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- IAEA, "캐나다, 중국, 러시아, 한국 및 미국에서 건설 중이거나 라이센스 단계에 있다."
- 2021년 독일 연방 원자력 폐기물 관리국(BASE), SMR의 안전 개념 평가 보고서 발표
- 잠재적 위치의 수는 사고의 위험 증가, 생산된 전력의 양에 비해 원자로 위험은 더욱 증가
- 개별 원자로는 더 적은 양의 핵폐기물 생산, 생산된 에너지에 비해 그 양은 몇 배나 증가

소형 원자로 - 큰 문제
제조업체는 약속을 지킬 수 있을까?
 

IAEA(국제원자력기구)의 웹사이트에는 SMR의 현재 상태에 관해 다음과 같이 소개를 하고 있다.

"공공 및 민간 기관 모두 이 10년 이내에 SMR 기술을 실현하기 위한 노력에 적극적으로 참여하고 있다. 2020년 5월 상업 운전을 시작한 세계 최초의 수상 원자력 발전소인 러시아의 Akademik Lomonosov는 35MW(e) SMR 2기에서 에너지를 생산하고 있다. 다른 SMR은 아르헨티나, 캐나다, 중국, 러시아, 한국 및 미국에서 건설 중이거나 라이센스 단계에 있다."

▲ 경수 소형 모듈식 원자로(SMR)의 그림 www.gao.gov/products/GAO-15-652

IAEA는 전 세계에서 개발 중인 70개 이상의 상용 SMR 설계는 산업용 애플리케이션을 위한 전기, 하이브리드 에너지 시스템, 난방, 담수화 및 증기와 같은 다양한 출력과 다양한 애플리케이션을 대상으로 한다. SMR은 단위당 초기 자본 비용이 더 낮지만 일단 배치되면 경제적 경쟁력이 여전히 입증되어야 한다고 설명한다.

 

SMR 및 지속 가능한 개발?

 

국제원자력기구는 "SMR 및 원자력 발전소는 효율성, 경제성 및 유연성 측면에서 고유한 속성을 제공한다. 원자로는 전력 수요에 따라 출력을 조정할 수 있는 파견 가능한 에너지원을 제공하지만 풍력 및 태양열과 같은 일부 재생 에너지는 날씨와 시간에 따라 달라지는 가변 에너지원이다. SMR은 하이브리드 에너지 시스템에서 재생 가능한 에너지원과 짝을 이루어 효율성을 높일 수 있다. 이러한 특성으로 인해 SMR은 청정 에너지 전환에서 핵심적인 역할을 하는 동시에 국가가 지속 가능한 개발 목표(SDG)를 달성하는 데 도움이 된다"며 "에너지에 대한 보편적 접근 목표인 SDG 7을 달성하기 위한 노력은 가시적인 진전을 이루었다. 그러나 격차는 여전히 널리 퍼져 있으며 주로 외딴 지역과 농촌 지역에 집중되어 있습니다. 깨끗하고 혁신적인 솔루션을 구현하려는 세계적인 노력에 따라 SMR의 도입과 함께 재생 가능 에너지의 사용 증가는 이러한 격차를 메울 잠재력이 있다"고 주장한다.

 

현대식 SMR의 안전 개념 평가 보고서의 문제제기

 

명백히 혁신적인 기술과 SMR 지지자들과 소규모 원자력 발전소의 제조업체가 약속한 것 외에도 원자로의 가능한 위험과 문제를 지적하는 일부 보고서와 연구도 있다. 예를 들어 2021년에 독일 연방 원자력 폐기물 관리국(BASE)은 Öko-Institut Freiburg가 무엇보다도 현대식 소규모 발전소의 안전 개념을 평가한 보고서를 발표했다. 

▲ 원자력 발전소의 안전 개념은 정기적으로 평가되어야 한다. 독일에서는 BASE가 이에 대한 책임을 지고 있다. © Digital Vision. / Getty Images

새로운 기술을 위해 설계된 것이 아니다.

Öko-Institut의 핵심적인 비판 중 하나는 현재 사고 예방에 대한 요구 사항이 주로 수냉식 시스템에 대한 경험을 기반으로 한다는 것이다. 따라서 특정 사건의 확률을 계산하는 이른바 PSA(Probabilistic Safety Analysis)는 용융염 또는 나트륨 냉각 원자로와 같은 기술에 아직 충분히 적용되지 않았다. 보고서에 따르면 시스템의 신뢰성을 결정하는 특정 매개변수를 다시 결정해야 한다.

Öko-Institut에 따르면, 많은 수의 소형 원자로가 필요한 것도 문제다. 현대 SMR 개념은 종종 덜 복잡하여 부정적인 사건의 범위를 줄이지만 잠재적 위치의 수는 사고의 위험을 다시 증가시킨다. 생산된 전력의 양에 비해 원자로의 위험은 더욱 증가한다.

제조업체는 너무 많은 것을 약속한다.

Öko-Institut에 따르면 SMR 제조업체의 다른 견해도 현실과 일치하지 않는다. 여기에는 소량의 방사성 물질과 수동적 안전 개념이 사고 발생 시 매우 작은 영역만 영향을 받는다는 것을 의미해야 한다는 사실이 포함된다. 그러나 BASE 보고서에 따르면 비상시 오염이 공장부지를 훨씬 넘어서까지 확장될 수 있다.

연구소는 또한 수냉식으로 작동하는 고온 원자로와 관련하여 제조업체의 의견을 공유하지 않았다. 후자는 모델에서 복잡한 억제 없이 작업을 수행하고 대신 탄화규소와 탄소로 만든 보호 덮개를 연료에 제공하기를 원한다. 그러나 Öko-Institut에 따르면 방사성 동위원소는 약 섭씨 1,600도 이하의 온도에서도 이를 통해 확산될 수 있다. 사고 발생 시 방사능이 방출되지 않는다는 보장은 없다.

▲ 생성된 열 기가와트 년당 핵폐기물의 양은 개념마다 크게 다르다. 여기에서는 크고 작은 비등수형 원자로, 용융염 원자로, 나트륨 냉각 원자로(오른쪽에서 왼쪽으로)를 비교했다. © Krall et al./ PNAS, CC-by-sa 4.0

"보증"으로는 충분하지 않아

보고서의 의견에 따르면 고속 증식로와 용융염 반응기의 자체 조절 특성도 충분하지 않다. 순수한 물리적 관점에서, 예를 들어 고속 중성자가 있는 시스템의 경우 온도가 증가하면 반응성 계수가 낮아져 노심 용융이 배제된다. 그럼에도 불구하고 Öko-Institut의 의견에 따르면 두 번째 독립적인 차단 시스템이 처방되어야 한다.

따라서 여기에도 책임의 문제가 있다. 제조업체에 따르면 자급자족하고 안전한 발전소에서 문제가 발생하는 경우 피해에 대한 책임은 누구에게 있을까? 현재, 예를 들어, 이 경우 피해를 보상하는 사업자에 의한 보장 조항이 논의되고 있다. 전문가 보고서에 따르면 수동적 안전 개념조차도 보장을 제공하지 않는다. 예를 들어, 외부 영향은 시스템을 손상시켜 기능을 제한할 수 있다. 이것이 전문가들이 항상 두 번째 수준의 보안을 권장하는 이유다.

더 작은 원자로 – 더 적은 폐기물?

궁극적으로 원자력 발전소가 수명 동안 야기할 수 있는 문제 외에도 SMR은 또한 핵폐기물을 생성한다. 2022년 스탠포드 대학의 연구에서는 더 작은 디자인이 방사성 폐기물도 감소하는지 조사했다. 결과는 그 반대였다. 개별 원자로는 더 적은 양의 핵폐기물을 생산하지만 생산된 에너지와 관련하여 그 양은 몇 배나 증가한다.

기존의 가압경수로에 비해 소비되는 연료의 질량이 증가할 뿐만 아니라, 소규모 발전소는 방사성 오염된 건축 자재를 훨씬 더 많이 발생시킨다. 여기에는 강철 및 콘크리트 구조물뿐만 아니라 흑연으로 만든 보호 실드와 반사경이 포함된다. 빠른 증식기에게는 상황이 특히 나빠 보인다. 냉각수로 사용된 나트륨은 모두 폐기해야 한다.

여기서 또 다른 문제는 SMR 핵폐기물의 조성이 대형 원전의 조성과 일치하지 않는다는 점이다. 대신 우라늄-235와 플루토늄의 비율이 너무 높아 일반 통에 있는 방사성 물질이 임계 질량에 도달할 수 있고 반응이 다시 격화될 수 있다. (끝)

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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