미국의 에너지부 원자력국은 이달 초 앞으로의 원자력 정책과 목표를 제시하는 ‘전략 비전 보고서’를 발표했다. 핵심을 요약하면 無탄소 배출 목표를 달성하기 위해서는 원자력이 꼭 필요하다는 것이다. 기존 운영 원전의 계속 운전을 이뤄내기 위한 지원을 하고 차세대 원전으로 분류되는 첨단 원자로 기술 개발에 앞장서겠다고 했다. 연료주기에 필요한 서플라이 체인의 공백 상황을 해결하고 국제사회에서 원자력계의 리더라는 지위를 되찾아오겠다고 했다. 지금 행동에 나서지 않으면 중국과 러시아 등 국가에 원전 시장을 통째로 빼앗길 것이라고 했다. 원전이 얼마나 많은 혜택을 인류에 주고 있는지도 자세히 알 수 있는 보고서다.
한국의 문재인 정권 및 민주당은 이러한 세계적 추세와 정반대의 길을 가고 있다. 원전에 대한 이해가 없는 언론이 ‘방사성 삼중수소 유출’이라는 터무니없는 괴담을 퍼나르며 탈원전 정책의 도우미 역할을 하고 있다. 이는 조금만 생각하면 금방 이해가 될 괴담이다. 월성 원전에서 근무하는 사람들은 이렇게 피폭(?)을 당하면서도 애사심(?), 혹은 돈 때문에 참고 일하고 있다는 건가?
문재인 정권의 탈원전 정책은 세계 1위인 한국의 원전 산업을 송두리째 흔드는 행위다. 현재 원전을 만들고 수출할 수 있는 국가는 미국, 프랑스, 한국, 일본, 중국, 러시아 정도다. 그러나 미국은 1979년 스리마일 원전 사고 이후 약 30년 동안 원전 건설을 하지 않았다. 30년 넘게 근무한 원자력 전문가들이 있기는 하겠지만 원전은 계속 지어야 기술을 유지할 수 있는 것이라고 업계 관계자는 설명했다. 또한 서플라이 체인, 즉 건설을 위한 공급망이 30년 동안 완전히 붕괴됐다. 건설에 필요한 부품과 장비들을 구할 회사들을 처음부터 다시 알아봐야 한다는 것이다. 미국 회사들이 요즈음 원전을 짓고는 있는데 계속 문제가 발생해 완공이 지연되는 것도 이 때문이다.
일본은 어떨까? 후쿠시마 사고로 인해 일본의 원전을 수입하려는 곳은 없다. 러시아와 중국의 원전 산업은 빠르게 성장하고 전세계의 시장에서 차지하는 비중을 늘리고 있다. 이들 국가는 공산국가 특성을 활용, 정부의 지휘 하에 기업들이 총동원된다. 시간 단축에 유리한 것이다. 중국과 러시아의 확장성에도 어려움은 있다. 親美 국가로 분류되는 국가들은 미국의 눈치를 보기 때문에 이들을 선택하지 못한다. 개발도상국 등이 현재 원자력 발전 도입을 시도하고 있다. 대다수는 친미 국가로 분류된다.
그렇다면 남은 것은 프랑스와 한국이다. 프랑스도 훌륭한 원전을 지을 수는 있지만 규제가 까다롭다는 문제가 있다. 건설이 오래 걸린다. 이 때문에 비용도 더 많이 든다. 그렇다면 남아 있는 국가는 거의 한국밖에 없다. 한국은 공산국가는 아니지만 원자력 산업을 사실상 정부가 운영한다. 이명박 전 대통령이 아랍에미리트 바라카 원전 때 했던 것처럼 ‘행동 개시’를 명령하면 공기업부터 각종 민간 중공업 회사, 작은 부품을 납품하는 중소기업들이 총동원돼 후딱 원전을 짓는 것이다. 업계에선 이를 흔히 ‘팀 코리아(Team Korea)’라고 부른다. 국제시장에서 엄청난 잠재력을 갖고 있는 한국의 원자력 기술을 포기하는 게 얼마나 큰 경제적, 사회적 피해인지는 조금만 생각하면 쉽게 알 수 있을 것이다. 참고로 한국과 같은 조그마한 나라에서 원전도 없애고 석탄 발전소도 없애면서 무탄소 시대를 열겠다는 주장은 선동 수준이 아니라 그냥 공상소설이다.
천연가스를 사용하면 석탄보다 탄소배출을 50% 정도 줄일 수 있다. 신재생과 천연가스 확대로 탈원전과 탈석탄의 비중을 대체하겠다는 게 정부 방침이다. 이 역시도 말장난이다. 탄소배출 50%를 줄인다는 뜻은 석탄으로 100이 나오면 천연가스는 50이 나온다는 얘기다. 원자력은 0인데 천연가스로 50을 만들면서 ‘그래도 줄였으니 좋은 게 좋은 것’이라는 조삼모사(朝三暮四)식 말장난이다. 미국은 한국보다 천연가스가 훨씬 저렴한데도 원자력이 필요하다는 입장이다. 가스 및 신재생으로 대체하는 비용은 모두 국민이 부담해야 한다.
오늘은 첫 번째 순서로 미국 에너지부의 원자력 전략 비전 목표인 ‘기존 운영 원전 계속 운전’ 관련 부분을 전문(全文) 번역해 소개한다. 보고서는 원자력의 중요성을 호소하는 원자력 담당 차관보의 글로 시작된다.
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에너지부 원자력국 전략 비전
Rita Baranwal 원자력 담당 차관보
원자력은 현재 가장 견고하고 환경적 지속가능성을 갖고 있으며 안정적인 에너지 자원 중 하나다. 원자력은 전세계의 에너지 중 10%를 차지하고 있으며 탄소 배출이 없는 에너지 전체의 30%를 차지한다. 미국의 경우는 이 수치가 더 높다. 원자력은 미국의 전체 에너지 생산량의 약 20%를 담당하며 전체 청정에너지에서 차지하는 비율은 55%에 달한다. 또한 50만 명의 일자리를 제공하고 있다.
이런 장점에도 불구하고 미국의 원자력 산업은 여러 도전을 겪고 있다. 시장 상황 악화에 따라 원전들이 조기폐쇄 조치를 당하고 있고 서플라이 체인이 약화되고 있다. 러시아와 중국과 같은 국가들은 원자력 기술을 수출하는 부문에 있어 앞서나가고 있다. 이 기술은 미국이 처음 개발한 것임에도 불구하고 말이다. 다른 국가들이 원자력을 추진하고 사용하는 과정에 있어 미국의 영향력은 점점 줄어들고 있다.
전세계적으로 원자력의 사용이 증가하고 있다. 미국이 이 훌륭한 기술 부문에 있어 다시 리더가 될 수 있도록 하는 게 중요할 것이다. 미국에 있는 원전은 연간 5억 톤 상당의 탄소 배출을 절감하고 있다. 이는 길거리에서 1억 대의 차가 사라지는 것과 같은 수치다. 새롭게 개발되는 첨단 원자로 기술은 에너지를 많이 사용하는 제조업 부문의 탄소 배출 감축을 도울 수 있을 것으로 보인다. 또한 더 많은 사람들이 원자력 에너지를 사용할 수 있도록 할 것이다. 새롭게 부상(浮上)하는 이 시장을 통해 더 많은 미국인들을 위한 일자리와 견고한 경제, 탄소배출 절감, 그리고 더 건강한 환경을 만들 수 있게 된다.
지금은 이런 기술을 개발하고 실증, 실제로 건설에 나서야 할 시간이다. 에너지부의 원자력국은 이러한 원자력 기술을 실현하겠다는 약속을 지키기 위해 열심히 노력하고 있다. 이 전략 비전 보고서는 첨단 원자력 과학 및 기술을 통해 미국의 친환경, 경제성장 목표에 이바지하겠다는 우리의 임무에 대한 청사진을 담고 있다. 보고서에는 미국의 Nuclear Fuel Working Group이 “미국의 원자력 경쟁력 재건”을 통해서 제시한 권고사항을 에너지부의 원자력국이 어떻게 이행하려 하는지에 대한 내용도 포함돼 있다. 이런 목표를 추진하는 과정에서 원자력국은 지속가능하고 견고한 에너지 공급 방안을 계속 개발하고 있다. 이를 통해 미국의 경제를 키우고 미국을 더욱더 안전하게 만들 것이다.
개요
미국은 1940년대 후반 원자력을 통해 전기를 생산하는 부문을 개척했다. 그때부터 미국은 원자력 부문에서 앞서나가게 됐고 이를 통해 깨끗하고 안정적인 전기를 약 70년 동안 공급하게 됐다. 미국의 원자력 발전소는 미국에서 생산되는 전체 에너지의 20%를 담당한다. 매년 수백만 톤의 이산화탄소 배출을 절감하면서 말이다. 이는 가장 깨끗하고 탄소를 배출하지 않으며 가장 안정적인 에너지 자원일 것이다. 설비 이용률은 93%에 달한다.
하지만 미국의 많은 원자력 발전소들은 경제적 어려움을 겪고 있고 설계 수명 막바지에 도달하고 있다. 기존의 원전을 새로 건설하는 일에는 비용과 시간이 많이 들어간다. 우리는 첨단 원자로 설계를 빠른 시간 안에 실현해 청정에너지를 공급하고 시장의 기회를 확장해야 한다. 미국의 핵심 사회기반 시설과 서플라이 체인 역량을 잃어버리기 전에 말이다.
원자력국은 이런 어려움을 해결하는 데 있어 핵심 역할을 담당하고 있다. 우리는 에너지 부문의 연구 개발(R&;D)을 담당하는 부서로서 혁신적인 일들을 실현하고 사회기반시설 관련 독특한 연구를 지원하며 원자력 산업 부문이 겪고 있는 문제들을 해결하고 있다. 원자력국은 민간 기업과 민간 이해당사자들이 비용, 규모, 시간 때문에 하지 못하는 R&;D 부문에 대한 투자를 진행하고 있다. 산업계와 학계, 국립연구소의 세계적 전문가들에게 기회를 줘 과학적, 기술적 도전과제를 해결하도록 하고 있다. 민관(民官) 협력과 미국 국립연구소들의 장점을 활용, 원자력의 가격 대비 성능을 강화하고 첨단 원자로 개발을 촉진하며 핵연료 주기의 지속가능성을 키우고 있다. 또한 더 견고한 서플라이 체인을 만들고 원자력 노동시장을 강력하게 하기 위한 노력을 하고 있다.
이 전략 비전은 원자력국이 원자력 과학 및 기술을 키워 미국의 에너지, 환경, 경제 수요를 달성하겠다는 임무를 달성하기 위한 청사진이다. 원자력국은 원자력 부문의 도전과제를 해결하기 위한 다섯 가지 목표를 특정했다. 첨단 기술의 실현을 돕고 혁신을 이뤄내는 과정에서의 정부의 역할을 극대화하는 방안이다. 모든 목표는 성공에 도달하기 위한 진행 계획과 업무 수행 과정 등에 대한 성과 지표를 담고 있다.
원자력국은 이런 목표를 추진하는 과정에서 관련된 이해당사자와 정부 기관, 핵안보실 등과 협력해 나갈 것이다. 이는 비확산 및 국가 안보 문제에 악영향을 끼치는 것을 막기 위함이다. 목표를 달성하기 위해서는 정부와 산업계, 학계, 국립연구소들의 조율된 노력이 필요할 것이다.
목표 1: 기존 운영 원자로의 계속 운전
미국은 전세계에서 가장 큰 규모의 원자력발전소를 운영함에 따라 많은 혜택을 받고 있다. 현재 28개의 주에서 94개의 원자로가 운영되고 있다. 이들 원자로는 매년 시간당 8000억KW의 전기를 생산하고 있으며 미국 청정에너지의 절반 이상을 차지한다.
기존 원자로가 생산하는 무탄소 전력을 유지하는 것은 에너지 부문에서의 탄소 배출 절감을 위해 매우 중요하다. 원자력국은 이 목표를 달성하기 위해 기존 원전의 수명을 유지하고 연장하기 위한 연구를 지원하고 있다. 또한 이들의 성능과 효율성을 개선하고 첨단 연료 기술을 개발하며 전기 부문 이외의 시장으로 확대해나가는 것을 돕고 있다. 이런 부문에서 개선이 이뤄지면 운영 비용이 크게 줄어들고 기존 원전의 경제적 경쟁성을 개선하며 이들의 운영 연장을 도울 것이다.
목표 1 성과 지표
1. 2022년: 어느 정도 규모의 실험용 수소 발전 시설 실현
2. 2025년: 미국 상업 원전의 연료를 사고저항성핵연료(Accident Tolerant Fuel)로 교체하기 시작
3. 2026년: 운영 원전의 digital reactor safety system 도입을 위한 기술적 절차 및 승인 절차 완료
4. 2030년: 사고저항성핵연료가 광범위하게 사용되도록 하는 방안 달성
2. 2025년: 미국 상업 원전의 연료를 사고저항성핵연료(Accident Tolerant Fuel)로 교체하기 시작
3. 2026년: 운영 원전의 digital reactor safety system 도입을 위한 기술적 절차 및 승인 절차 완료
4. 2030년: 사고저항성핵연료가 광범위하게 사용되도록 하는 방안 달성
목적 1: 운영 비용 절감을 위한 기술 개발
지난 십여 년 사이, 여러 원자력 발전소가 어려운 시장 여건으로 인해 기존에 승인된 수명 이전에 조기폐쇄하게 됐다. 원전들이 폐쇄함에 따라 이들이 생산하던 에너지는 탄소 배출이 더 많은 에너지 자원을 통해 대체됐다. 이는 무탄소 에너지 공급을 하는데 있어 위협이 된다. 또한 미국이 원자력 부문에서 리더십을 유지하고 첨단 원자로 건설을 실현하는데 필요한 사회기반시설과 역량, 서플라이 체인에 대해서도 위협이 된다.
원전 운영사들의 계속 운전 결정은 궁극적으로 경제적 상황에 달려 있다. 그렇기 때문에 원자력국은 원전 시설의 시스템을 현대화하는데 들어가는 기술적, 규제적 부담을 줄이기 위해 노력하고 있다. 또한 위험 요소들을 분석하고 새로운 사고저항성핵연료를 개발하고 있다. 이 모든 것은 운영 비용을 감축하고 성능을 개선하기 위함이다.
원자력 발전소들은 포괄적인 현대화 작업을 통해 운영 비용을 절감할 수 있다. 산업계의 많은 분야들 역시 이들의 시설을 주기적으로 개선하고 현대화한다. 새로운 시장 여건에 맞춰 변화를 주고 디지털 기술을 적용하는 것이다. 반면 기존 운영 원전은 40년이 넘은 기술을 그대로 사용하는 경우가 많다. 원자력국은 운영의 효율성을 개선하기 위한 첨단 디지털 기술을 개발하고 배치하기 위한 연구를 진행 중이다. 원자력국은 디지털 기술의 도입을 막는 기술적, 규제적 장벽에 대한 문제를 해결하려 하고 있다. 궁극적으로 이는 기존 원전의 운영 비용을 절감하고 효율성을 늘리게 만들 것이다. 원자력국은 기존 원전이 2026년까지 digital reactor safety system을 성공적으로 구축할 수 있도록 기술 작업, 인허가 작업을 완료할 계획이다.
원자력 발전소는 시설 현대화에 추가로 안전 체계를 개선함에 따라 비용을 절감할 수 있다. 역사적 측면에서 봤을 때 원전은 아주 드문 긴급한 상황이 발생했을 시 사람들의 건강과 안전을 지키기 위해 여러 개의, 혹은 중복되는 안전 체계를 유지하고 있다. 너무 보수적인 운영 규정은 혜택도 없이 비용만 들어가는 것이다. Risk informed systems analysis를 사용하면 어느 부문에서 비용과 효율을 개선할 수 있을지 알게 된다. 기술 및 운영 과정에서의 안정성을 해치지 않는 범위에서 말이다. 원자력국은 국립연구소들의 계산 기술을 활용, 관련 자료를 제공할 계획이다. 원전 운영사들이 시설 설계를 개선하고 운영 실적을 개선하며 기존의 안전성도 유지하도록 할 것이다. 이를 통해 비용은 크게 절감될 것이다.
원자력국은 새로운 사고저항성핵연료를 개발 중이다. 이는 효율성과 성능을 개선하고 운영 비용을 줄일 수 있게 할 것이다. 이런 연료는 핵분열 생성물을 유지하는 것을 도우며 방사선과 오염, 고온에 대한 저항력이 더 크다. 이런 사안들은 수소가 누적되는 것을 방해한다. 사고저항성핵연료는 더 오랫동안 사용할 수 있다. 연료주기를 1.5년에서 2년으로 늘릴 수 있을 것으로 보인다. 필요한 연료의 양을 약 30% 줄이는 효과를 낼 수 있다. 이는 핵폐기물과 사용 후 핵연료의 양을 줄이는 효과로 이어질 것이다. 또한 원전의 수명 내내 연료에 들어가는 비용을 줄일 수 있게 된다.
원자력국은 사고저항성핵연료 개발을 위해 업계 파트너들과 계속 협력해나갈 계획이다. Framatome, GE, Westinghouse가 현재 원자력국 및 국립연구소와 함께 2025년까지 새로운 연료를 상용화하는 작업을 하고 있다. 원자력국은 방사선 및 안전 실험을 하고 있으며 기존의 모델을 고도화해 이들 회사들이 원자력규제위원회(NRC)의 승인을 받을 수 있도록 도울 계획이다. 원전 업계는 2025년 전에 기존 연료를 사고저항상핵연료로 교체하기 시작할 것이다. 이를 통해 2030년까지 미국의 상업 원전 대부분에서 새 연료를 사용하도록 하겠다는 목표를 갖고 있다.
목적 2: 전기 부문 이외의 시장 개척
시장 가치가 떨어지고 천연가스 가격이 역대 최저로 떨어짐에 따라 원전 업계가 시장 경쟁성을 갖추는 것이 어려워졌다. 기존 원전은 방대한 양의 에너지를 생산하도록 설계됐고 계속 운전을 함에 따라 효율성도 가장 높다. 다른 에너지 자원으로 더 많은 전기를 생산하면 원전이 전기 발전에 필요하지 않은 에너지를 생산하는 것이 된다.
이는 원전 업계에 큰 기회다. 원전에서 추가로 생산된 에너지는 담수화 시설의 식수를 만드는 작업, 교통 및 산업계에 필요한 수소 생산, 화석 연료를 정제하는 작업 등에 사용될 수 있다. 이런 산업에는 에너지가 많이 소요된다. 미국에서 발생하는 탄소 배출에서 큰 비중을 차지한다. 기존 원전의 운영을 연장, 이런 산업을 지원하면 원전 시설들의 수익도 늘어날 것이다. 또한 업계에서 발생하는 탄소 배출도 크게 줄일 수 있다.
수소 생산이 특히나 핵심 기회이다. 현재 수소는 석유 정제와 암모니아 생산에 주로 쓰인다. 하지만 철강 제조와 자동차 동력, 바이오연료 개선 등에 따른 수요가 증가하고 있다.
원자력 발전소는 여러 방법으로 수소를 생산할 수 있다. 지속적으로 발생하는 열에너지와 생산되는 전력의 장점을 극대화할 수 있다. 원전들은 고급 증기를 천연가스 보일러보다 저렴한 가격에 생산할 수 있다. 이는 증기 메탄 개질 산업 등 많은 산업에 사용될 수 있다. 고급 증기가 분해돼 수소와 산소를 갈라지게 한다면 원자력이 필요하다는 주장에 더욱 힘이 실릴 것이다. 이는 탄소를 전혀 배출하지 않는다. 전기차와 바이오연료 개선, 합성 연료 생산 등 친환경적인 부문에 새로운 장을 열게 될 것이다.
원전 운영사들은 깨끗하고 안정적인 전기를 공급하는 것에 추가로 수소를 상품으로 팔 수 있게 된다. 이 새로운 수익 구조를 통해 미국의 원전들이 운전을 계속할 수 있는 경제성을 갖추게 된다. 수소 상품을 탄소 배출을 줄이려고 하는 여러 주와 국가에 판매, 시장 가치를 키울 수 있다.
원자력국은 2022년까지 기존 원전을 통한 상당한 규모의 수소 생산 실험 시설을 실현하는 일을 지원할 것이다. 이 실험 시설은 주기적 운영을 통해 데이터를 수집할 것이고 이를 통해 다른 원전들이 수소 생산 역량을 확보하는 것을 도울 것이다.
목적 3: 기존 운영 원전의 계속 운전을 위한 과학적 근거 제시
NRC는 상업용 원전의 초기 건설 당시 40년 운전을 할 수 있도록 하는 라이선스를 발급한다. 원전은 이후 한 번에 20년씩 운전 연장을 신청할 수 있다. 미국의 대다수 원전은 운전 연장을 한 번은 했다. 미국의 원전 50%는 2040년까지 라이선스 연장을 받아야 하는 상황에 닥치게 된다.
기존 원전들이 60년 이상 운전을 하지 않을 경우 원자력을 통한 에너지 공급은 급격하게 줄어들고 무탄소 전력의 공급을 위험에 빠뜨리게 된다. 이런 이유로 기존 원전이 계속 운전을 할 수 있도록 하는 게 매우 중요하다. 원자력국은 원전 운영사와 함께 미국의 원자력 자산을 오랫동안 유지해가기 위한 기술 등 핵심 사안들에 대한 문제를 해결해나갈 것이다.
원전에 필요한 시스템과 구조, 부품들은 극한의 환경에서 살아남아야 한다. 대다수의 부품들은 고온, 압력, 진동, 또한 강한 중성자장을 견딜 수 있어야 한다. 우리는 이런 부품들이 어떻게 하면 원전에서 60년 이상 작동할 수 있을지에 대한 부분을 잘 이해하고 있다. 하지만 60년 이상 작동하기 위해서는 원전 운영사들이 이들 부품이 운전 환경에서 안전하고 효율적으로 작동한다는 점을 증명해야만 한다. 원자력국과 Electric Power Research Institute의 연구에 따르면 사전 대비 차원의 감시와 정비가 이뤄지면 60년 넘게 작동하는데 있어 기술적 한계는 없다.
8곳의 원전이 이 연구 결과를 이용, NRC에 80년까지 운전할 수 있도록 요청하는 라이선스 연장 신청을 했다. 이중 4곳은 이미 승인을 받았다. 현재 미국 전체 원전의 20% 이상인 20개의 원전이 80년 동안 운전할 계획을 갖고 있다. 더 많은 원전이 현재 승인 기간의 만료가 다가옴에 따라 라이선스 연장 신청을 할 것으로 보인다. 원자력국은 향후 10년간 업계 관계자들과 함께 더 많은 원전의 계속 운전을 위한 라이선스 연장을 위한 기술적 근거를 제공할 것이다.
에너지부와 국립연구소는 세계에서 인정받는 이론 및 기술적 경험, 그리고 실험 경험을 갖추고 있다. 이를 활용해 기존 원전이 60년 이상 운전해도 안전하다는 것을 증명하기 위한 과학적 근거와 자료를 만들고 실험을 이어갈 것이다. 이런 역량을 통해 정부는 기존 원전이 계속 운전을 할 수 있도록 만들어 나갈 계획이다. 부품들이 오랫동안 사용됐을 시 어떻게 되는지에 대한 심도 깊은 이해를 갖추는 것은 현재 개발 중인 첨단원자로 기술에도 도움이 될 것이다.(계속)
