MSR(Molten Salt Reactor)란 무엇인가?
MSR(Molten Salt Reactor)란 무엇인가? MSR은 소형모듈원자로(SMR)의 일종이다. 용융염에 핵연료 물질을 녹여 냉각재와 핵연료를 일체형으로 구성한 원자로 시스템으로 경제성과 안전성이 우수하여 OECD가 제안한 4세대 원자로 중 가장 진보된 형태로 평가 받고 있다.
MSR은 용융염의 높은 끓는점(1,400℃)·녹는점(450℃)을 이용해 냉각재 소실 및 핵연료 누설 가능성 차단할 수 있어 높은 안정성이 특징으로 핵연료 교체 없이 장기간 운영이 가능하고 사용후핵연료 보관 및 처리부담이 적다고 알려져 있다. 냉각재와 핵연료를 일체화하고, 설비를 단순화·소형화 할 수 있어 경제성 확보에도 매우 유리하다.
우리나라도 국가 온실가스 감축목표(NDC : Nationally Determined Contribution) 달성 및 차세대 SMR 시장 선점을 위한 연구를 계속하고 있는데, 국내 연구진이 개발 중인 URECA (Ultimate Reactor for Efficient Carbon-free Applications)원자로 는 무탄소 해양시스템(선박 추진, 부유식 원전, 해양 플랜트 등)에 적합한 MSR의 핵심 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
MSR(Molten Salt Reactor)는 사실 미국에서 이미 1960년에 실증 완료되어진 소금용융염 원자는 핵폭탄을 만들 수 있는 원료인 플로토늄 추출이 불가능 한 원자로
현 인류는 에너지에서 자유로울 수가 없다. (원전을 등한시 할 수 없는 이유)
원전과 소형모듈원전(SMR) 수혜주를 알아보자.
'오직 전기차와 수소차가 답'일까? [이퓨얼(e-fuel)] 탄소중립 에너지는 이것에 달려 있을지도 모른 치솟는 차량 유지비, 기름값, 타이어, 세차비 등 차량유지 비용 25.2% 상승 5월 소비자물가가 석유
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얼마전 소형모듈원전(SMR)에 대한 포스팅을 한 적이 있었는데, 이때 잠깐 언급했었지만 최근 글로벌 국가들의 최대 관심사 중에 하나는 인류의 차세대 에너지 원의 개발일 것이다. 현 시대를 살아가는 인류에게 에너지란 더이상 떨어져 살 수 없는 인류의 가장 중요한 핵심 기술로써 지구환경을 지키자는 생각과 탈 화석연료, 탈 원전, 탄소 중립 등 에너지난 및 에너지 무기화 등에 맞서는 효율적인 에너지 개발을 멈추어선 안된다는 의견이 팽배하게 맞붙기도 한다.
그러나 바로 얼마전 블라디미르 푸틴 러시아 대통령의 ‘에너지 무기화’가 유럽 정치 판도를 뒤흔들게 되면서 치솟은 에너지 가격에 우리가 목도한 것은 무엇인가? 지구 환경을 지켜나가 후손들에게 좋은 환경을 물려주는 것은 아주 중요한 과정 중 하나이지만, 실질적으로 아직 인류에게는 탄소중립의 완전체에 다가가기에는 기술적 한계는 분명 존재한다.
지난 1970년 ~ 1980년 초기까지 이어졌던 '오일쇼크' 이후에 전세계 각국에서는 '에너지믹스'(Energy Mix) 정책을 펴기도 했었고 이번 러시아/우크라의 전쟁 여파로 인해 천연가스와 원유값이 치솟으면서 주요 국가에 나타난 지속적인 물가상승과 에너지 무기화 등 세대를 거쳐감에도 다시금 돌아오는 에너지에 대한 인류의 끊임없는 갈구는 현재도 진행형이다.
반도체 공급난과 원자재 가격 폭등으로 인해 관련 산업들의 성장세가 지지부진 해지고 있고 현재 대체 할 에너지 산업군 중에서 안전에 불안하지만 효율면에서 최대 장점을 낼 수 있는 핵발전 원전 가동에 다들 눈을 돌리고 있는 실정이다.
위험하다는 핵연료 사용 에너지를 이번 에너지 난을 통해서 각국에서 또다시 지속적으로 언급 하는 이유는 간단하다.
생산 전력당 Kw/h 당 원라력 발전비용은 전력통계 정보시스템에 나와있다.
1. 원자력 : 6.06원 / Kw/h
2. 유연탄 : 48.06원 / Kw/h
3. LNG : 50.22원 / Kw/h
4. 무연탄 : 69.90원 / Kw/h
5. 유류 : 168.58원 / Kw/h
석유, 석탄 등의 화석에너지를 반대하는 많은 이들은 탄소중립을 위해 반대하지만, 이런 화석연료를 지금 당장 각 국가에서 끊을 수 없는 이유는 현생 인류가 꼭 필요한 에너지 수급의 전력을 만드는 엄청난 가격경쟁력에 있다. 그러나 이런 화석 연료마저도 가격경쟁력이 원자력을 따라올 수가 없다.
오늘은 그런 원전 관련 중에서도 소형 모듈 원전 중 '궁극의 원전'이 될지도 모르는 4세대 원자로 MSR(Molten Salt Reactor)에 관해 자세히 알아보자.
궁극의 원전 'MSR(Molten Salt Reactor)'
원전에 대한 단점은 매우 명확하며 지난 최악의 인류 재난 중 빠지지 않는 '체르노빌과 후쿠시마 원전 사고'를 보면 원전의 그 위험성을 간접적으로나마 알 수가 있었듯이 방사능 유출에 대한 안전하지 못한 에너지 연료라는 것과 핵 처리 폐기물에 대한 처리과정이 가장 문제일 것이다.
이렇듯 원전 기술 발전에 가장 먼저 우리가 눈여겨 볼 사안은 '안전'에 관한 관점일 것이다. 소형모듈원전(SMR)에 대한 포스팅을 쓰면서 원전의 기술 발전과 안전성 강화에 대한 기술 진보가 확실히 진 일보 하고 있다는 것을 알 수 있었는데, 현재 원전의 기술력은 4세대까지 진행되고 있는 상태다.
4세대 원자로는 첫 상업용 원자로(1세대)와 현재 운영 중인 2, 3세대 원자로를 잇는 차세대 원자로이다. 4세대 원자로의 가장 큰 특징은 기존 원자로에서 쓰이는 중성자보다 빠른 중성자를 사용하여 흔히 '고속로'라고 불리는 고속중성자를 우라늄에 쏘아 플루토늄으로 만들고, 여기서 다시 발생한 중성자가 같은 작업을 반복하여 우라늄 효율이 기존 원자로보다 100배 이상 증가하게 되는 과정을 거치게 된다.
이렇게 4세대 원자로로 인정되기 위해선 연료 효율은 더 높고 핵폐기물은 더 적어져야하며 경제성과 무엇보다 안전까지 더해져야 비로서 4세대 원자로로 인정된다.
2001년 설립된 4세대 원전 국제 협의체(GIF)는 한국을 포함해 미국, 캐나다, 프랑스, 영국, 중국, 일본 등 14개국 원전 전문가들로 이뤄진 국제 단체로써 지난 시간 전 세계 공모를 통해 130여 종의 미래형 원자로 후보를 모았다. 엄격한 기술 검토를 거쳐 130여 종의 미래형 원자로 후보 중 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 납냉각고속로(LFR), 용융염원자로(MSR), 초임계압수냉각로(SCWR), 가스냉각고속로(GFR) 등 단 6개 원자로만이 이들 기준을 만족하는 4세대로 규정되었다.
이중 우라늄 등 핵연료와 불화리튬, 지르코늄, 염화나트륨 등 냉각재가 한곳에 용암처럼 섞여 있는 용융염원자로(MSR)는 ‘인류가 고안한 가장 독특한 원자로’로 꼽히고 있는데 현재 조 바이든 미국 대통령이 청정 에너지원으로 연일 강조하고 있는 소형모듈원자로(SMR)의 일종이기도 한 MSR은 중대사고 위험이 극히 낮고, 그린수소 생산이 가능하다.
현재 미국과 캐나다, 영국, 프랑스 등에서 2029~2030년 상용화가 예상되고 있고 특히나 글로벌 탄소배출 규제가 심해지고 있는 조선업계에서도 MSR을 차세대 동력원으로 주목받고 있다.
조선업계에 대한 얘기를 잠깐 해보자면, 유엔 산하 국제해사기구(IMO)에서는 2050년까지 선박온실가스(GHG) 배출을 2008년의 50%로 줄이기 위한 규제를 적용하고 있는데 에너지효율 등급지수(EEDI·EEXI)와 탄소 집약도(CII) 규제를 충족 못하는 선박은 엔진 출력 제한과 에너지 절감 장치 설치 또는 저탄소 연료 추진 선박으로 개조 등 탄소 배출 저감 조치를 이행해야 한다.
이 때문에 조선업계에서 탈탄소 기술개발에 사활을 걸고 있는 것이고 그 대안 중 하나가 바로 원자력 기술이다. 원자력 기술은 세계 저탄소 전력의 약 30%를 공급하고 있다. 해상 원자력 기술은 약 70년간 해군 함정과 잠수함 동력 공급에 쓰였지만 높은 운영비와 원자력에 대한 부정적 인상으로 상업적으로 크게 개발되지 못했다.
그러나 차세대 선박의 새 동력으로 원자력을 채택하는 움직임은 이미 시작됐다. 선박에 원자력 기술을 적용하면 속도 상승을 기대할 수 있고 연료 공급을 위해 배를 멈출 필요도 없다.미국 에너지부(DOE)는 최근 상업용 선박의 첨단 원자력 기술 채택 장벽을 해결하기 위해 미국선급협회(ABS)와 연구계약을 맺었다.
영국에선 원자력 기업 코어파워가 안전과 대량생산, 소형화와 간편함 등 조건을 충족하면서 용융염 원자로(MSR)을 쓰는 새로운 유형의 원자력 기술을 개발하고 있다.
4세대 중에서도 용융염원자로(MSR)를 ‘궁극의 원전’으로 꼽는다. MSR은 소형모듈원자로(SMR) 일종으로 핵연료 사용주기가 20년 이상이다. 한 번 연료를 넣으면 꾸준히 전력을 생산할 수 있다는 의미다. 또한 MSR가 궁극의 원전으로 평가 받는 이유는 액체 핵연료인 용용염을 써서 외부에 누출돼도 바로 굳어버려 중대 사고를 원천적으로 차단할 수 있고 사용후 핵연료도 거의 나오지 않는 엄청난 이점이 있기 때문이다.
4세대 원전 선진국과 우리나라의 원전, MSR 산업
앞서 설명했지만 까다로운 4세대원자로로 인정된 기술력은 단 6개다. 원소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 납냉각고속로(LFR), 용융염원자로(MSR), 초임계압수냉각로(SCWR), 가스냉각고속로(GFR)로 각각의 기술력으로 앞서가는 나라들을 먼저 살펴보자.
원소듐냉각고속로(SFR)는 4세대 선두주자로 꼽히고 있다. 그중 빌 게이츠가 설립한 테라파워가 원소듐냉각고속로(SFR)를 선택했다. 원소듐냉각고속로는 냉각재로 물을 사용하는 기존 원자로와 달리 원자로에서 발생하는 열을 액체소듐으로 식히게 되는데, 소듐은 원자로 운전 중에 545도까지 가열되지만 대기압(1기압)에서 끓는점이 880도로 매우 높아 폭발 위험이 거의 없는 점이 특징이다.
마이크로소프트(MS) 창업자인 빌 게이츠는 차세대 원자로 기술 경쟁에 불을 지핀 장본인으로 빌 게이츠가 설립한 원전 기업 '테라파워'는 최근 미국 와이오밍주에 혁신적인 방식의 4세대 원전을 지어 전기를 생산하겠다고 발표하기도 했다. 계획대로라면 2029년 345MW(메가와트) 규모의 4세대 원자로가 세계 최초로 모습을 드러내게 되고 중소도시 규모인 약 25만 가구에 전기를 공급할 수 있는 용량을 만들어 낼 수있다.
미국 뉴욕증시에 상장한 뉴스케일파워는 미국 연구중심 대학인 오리건주립대가 개발한 원천기술을 이전받아 비경수로형 SMR 상용화를 목전에 두었고 미국 에너지부(DOE)가 상용화를 전폭 지원하며 그간 약 2조원의 민/관 자금이 들어갔다.
초고온가스로(VHTR)는 중국이 앞서 있다. 중국은 2018년 210MW급 실증로도 구축했는데, 초고온가스로는 원자로 온도를 900도 가까이 올려 열을 생산하고, 이때 촉매로 고온의 물을 수소와 산소로 분해해 청정에너지인 수소도 동시에 얻는다. 방사성 누출이 없는 헬륨가스를 냉각재로 사용해 비교적 안전하다고 알려져있다.
납냉각고속로(LFR)는 러시아에서 옛 소련 시절 오랫동안 잠수함 동력원으로 썼던 납냉각고속로 개발을 주도하고 있다. 납냉각고속로는 액체 납이나 납-비스무트 합금을 냉각재로 사용한다. 납의 녹는점은 327도로 낮아 만에 하나 원자로에 문제가 생기면 열만 끊으면 납이 금방 굳어 주변으로 퍼질 염려가 적다.
이밖에 가스냉각고속로는 소듐냉각고속로에서 냉각재만 헬륨 등 기체로 대체한 방식으로 개발이 더딘 편이다. 초임계압수냉각로는 물의 임계점 이상에서 운전하는 고온·고압 원자로여서 중국이 주도적으로 개발해왔지만 미국 등은 연구하지 않고 있다.
또한 현재는 원전 기술 ‘끝판왕’으로 불리는 미 오크리지국립연구소 출신들이 세운 스타트업 소콘(Thorcon)이 MSR 상용화에 가장 근접했다고 평가받고 있고 캐나다 테레스티얼, 영국 몰텍스 등이 개발에 한창 박차를 가하고 있다.
최근엔 원자력 분야 최고 경쟁력을 보유한 한국과 프랑스가 뭉치기도 했다. 차세대 원자로와 안전 연구개발(R&D)부터 산업 경쟁력 강화까지 총 27개 기술 분야에서 협력하기로 하면서 지난 18일 프랑스 파리에서 프랑스원자력청(CEA)과 제25차 '한-불 원자력공동조정위원회'(공동위)를 개최하고 이같이 협의했다고 밝히기도 했다.
현재 프랑스는 원자로 설계 분야 강점을 바탕으로 매년 전체 발전량 중 원자력 비중이 50~70% 수준을 오가는 원전 강국이다. 공동위는 1981년 '한불 원자력 협력 협정' 체결 이후 이듬해인 1982년부터 시작된 실무 협력 채널로 그동안 협력해오던 소듐냉각고속로(SFR)와 초고온가스로(VHTR)뿐만 아니라 신규로 용융염원자로(MSR) 협력까지 확대하기로 했다.
MSR은 세계적으로 개발 초기 단계다.
한국은 문재인 정부의 탈원전 정책 서슬이 퍼렇던 지난 5년간 손도 못 대다 지난해 들어서야 일부 기초 연구가 시작되면서 한 보도자료에 따르면 김성중 한양대 원자력공학과 교수가 나와 “학생들이 확연히 감소한 것은 물론 기존에 남아 있는 인력도 의욕을 잃었다”며 “SMR 기술을 한창 연구해야 할 시기에 골든타임을 놓친 것 같다”고 우려를 표하기도 했다.
한국 대학은 지난 5년간 SMR 연구에 엄두조차 내지 못했다. 정부가 탈원전 정책을 거칠게 밀어붙이면서 미래기술에 투자할 여유가 없었기 때문이다.
국내에서는 1997년부터 소듐냉각고속로를 연구해 2020년 개발을 완료했다. 다만 전기 생산을 위한 개발이 아니라. 가동 원전에서 나오는 사용후핵연료를 태워 없애기 위한 소각용으로 설계됐다. 실제 소듐냉각고속로의 5분의 1 크기로 실증로인 ‘스텔라-2’를 구축해 시험을 마쳤으며 이론적인 수준에서 설계는 완료했다.
한국원자력연구원의 말에 따르면 2021년 4월부터 과학기술정보통신부에서 300억 원을 지원받아 소각용으로 개발한 소듐냉각고속로를 발전용으로 전환한 4세대 원자로인 '살루스(SALUS)' 연구도 시작되었는데, 살루스는 로마신화에서 안전의 신의 이름이기도 하다.
소각로는 사용후핵연료를 자주 태워 없애야 하는 만큼 핵연료 교체 주기가 1년 정도로 짧다. 이에 살루스개발은 핵연료를 한번 장전해 20년 이상 오랫동안 태울 수 있도록 설계를 변경할 계획이라고 밝였고 살루스는 100MW급으로 2035년 수출을 목표로 하고 있다.
또한 원자력연구원에서 삼성중공업과 선박 전원을 MSR로 공급하기 위한 연구를 막 시작했다. 김성중 한양대 원자력공학과 교수도 자율운전형 MSR을 위한 기초연구를 진행 중이다.
한국조선해양은 향후 계열사 현대중공업의 원자력 분야의 역량으로 신사업 기회를 모색한다. 장기적으로는 해상 원자력 발전, 원자력추진선박 분야의 미래 기술을 선점할 계획이다. 현대중공업은 한국형 핵융합연구장치(KSTAR)와 국제핵융합실험로(ITER) 주요 핵심 설비 개발에 참여해 기술 역량을 키웠다.
삼성중공업은 한국원자력연구원과 기술 협력에 나선다. 정부는 내년부터 2026년까지 290억원을 MSR 원천기술 개발에 투입 선박과 해상부유체에 탑재할 수 있는 용융염냉각형 기술 개발에 나서고 있는데 현재 덴마크 용융염원자로 개발사 시보그(Seaborg)와 소형 용융염원자로(CMSR)를 활용한 '부유식 원자력 발전 설비' 제품 개발 기술협력을 하고 있다.
두산에너빌리티에서는 시공 기술을 토대로 뉴스케일과 협력 관계를 맺고 있다. 다만 부가가치가 큰 설계 기술은 어디까지나 미국이 보유하고 있다.
글을 마치며,
원전과 원자력 기술력에 대한 우려가 많은 것은 지난 원전 사고들이 빚어낸 경고가 있었기 때문이다. 그러나 에너지에 대한 효율 측면으로 보았을때 원전이 꼭 나쁜 것 만은 아니다. 현대 인류에게서 에너지란 무조건적으로 필요한 것이 되었기 때문에 값싸고 효율이 좋은 에너지 생산이란 인류의 생명 연장과도 직격되는 문제가 되었다.
소수 비전문가가 정치적 목적을 이용해 국가 에너지 정책을 왜곡하는 일은 발생하지 않아야 하며, 가장 문제가 되는 안전에 대한 문제가 기술적으로 해결되면 제일 큰 걸림돌이 되는 환경 문제에 대한 사안 또한 다시금 돌아보게 될 것으로 보인다. 현재 탄소중립을 위한 각 재생에너지 관련 산업들의 폐기물 처리에 대한 문제 또한 원전과 크게 다를바가 없다.
무슨 신재생에너지, 재생에너지 이렇다할 좋은 이미지와 환경론자들에게 좋게 포장하고 있지만 실상을 들여다 보면 태양광 패널 처리에 대한 오염문제, 풍력 발전을 위한 자연훼손 문제, 수력 발전을 위한 댐 건설을 위한 자연 생태계 파괴와 댐 건설에 대한 효율성 문제등을 들여다 본다면 원전을 반대하는 많은 사람들이 그렇게 말하는 방사능 물질의 폐기문제라던지 하는 문제와 크게 다를 것이 없다.
그렇다고해서 그런 신재생 에너지 등의 부문들이 효율이 그렇게 특출나게 좋은 것도 아니며, 다시 한번 말하지만 이미 인류 기술에서는 절대적으로 빠질수 없는 문제가 에너지 지속 정책일 것이고 앞으로도 인류가 발전을 포기하지 않는 이상은 어떠한 형태로든 폭발적인 에너지를 만들어내는 기술을 만들어 내야만 하는 것도 부정할 수 없을 것이다.
이미 자연훼손과 지구온난화, 탄소중립, 폐기물 처리 기술 등... 인류가 만들어 낸 여러가지의 인류 부산물들이 문제가 되는 것은 인류가 그만큼 빠르게 발전하는 이유일 것이며, 인간의 가장 기본적인 욕구인 호기심이나 지식에 대한 갈망 등의 원초적인 발전을 포기하지 않는 이상 현대 인류에게 에너지 포기란 있을 수 없는 이야기이다. 그렇다면 답은 무엇일까?
인류 스스로 발전을 통한 획기적고 안정적인 또 지속적인 에너지 정책과 기술을 계속 연구하고 발전하는 수 밖에 없다. 에너지 정책 중 가장 많이 화두되는 화석연료의 고갈문제를 예로들자면, 지난1950년대 과학자들은 석유고갈을 1970년대로 약 20년 후로 보았었지만, 그로부터 20년이 지난 1970년대의 석유 가채량은 오히려 50년으로 늘어났으며 그후 다시 50년이 훌쩍 지난 현재에도 여전히 석유 가채년수는 50년 이상이 남았다고 판단하는 등 계속 말이 바뀌고 있다.
이렇게 석유 매장량이 꾸준히 늘어나는 것은 그 당시 부족했던 기술 부족으로 인해 유전 확인을 못한 경우도 있지만, 오일샌드(Oil Sands)나 셰일오일(Shale Oil)처럼 그 당시에는 채산성 때문에 포기했던 유전이 지속적인 기술의 발전으로 인해 채굴이 가능해졌기 때문이다.
이처럼 예측만으로는 어디까지 올라갈 수 있을지 모를 인류 기술의 발전은 계속될 것이고 원전의 기술 또한 지속 발전하면서 핵폭탄을 만들 수 있는 원료인 플로토늄 추출을 최소화 하거나 가동 원전에서 나오는 사용후 핵연료를 태워 없애기 위한 소각용으로 설계 중인 ‘스텔라-2' 기술 등의 발전을 통해 현재 우리가 방사능에서는 자유로울 수 없지만 세계에서도 통하던 한국의 원전 기술력 등을 무차별적으로 폐기하는 것이 아닌 지속적인 개발을 해야하는 이유가 되기도 할 것이다.
원전 관련주
대표적으로 국내 원전 관련 기업은 한국전력, 우리 기술, 비에이치아이, 두산에너빌리티, 에너토크, 오르비텍, 한전 KPS, 서전기전, 한전기술, 보성 파워텍, 일진파워, 한신기계 등이 있으며, 해외 관련 기업 코어파워, 뉴스케일파워, 테라파워 등이 있고 본문에 나오는 모든 기업들이 원전 관련 수혜주라고 볼 수 있다.
출처: https://qlehfl0321.tistory.com/ [돈이 money? 의 돈 공부 거기에 일상까지 한 스푼 더합니다.]
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