원전 경쟁국들 4세대로, 한국은 다시 '0세대'로

지난 8월 25일(현지시간) ‘뉴사이언티스트’라는 과학 전문매체가 놀라운 소식을 보도했다. 네델란드 연구팀이 ‘토륨 원전’ 가동에 성공했다는 소식이었다.

‘뉴사이언티스트’에 따르면, ‘네델란드 핵연구소(NNI)’가 EU의 핵연구자문그룹(NRG)의 도움을 얻어 몰텐-소금을 원료로 한 토륨 기반 원전의 가동에 성공했다고 한다. ‘뉴사이언티스트’는 “네델란드 연구팀의 성공은 반세기 넘게 연구해 온 토륨 원전에 신기원을 열었다”고 평했다.

‘뉴사이언티스트’의 보도는 세계 주요 언론을 통해 전해졌고, 세계 물리학자들은 크게 흥분했다. 언제 성공할지 모르는 ‘상온 핵융합 발전’을 기다리기 전에 ‘안전한 원전’을 만들어 낼 수 있게 된 것이다. 이는 세계적인 에너지 수급 불균형과 탄소배출 문제에 있어 커다란 진전임을 의미했다.

4세대 원전 ‘토륨 원전’

네델란드 핵연구소가 가동에 성공한 ‘토륨 원전’은 4세대 원전이라고 불린다. 현재 한국이 짓다가 만 신고리 원전 5·6호기가 3세대 원전, 2015년 3월 박근혜 대통령이 사우디아라비아와의 정상회담을 통해 수출한 ‘스마트 원전’이 3.5세대다.

‘토륨(Thortium)’은 북유럽 신화 속 전쟁의 신 ‘토르’에서 따온 이름이다. 1828년 ‘토륨’을 발견한 스웨덴 화학자 옌스 야콥 베르셀리우스가 지었다. 원자 번호는 90으로 악티늄 족에 속하며 반감기는 140억 500만 년으로 알려져 있다.

‘토륨’은 우라늄처럼 한정된 곳에만 있는 것이 아니라 바닷가 모래 등 지구 곳곳에서 찾을할 수 있다. 지금까지 파악된 매장량만 우라늄의 4배에 달하며, 스스로 핵분열 반응을 일으키지도 않는다.

때문에 ‘토륨’으로 핵분열 반응을 일으켜 열을 만들고, 이를 이용해 전력을 만들기 위해서는 외부에서 계속 중성자를 쏘아줘야 한다. 이는 원전을 처음 만들던 1950년대에는 비효율적인 것으로 여겨졌으나, 1979년 3월 美펜실베니아州 쓰리마일 섬 원전 사고와 1986년 4월 체르노빌 원전 사고, 2011년 3월 日후쿠시마 원전 사고가 일어난 뒤에는 오히려 장점으로 부각됐다.

‘토륨 원전’을 발전하려면 외부에서 중성자를 쏘아야 하기 때문에, 지금까지 일어난 것과 같은 원전 사고가 발생해 노심 냉각을 위한 장치가 멈추면 자동으로 핵분열도 멈춘다. 앞서 언급한 사고들처럼 냉각 장치 고장으로 인한 노심 융용 자체가 일어날 수 없는 구조다.

게다가 ‘토륨 원전’이 배출하는 ‘고준위 방사성 폐기물’은 기존 원전의 0.1% 수준이다. ‘방사성 폐기물’ 전체를 비교해도 기존 원전의 2% 내외다. 배출하는 방사성 폐기물 또한 10년이 지나면 자연 상태 수준까지 방사선이 줄어든다. 그렇다고 발전량이 크게 적은 것도 아니다. 물리학자들에 따르면 토륨 1톤으로 얻을 수 있는 발전량은 우라늄 200톤으로 얻을 수 있는 수준이라고 한다. 계속 발전해가는 원자력 기술을 통해 ‘토륨 원전’은 이렇게 점점 현실이 되어 가고 있다.

네델란드·인도·미국·중국 등 세계는 ‘토륨 원전’ 개발 경쟁

‘토륨 원전’을 처음 가동시켰다고 언론이 보도한 나라는 네델란드다. 하지만 이를 가장 오랫동안 연구한 나라는 인도다. 인도 핵물리학의 아버지라 불리는 ‘호미 바바’ 박사가 1950년대부터 ‘토륨 원전’ 개발을 이끌어 왔다. 2011년에는 세계 최초로 ‘AHWR’이라는 개량형 중수로를 만들어 실용화를 연구 중이다. 기존의 우라늄 발전과 토륨 발전을 병행하는 방식이다. 토륨 발전이 전체 발전량의 3분의 2를 차지하는 것으로 알려져 있다. 2017년 말부터는 실제로 전력을 생산, 공급할 예정이라고 한다.

중국은 공산당 지도부의 명령에 따라, 기존 방식의 원자로 대신 ‘토륨 원전’을 개발하고 있다. 中공산당은 2024년까지 ‘토륨 원전’ 개발을 마무리해 자국 내에서부터 건설할 계획이라는 사실이 현지 관영매체를 통해 알려졌다.

미국의 경우 ‘소형 모듈화 원전(SMR)’ 개발의 일환으로 美에너지부가 ‘토륨 원전’을 개발하는 기업들을 돕고 있다. 화석연료 사용으로 인한 환경오염을 줄이고, 탄화수소 기반 에너지원의 수급 불균형 문제와 이로 인한 정치적 갈등과 위험을 줄이는 ‘클린 에너지’로는 SMR이 가장 적합하다고 판단한 것이다.

美정부가 도와주는 대표적인 업체가 마이크로소프트 창업자 빌 게이츠가 설립한 ‘테라 파워’와 ‘알파 테크 리서치’ 등이다. 美에너지부는 지금처럼 거대하고 사고 시 위험한 우라늄 사용 원전 대신 훨씬 안전하면서 크기가 3층짜리 파출소 정도밖에 안 되는 SMR의 수요가 향후 연 3,000억 달러까지 증가할 것으로 보고 있다.

이들 외에 영국, 네델란드, 벨기에, 노르웨이, 캐나다, 이스라엘 또한 ‘토륨 원전’ 개발에 큰 관심을 두고 연구 중이다. 지금까지 알려진 바로 토륨 매장량이 1만 톤 이상인 나라는 호주, 미국, 터키, 인도, 베네수엘라, 브라질, 노르웨이, 이집트, 러시아, 그린란드 등이라고 한다. 이 나라들 또한 국내 산업 발전과 국토 개발을 이유로 ‘토륨 원전’을 비롯한 SMR 도입에 상당한 관심을 보이고 있다.

반면 한국은 세계 최고 수준의 원전 기술을 보유했다고 평가받고 있음에도 ‘정치적 이유’ 때문에 원전 건설은 물론 기술 개발까지도 아예 ‘백지화’될 분위기다.

문재인 대통령은 지난 6월 ‘탈원전’을 선언한 뒤 신고리 원전 5·6호기 건설 중단을 ‘여론’에 맡겼다. 과학계 일각에서는 문재인 정부가 SMR인 ‘스마트 원전’과 K-STAR(한국형 핵융합로) 연구개발 예산도 크게 줄일 것이라는 관측을 내놓고 있다. 이것이 현실이 되면 한국은 전 세계가 부러워하는 원전 기술을 다시 1950년대 말의 ‘0단계’로 되돌리게 된다.

②反원전론자의 전략 ‘공포감 극대화’로 이어집니다.