미래 차세대 소형원자로 ‘SMR’

“초격차 기술 선점, 미래 Gen-Ⅳ SMR 시장 주도권 확보해야”

전 세계 원자력 다시 부각

박성중 국회의원(국민의힘)이 지난 8월 29일 국회의원회관 제1소회의실에서 ‘세계 제4세대 소형원자로 개발 동향 및 국내 개발 전략’을 주제로 한 ‘미래 차세대 소형원자로SMR) 비전 세미나’를 주최했다.

박성중 국회의원은 개회사를 통해 “이제 원자력이 전기만 생산하는 것이 아니라 수소를 만들고, 해수를 담수화하고, 배를 움직이고 우주선도 추진할 것이라고 한다. 크기도 대형 플랜트부터 수송수단에 실을 수 있는 초소형까지 다양한 옵션들이 제시되고 있다”고 전했다.

그에 따르면 과거 이승만 대통령은 ‘우라늄 1g으로 석탄 3톤의 에너지를 만들 수 있다’는 조언을 듣고, 자원이 빈곤한 나라에 원자력을 도입했다. 1950년대 우리나라의 경제력을 생각할 때, 실로 과감하고 위험을 감수한 결정이었을 것이다.

그렇게 시작한 원자력은 저렴한 전력생산을 통해 경제성장과 에너지안보의 기반이 되었을 뿐만 아니라 우수한 이공계 인재와 연구소들을 탄생시킨 모태가 됐다. 이제 우리는 다시 한 번 과학기술을 통해 우리나라를 도약시킬 중대한 전환점에 서 있다.

원전시장, 첨단전략기술 확보 필요

최근 심각해지는 기후변화 위기에 맞서 전 세계적으로 원자력이 다시 부각되고 있다. 그러나 지금까지 우리가 알던 모습이 이난 다양한 확장성과 잠재력을 가진 첨단기술의 모습을 하고 다가오고 있다.

미국, 러시아, 중국 등 원자력 강국들은 원전시장과 첨단전략기술 확보를 위해 첨단원자력기술 개발에 적극 나서고 있다. 우리나라도 이미 기업들이 움직이고 있다.

박성중 국회의원은 “국내외 소형모듈원자로(SMR) 사업에 관심을 보이며 발 빠르게 투자처를 찾고 있다”며 “차세대 원자력 기술을 통해 우리나라를 도약시킬 국가적인 비전과 전략, 이를 위한 산관학연의 역량 결집이 필요한 때”라고 말했다.

전문가들은 국내의 우수한 원자력 분야 기초 기반기술과 원전산업 경쟁력을 바탕으로 첨단원자로 개발을 통해 미래 원전시장 선점과 전략기술 확보가 중요하다고 입을 모았다.

또한 소형모듈형원자로(SMR) 등 새로운 원자력기술의 특성을 감안한 규제혁신, 정부의 과감한 R&D 지원과 정책목표 제시를 통한 초기시장 창출, 기업투자를 통한 효율성과 경제성 향상, 우수한 이공계 인재 육성 등도 논의됐다.

GIF '제4세대 원자력시스템 공동 연구개발'

이날 발제자로 나선 백종혁 한국원자력연구원 미래전략본부장(GIF정책그룹 한국대표)은 ‘제4세대 원자력시스템 국제포럼(GIF) 현황에 대해 전했다.

백종혁 본부장에 따르면 GIF(Gen-Ⅳ International Forum, 제4세대 원자력시스템 기술을 공동으로 연구개발하기 위해 설립한 참여 국가 간에 법적 구속력이 적용된 다자간 국제공동연구개발 체제)의 결성 배경은 에너지원으로 원자력의 지속가능에 대한 기술 공급국가 간의 공감대 형성(경제성, 자원의 최적 이용, 안전성, 폐기물 최소화, 핵 확산 저항성, 사회적 수용), 혁신적인 신 기술개발에 수반되는 위험부담 경감을 위한 협력 이점 인식(기술/시장의 불확실성 및 재정(기술개발비) 위험(Risk) 감소), 미래 에너지 수요문제 대응 및 기술 활용의 세계화 추구(미래의 급격한 에너지 소비증가에 대한 국제 공동협력 대응) 등이다.

2000년대 초 한국·미국·일본·프랑스 등 원자력 이용국(9개국)들은 미국 워싱턴DC에서 대표회의를 개최, 3세대 원자력의 한계를 극복한 미래 원자력시스템을 ‘제4세대 원자력시스템(Gen-Ⅳ)'이라 명명하고 이를 개발하기 위한 GIF(Generation-Ⅳ International Forum)을 결성하기로 합의했다.

이어 2001년 GIF 헌장(Charter) 서명 및 GIF 정책그룹(Policy Group)을 결성하고, OECD/NEA에 기술사무국 역할을 위임했다. 또 2005년 기본 협정(FA, Framework Agreement)이 발효되고, 2006년 시스템 별 공동연구 약정(SA, System Arrangement) 체결 후 본격적인 공동연구에 착수했다.

한국, GIF 창설 회원국 자격 획득

우리나라는 2005년 기본협정 발효(제4세대 원자력시스템의 연구 및 개발에 관한 국제협력을 위한 기본 협정, 조약 제1754호, 2005년 11월 28일 발효) 및 한국정부 GIF 기본협정(FA)에 가입해 창설 회원국 자격을 획득했다.

과학기술정보통신부는 2006년 SFR 및 VHTR 시스템약정(SA)에 가입하고, 연구프로젝트에 참여(KAERI)했다. GIF는 2015년 기본협정(FA)을 2025년까지 연장했고, 2016년 SFR 및 VHTR 시스템약정(SA)을 2026년까지 연장했다. 현재 14개 회원국 정부가 참여 중이다.

GIF 운영체계는 자국 연구개발 성과를 상호 공유하고 공동의 연구개발 목표를 달성하는 구조다. 정책그룹은 GIF 최고위원회, 정책결정 및 이행 책임, R&D 전략/우선순위 결정 등을 담당한다. 맡고 있다.

한국은 2019년부터 정책그룹(PG) 부의장국을 수행 중이다. 전문가그룹은 세부 그룹별 활동 현황 점검, R&D 협력방안 논의 등을 담당한다. 시스템운영위는 6개 노형별 연구개발을 총괄한다. 산업계자문패널은 산업계 관점에서 연구개발 자문을 담당한다.

Gen-Ⅳ 원자로 개발

Gen-Ⅳ 원자로의 개발 목표는 3세대 원자력의 한계를 극복한 미래 원자력시스템으로서 4대 기술 목표를 만족시켜 미래 원자력시스템의 신뢰(믿음)를 확보하는 것이다.

4대 기술 목표는 ▷에너지 공급의 지속성 확보(연로자원의 확보, 폐기물 발생의 최소화, 환경 부담 경감 등 지속성 확보) ▷원자력의 안전성 및 신뢰성 확보(일반 대중이 공감·안심하는 수준의 안전성과 신뢰성 확보) ▷높은 경제성 확보(현재 원전 및 타 발전원 대비 비용측면에서 경쟁우위 확보) ▷핵 확산 저항성 확보(핵물질 불법 탈취·전용·테러 예방 및 사이버보안 확보) 등이다. Gen-Ⅳ 원자로는 SFR(소듐냉각고속로), MSR(용융염로), GFR(가스냉각고속로), VHTR(초고온가스로), SCWR(초임계경수로), LFR(납냉각고속로) 등 6개 종류가 존재한다.

우리나라는 시스템협약(SA)을 통해 SFR 및 VHTR 공동연구에 참여 중이다. 주요국들은 SFR 및 VHTR 중심으로 대형 및 SMR 실증을 추진 중이다. 미국은 DOE 선진 원자로 실증 프로그램(ARDP)을 통해 민간기업 중심 Gen-Ⅳ SMR 실증을 추진 중이다.

러시아는 SFR(+LFR) 고속로 위주의 상용 원전을 건설·운영·계획 중이다. 중국은 2021년부터 HTR(HTM-PM)을 운영 중이고, SFR 실증로를 건설 중이다. 캐나다는 2018년 SMR 국가 로드맵을 통해 4개 주정부 연방정부와 공조해 SMR 실증사업을 적극 추진 중이다. 우리나라는 SFR, MSR, VHTR, LFR 등을 개발·추진 중이다.

백종혁 본부장은 “제4세대 원자로 역량을 기반으로 국가 성장 동력 확보를 위한 초격차 기술을 선점하고, 미래 신)시장(Gen-Ⅳ SMR) 선점을 위해 기술외교 활동으로 원자력 선도국 입지를 강화해 미래 Gen-Ⅳ SMR 시장의 주도권을 확보해야 한다”고 전했다.

울산 소형원전(SMR)의 비전

이덕중 UNIST 교수(원자력공학과)는 ‘납냉각고속로(LFR) SMR 개발현황 및 상용화 전략’에 대해 발표했다. 이덕중 교수에 따르면 LFR(Lead-cooled Fast Reactor)은 납(Lead)나 납·비스무스 합금(Lead-Bismuth) 액체금속을 냉각재로 사용하는 고속로로서, 사용 후 핵연료 재활용, 최종 방사능 저감, 수소생산, 선박추진, 공정열 생산 등에 활용된다.

기술적 특성의 경우 장점은 끓는점(∼1700℃)이 높고, 산소나 물과 반응 없이 안전성이 매우 높다. 최악 사고 시 납의 고화로 핵연료 및 방사능이 차폐되어 환경보호도 가능하다. 단점은 소력 핵잠수함 Alfa의 경우 구식 재료·센서 사용으로 고화 및 부식이 발생했다.

그는 울산과 초소형원전(MicroURANUS)에 대해서도 소개했다. 울산은 대한민국 산업 수도로서 2020년 8월 산업통상자원부로부터 ‘원자력 및 원전해체 에너지산업 융·복합단지’ 조성을 지정받았다. 울산광역시는 새로운 그린 에너지산업 육성 가속화가 필요하다며, UNIST의 초소형원전(MicroURANUS) 기술개발사업을 지원하고 있다.

또한 울산의 융·복합 그린 에너지 구현은 ▷초소형원전(MicroURANUS)+해양 수전해(Electrolysis) 수소생산 플랜트를 통한 그린수소 생산 ▷초소형원전(MicroURANUS)+전기추진시스템(Electric Propulsation System)을 통한 무탄소 추진선박 개발 등으로 요약된다.

이덕중 교수는 “울산 융·복합 그린에너지 산업의 비전은 조선, 운송, 화학 산업의 탈산소와 혁명”이라며, “울산광역시의 목표는 세계 최고 성능의 초소형원자로(MicroURANUS)의 상용화로 청정에너지 생산 산업의 선도도시를 구현하고, 원자력 그린수소 생산 및 e-Fuel, 생산 기술로 그린에너지 산업 생태계를 조성하고, 원자력 추진 선박 등 첨단기술 산업을 창출해 조선해양 일등국 지위를 강화하는 것”이라고 전했다.

민간기업의 차세대 원전 미래 비전

이종화 GS건설 상무는 ‘민간기업의 차세대 원전 미래 비전’에 대해 발표했다. 그는 2050년 탄소중립 성공의 의미는 에너지 대전환의 성공으로 발전, 산업, 수송, 건물, 농업 5개 분야에서 화학연료 기반을 무탄소 에너지 기반으로의 에너지 및 산업구조 대전환의 성공을 의미한다는 입장이다. 그리고 2050 탄소중립 실현을 위해 SMR 사업이 필요하다는 게 그의 입장이다. 이종화 상무는 “신재생에너지와 대형원전의 기술/환경/경제적 약점을 극복할 수 있는 유연한 에너지공급원이 필요하다”며, SMR 사업의 필요성을 전했다.

또한 SMR 기술의 사업화가 R&D의 최종 목표가 될 수 있도록 산업계, 학계, 연구원이 협력할 수 있는 제도를 통해 정부의 적극적인 투자지원이 필요하다고 덧붙였다. 이외에 SMR 실증로 건설을 위해 노후 석탄화력발전소 및 원전부지를 활용할 수 있는 제도 마련이 필요하다고 전했다.

SMR 사업을 통한 미래 비전과 관련해서는 무탄소 전원으로 기존 화석연료를 사용한 발전원을 대체하고, 고온의 열을 생산함으로써 수소생산 및 산업공정, 대형 수송수단에 사용 가능하다고 말했다. 나아가 “SMR을 중심으로 원전사업에 진출해 민간업체 주도 하에 미래 성장 동력 확보 및 고부가가치 사업을 다각화해야 한다”고 제안했다.

“차세대 SMR 지원 위한 특별법 제정 필요”

문주현 단국대 교수(에너지공학과)는 ‘미래 차세대 원자로 개발 정책 방향 제언’에 대한 발표를 통해 “차세대 SMR 지원을 위한 특별법 제정이 필요하다”고 강조했다. R&D, 규제 선진화, 핵연료주기 인프라 구축, 예산 지원 근거 등을 포함하는 특별법 제정이 필요하다는 것이다. 이와 관련해 ‘Nuclear Energy Innpvation Capabilities Act(원자력혁신역량강화법)’는 선진원자로 개발을 위한 에너지부의 역할을 명확히 하고, 민간-공공 협력을 통한 선진원자로 개발을 촉진하고 있다. 그리고 다목적시험로(VTR) 건설, 국가원자로혁신센터(NRIC) 설립, 선진원자로실증사업(ARDP) 착수 등 지원계획 수립을 지시한다.

‘Nuclear Energy Innpvation and Modernization ACT(원자력혁신 및 현대화법)’는 선진원자로 개발·배치 가속화를 위해 예측 가능한 규제체계를 마련하고 있다. ‘The Energy of ACT 2020(에너지법 2020)’는 고순도 저농축우라늄(HALEU) 핵연료 개발, ARDP, VTR, 원자력, 하이브리드 등 원자력 R&D 사업 지원에 관한 법적 근거를 제공하고 있다.

문주현 교수는 또 “사전 인·허가검토 제도 도입을 위해 원자력안전법의 개정이 필요하다”고 제안했다. 차세대 SMR의 효율적인 인·허가를 위해 규제기관과 사전에 정보를 교류할 수 있는 제도적 장치가 필요하다는 것이다. 구체적으로 캐나다와 미국에서 시행하고 있는 사전 안전성 검토(심사) 제도를 국내에도 신설할 필요가 있다는 설명이다.

차세대 SMR 실증을 위한 컨트롤 타워와 프로그램도 신설하자고 제안했다. 차세대 SMR 상용화 로드맵 및 전략 개발, R&D와 실증 활동 지원을 위한 컨트롤타워가 필요하다는 것이다.

일례로 미국 에너지부는 2020년 5월부터 연방정부의 예산과 산업체의 협력을 기반으로 유망한 차세대 원자로의 실증에 집중하기 위한 차세대 원자로 실증사업을 추진 중이다. 또한 미국 정부는 아이다호국립연구소에 ‘국가원자로혁신센터’를 설립해 차세대 원자로 실증사업 및 정부와 민간 협력을 지원하고 있다.

<조원상 기자>