최근 주목받는 소형 모듈 원자로(SMR) 기술! 우리나라의 기술력은 어느 정도일까? [원자력 2/3]
세계 최초로 소형 모듈 원자로(SMR) 설계 인가를 받은 나라는?
소형 모듈 원자로(SMR)의 세계 최초 설계 인가를 받은 나라는 바로 대한민국이다. 2012년, 한국원자력연구원에서 개발한 **"SMART"**라는 소형 원자로가 세계 최초로 설계 인가를 받았다. 이 원자로는 100MW의 전력을 생산하며, 하루 4만 톤의 해수 담수화가 가능해 10만 명 규모의 도시에 전기를 공급할 수 있다. 현재 우리나라는 이 원자로의 수출을 위해 본격적인 노력을 기울이고 있다.
소형 모듈 원자로(SMR)란?
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전기 출력 300MW 이하의 원자로를 뜻한다.
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기존 대형 원전 대비 크기가 1/10에서 최대 1/100까지 작아질 수 있다.
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냉각 펌프, 가압기, 증기 발생기 등이 일체화된 압력 용기 내에 포함되어 있어 배관 사고 위험이 낮아진다.
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전기 공급이 중단되더라도 자연 순환 방식으로 냉각이 가능해 안전성이 높다.
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공장에서 제작 후 현장에서 조립하는 방식으로 건설 비용과 기간이 대폭 절감된다.
SMR의 활용 분야
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산간·오지 및 극지방에서 전력 공급
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해수 담수화 및 수소 생산
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노후 석탄 화력 발전소 대체
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선박 및 산업 플랜트 전력 공급
SMR 시장 전망
현재 전 세계 발전량은 약 400GW에 달한다. 전문가들은 2035년까지 SMR 시장 규모가 65~85GW에 이를 것으로 전망하고 있다. 이에 따라 다양한 국가들이 SMR 개발에 박차를 가하고 있으며, 현재 전 세계적으로 70종 이상의 SMR이 연구되고 있다.
차세대 원자로: 4세대 원자로와 액체염 원자로(MSR)
현재 사용 중인 원자로는 세대별로 발전해 왔으며, SMR은 3+세대 원자로 수준에 해당한다. 그러나 4세대 원자로는 기존보다 더욱 높은 안전성과 효율성을 지니고 있으며, 특히 **액체염 원자로(MSR, Molten Salt Reactor)**가 주목받고 있다.
액체염 원자로(MSR)란?
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기존 원자로는 고체 연료와 물을 냉각제로 사용하지만, MSR은 **액체 연료와 녹은 염(소금)**을 냉각제로 사용한다.
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냉각제로 사용되는 염은 500~800도 이상의 고온에서도 안정적으로 작동하며, 물을 사용할 필요가 없어 폭발 위험이 낮다.
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액체 연료와 냉각제가 하나의 물질로 혼합되어 있어 핵연료봉이 녹아내리는 사고(예: 후쿠시마 원전 사고)가 발생하지 않는다.
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만약 원자로가 파손되더라도, 액체 연료는 상온에서 자동으로 굳어 방사능 유출을 차단한다.
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사용 후 핵연료가 기존 원자로보다 대폭 감소하여 방사성 폐기물 처리가 용이하다.
액체염 원자로의 역사와 개발 동향
액체염 원자로는 새로운 기술이 아니라 1950년대 미국 오크리지 국립연구소에서 처음 개발되었다. 그러나 당시에는 연료의 지속적인 재활용을 통한 증식로 기술이 선호되었기 때문에 MSR 연구는 중단되었다. 하지만 최근 안전성이 중요한 요소로 부각되면서 다시 주목받고 있다. 현재 미국 테라파워(TerraPower) 등 여러 기업이 정부 지원을 받아 상용화를 추진하고 있으며, 2030년경 실용화가 기대된다.
사용 후 핵연료의 처리 문제
현재 원자력 발전을 통해 발생하는 사용 후 핵연료(Spent Nuclear Fuel)는 원전 내에서 임시 저장되고 있으며, 우리나라에서는 매년 약 700~750톤의 사용 후 핵연료가 발생하고 있다. 지금까지 총 18,500톤이 저장되어 있으며, 저장 공간 부족 문제가 대두되고 있다.
사용 후 핵연료의 성분과 문제점
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우라늄(U-235, U-238): 93%가 여전히 남아 있지만, 일부가 방사성 물질로 변환됨.
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플루토늄(Pu-239 등): 핵무기 원료로 사용 가능하나, 매우 독성이 강함.
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악티나이드(Am, Np 등): 반감기가 길어 오랜 기간 방사능을 방출.
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핵분열 생성물(Cs, Sr 등): 고방열 물질로 단기적으로 높은 열을 방출.
이처럼 사용 후 핵연료의 5% 정도가 독성이 강한 방사성 물질로 변환되기 때문에, 이를 직접 처분할 것인지, 재처리할 것인지에 대한 논의가 필요하다.
사용 후 핵연료의 관리 정책
1.
직접 처분: 현재 기술로는 사용 후 핵연료를 깊은 지하에 영구 처분하는 방법이 가장 현실적이다.
2.
재처리 후 처분: 핵연료를 다시 가공하여 새로운 연료로 활용하거나, 방사성 물질을 안정화하는 방법도 연구되고 있다.
3.
장기 보관: 일부 국가는 새로운 기술 개발을 기다리며 중간 저장 시설에서 장기 보관 중이다.
우리나라는 현재 심층 처분장을 30~40년 내에 건설하는 것을 목표로 하고 있으며, 부지 선정과 연구가 진행 중이다.
미래의 원자력 기술과 전망
현재 세계 각국은 SMR을 비롯한 차세대 원자로 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 대한민국은 SMART, 반디(BANDI), iSMR 등의 소형 원자로를 개발하고 있으며, 세계적으로 70종 이상의 SMR이 연구 중이다. 또한 4세대 원자로인 액체염 원자로(MSR)도 실용화를 목표로 연구 중이다.
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SMR의 장점: 경제성, 안전성, 유연성
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액체염 원자로(MSR)의 장점: 높은 안전성, 높은 연료 효율, 낮은 폐기물 발생량
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사용 후 핵연료 문제 해결: 재처리 또는 심층 처분 방식 연구 진행 중
이처럼 원자력 기술은 지속적으로 발전하고 있으며, 친환경적이고 안전한 차세대 에너지원으로서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 앞으로 우리나라가 SMR 및 차세대 원자로 분야에서 세계 시장을 선도할 수 있도록 지속적인 연구와 지원이 필요하다.
더 알아보기•
한국원자력연구원 공식 홈페이지: www.kaeri.re.kr
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한국수력원자력 공식 홈페이지: www.khnp.co.kr
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국내 원자력 관련 연구 및 정책: 에너지경제연구원
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