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안전한 미래를 위한 제4세대 원자력발전

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2015.08.05 17:53 프린트하기

오늘날 전 세계는 지속가능하면서도 경제성이 뛰어난 에너지원을 개발하기 위해 노력을 기울이고 있다. 온실가스를 배출하지 않으면서 비용 대비 효율이 뛰어난 에너지원으로 원자력발전이 주목받고 있지만, 아직까지 안전성에 대한 믿음이 부족한 것은 사실이다.

 

하지만 전 세계가 힘을 모아 기존과는 차원이 다른 새로운 원자력시스템을 개발하고 있다. 현재의 3세대 원자로보다 안전성과 경제성이 훨씬 높고 핵 비확산성은 향상된 차세대 원자로, 제4세대 원자력발전 기술이 그것이다.

 

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안전성·지속가능성·경제성·핵확산저항성 4가지 목표
전 세계의 원자력 선진국들은 4가지 목표를 세우고 제4세대 원자력시스템을 추진하고 있다. 4가지 목표는 안전성, 적은 방사성폐기물, 높은 경제성, 핵무기로 이용될 가능성이 적은 핵확산저항성을 획기적으로 향상시킨다는 것이다. 이미 지난 2001년 한국과 미국, 일본, 프랑스, 영국, 스위스, 남아프리카공화국, 캐나다, 브라질, 아르헨티나 9개국이 힘을 모아 ‘제4세대 원자력 시스템 국제포럼’(GIF)을 창설해 미래 원전을 준비하고 있으며 유럽연합, 러시아, 중국이 동참하며 13개국으로 늘었다. 이들은 2030년 이후 4세대 원자력시스템을 적용한 원자력발전소를 실용화하기 위해 기술 개발이 한창이다.

 

GIF는 4가지 목표에 적합한 6개의 신개념 원자로를 다음과 같이 선정했다. ① 가스냉각고속로(GFR), ② 납냉각고속로(LFR), ③ 소듐냉각고속로(SFR), ④ 용융염로(MSR), ⑤ 초고온가스로(VHTR), ⑥ 초임계수냉각로(SCWR).

이 중에서 우리나라는 전 세계가 안전성과 경제성을 모두 인정한 소듐냉각고속로(SFR)와 초고온가스로(VHTR)를 선택해 개발에 나서고 있다.

 

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우라늄 소비와 방사성폐기물 양 1/100로 줄인 소듐냉각고속로
소듐냉각고속로는 6개의 신개념 원자로 중 실현가능성이 가장 높은 기술로 평가받고 있다. 현재 가동 중인 경수로가 핵연료를 한 번 쓰고 처분하는 데 비해 소듐냉각고속로는 사용한 연료를 재활용해 우라늄 이용률을 100배 이상 높일 수 있고, 고준위방사성폐기물량을 100분의 1 수준으로 크게 낮출 수 있다. 방사성 폐기물의 독성유지 기간을 기존 수만 년에서 수백 년 단위로 줄이는 기술인 셈이다.

 

게다가 금속핵연료를 사용해 열전달이 우수하고 수소가 전혀 나오지 않기 때문에 수소로 인한 폭발 사고는 생길 가능성이 없다. 또 원자로의 냉각기능이 마비돼도 자연현상만으로 원자로를 냉각시킬 수 있는 ‘피동 원자로 잔열제거’ 시스템을 도입해 원자로 노심용융 사고를 방지할 수 있다.

 

우리나라가 개념설계를 마친 전기용량 600MW급의 풀형 원자로 ‘칼리머-600’은 제4세대 원자력시스템 국제포럼에서 제4세대 소듐냉각고속로 개념 중 하나로 선정됐다. 세계가 우리나라의 소듐냉각고속로 설계기술을 인정한 것이다.

 

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가장 안전하고 경제성 뛰어난 초고온가스로
헬륨을 냉각재로 흑연을 감속재로 사용하는 초고온가스로(VHTR)는 제4세대 미래원자력시스템 국제포럼이 선정한 6개 신개념 원자로(가스냉각고속로, 납냉각고속로, 소듐냉각고속로, 용융염로, 초고온가스로, 초임계수냉각로) 중에서 가장 안전하고 경제성도 뛰어난 원자력시스템으로 평가받고 있다. 자연현상인 원자로의 열전도와 복사냉각만으로도 잔열을 제거해 원자로를 냉각시킬 수 있어 여러 가지 사고가 발생하더라도 원자로의 안정성을 확보할 수 있다.

 

또 초고온가스로는 고온의 열에너지를 이용해 원자로에서 발생하는 열에너지의 50%를 활용할 정도로 에너지 효율이 뛰어나다. 특히 황이나 요오드 같은 촉매를 이용해 900℃ 수준에서 물이 저절로 수소와 산소로 분해되도록 해, 대량의 수소를 생산할 수 있다.

 

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이처럼 초고온가스로는 수소를 대량 생산해 수소자동차와 같은 다양한 산업 분야에 활용할 수 있다는 큰 장점을 갖고 있다. 덕분에 수소연료를 사용하는 미래의 ‘수소경제’ 시대에 대량의 수소를 값싸게 제공할 수 있어 에너지 문제와 온실가스 문제를 동시에 해결할 수 있는 기술로 세계가 주목하고 있다. 실제 우리나라를 비롯해 일본, 미국 등 10여 개국이 본격적으로 연구에 참여해 개발에 나서고 있다.

 

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초고온가스로는 공동연구개발도 진행 중이지만 각국이 독자적으로 개발계획을 수립하고 추진 중이기도 하다. 미국은 NGNP(Next Generation Nuclear Plant) 사업을 통해 전력생산, 산업체 열공급, 수소생산을 위한 실증로 건설사업을 진행 중이다.

 

일본은 1998년부터 30MWt 열출력을 갖는 초고온가스 실험로를 운전 중이며, 2010년 950℃로 50일 이상 운전하는 데 성공했다. 중국은 베이징 인근에 고온가스실험로를 건설해 운용한 경험을 바탕으로 산둥반도 지역에 고온가스원자로를 건설하고 있다.

 

머지않은 미래에 안전하고 경제성이 뛰어나며, 적은 방사성폐기물로 지속가능한, 핵확산저항성을 갖춘 제4세대 원자로를 만날 수 있을 것이다. 그 때가 되면 원자력발전에 대한 개념과 인식도 지금과는 많이 달라질 것이다.

 

* 본 기사는 한국원자력문화재단의 아톰스토리(http://atomstory.or.kr)에서 발췌한 내용입니다.  


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