 문제에 예외가 아닙니다. 전세계의 원자로는 노후화되고 있으며, 대부분의 경우 가동이 중단되었지만 신규의 교체가 제대로 이루어지지 않고 있습니다. 예를 들어 2019년에는 6개의 원자로가 가동을 시작했고 13 개의 원자로가 폐쇄되었습니다. 2020년 기준으로 전세계에 가동중인 원자로 408기의 평균 연령은 31년이며 이중 81기는 41년 이상입니다.

이러한 모든 이유 때문에 원자력은 기후변화에 대한 단기 또는 중기적 대책이 될 수 없습니다. 더욱 안전하고 효율적이며 비용이 경쟁력 있는 원자로를 건설하는 데 얼마나 많은 경제적, 기술적, 물류적 장애물이 존재하는지 종합적으로 감안할 때, 원자력 에너지가 기후변화의 최악의 영향을 방지하기 위해 필요한 온실가스의 배출량 감소수준을 달성하기에는 신속한 진행이 가능한 다른 형태의 발전방식을 대체할 수 없을 것입니다.

물론 원자로설계 및 핵연료의 혁신은 여전히 상당한 연구와 정부지원을 받을 가치가 있습니다. 한계에도 불구하고 원자력은 여전히 탄소배출량을 줄일 수 있는 잠재력이 있으며 이는 평가할 일입니다. 그러나 지구를 구할 수 있다는 원자력의 능력에 대한 근거없는 고집 대신에, 우리는 진정한 위협인 기후위기에 초점을 맞출 필요가 있습니다. 그리고 우리는 시간이 너무나 부족하기 때문에 지금부터 10년이나 20년 이후가 아니라 당장 사용이 가능한 비탄소방출(재생) 에너지기술에 대한 강력한 정부지원이 필요합니다. 1분도 지체할 수 없습니다.

출처: Foreign Affairs(포린어페어) on 2021-07-08.

Allison Macfarlane

브리티시-컬럼비아 대학교 공공정책 및 국제문제학부의 교수 겸 이사직을 맡고 있다