'차세대 원전' SMR, 탄소중립의 구원투수로 등판할까

두산중공업이 주기기 제작에 참여하는 뉴스케일 소형모듈원전(SMR) 플랜트 가상 조감도

탄소중립 시대 무탄소발전원으로 전세계적인 주목을 받는 소형모듈원자로(SMR) 개발을 위해 정부도 소매를 걷었다. 2028년을 목표로 총 사업비 5800억원 규모의 사업비가 투입되는 혁신형 SMR(i-SMR) 개발을 위한 예비타당성조사(예타)가 진행된다. SMR은 대형 원전에 비해 투자비가 적게 들고 보다 안전하다. 신재생에너지의 한계로 지목되는 간헐성을 보완할 수 있는 것은 물론 주민수용성 확보가 어려운 대규모 송전망 구축의 현실적 대안으로 꼽히는 분산형 전원에 안성맞춤이라는 평가다.

20일 원자력업계에 따르면 산업통상자원부와 과학기술정보통신부는 지난 2일 혁신형 SMR 개발을 위한 예타를 신청했다. 총사업비가 5832억원에 달하는데, 이중 정부가 3986억원을 지원하고 민간이 1846억원을 투자한다. 계획대로 투자가 이뤄지면 2028년쯤 혁신형 SMR 기술을 확보할 수 있을 것으로 전망하고 있다.

SMR은 기존 대형원전의 증기발생기, 냉각재 펌프, 가압기 등 주요 기기를 하나의 용기에 일체화한 전기출력 300MW 안팎의 소형원자로를 말한다. 탄소배출이 거의 없고 안전성이 크게 향상돼 차세대 에너지원으로 부각되고 있다. 한국이 개발을 추진하고 있는 혁신형 SMR은 170MW(메가와트)급 소형모듈원자로로 무붕산, 내장형 제어봉구동장치 등을 설계 적용해 국내외 SMR 대비 안전성, 경제성이 뛰어나다는 평가를 받고 있다.

SMR은 탄소중립 목표 달성을 위한 게임체인저가 될 것이라는 기대감이 크다. 그 자체로 탄소 배출이 거의 없는데다 최고 수준의 청정 에너지인 '그린(Green) 수소' 생산에도 활용되기 때문이다. 수소는 생산과정에서 이산화탄소를 배출하면 그레이(grey) 수소라고 한다. 천연가스 개질이나 수소환원제철 방식 등으로 생산한 수소가 대표적인 그레이 수소다. 이때 발생하는 이산화탄소를 포집해 저장하면 블루(blue) 수소로 분류한다.

한발 더 나아가 전기로 물을 분해해 생산한 수소를 그린 수소라고 하는데, SMR은 발전 과정에서 아예 이산화탄소가 발생하지 않는다. 원자로의 경우 기저전원으로 쓰일 만큼 안정적인 출력이 장점인 만큼 수전해 시스템에 활용하기에 용이하다. 수전해가 아니더라도 고온의 증기에 촉매를 넣어 수소를 대규모로 생산할 수도 있다. 원전을 소형화해 주민 수용성과 안전성, 경제성만 높일 수 있다면 그린수소 생산과 가장 시너지가 큰 전원이라는 얘기다.

이미 세계적으로 탄소중립 목표 달성을 위해 원전의 중요성이 다시금 부각되고 있는 상황이다. 이달 16일 국제원자력기구(IAEA)는 일본 후쿠시마 원전 사고 발생이후 10년 만에 처음으로 2050년 세계 원자력 발전량의 잠재 성장 전망치를 높였다. IAEA는 탄소중립 사회 실현에 원전이 필수적이라고 보고 있는 것이다.

IAEA 보고서에 따르면 탄소중립 실현을 위해 원자력을 활용한 수소 생산 기술과 소형 원자로 기술 등을 도입해야 한다. 앞으로 30년간 글로벌 전력 생산량이 2배가량 증가할 것으로 보이는 만큼 원전 생산량도 같이 증가해야 한다고 봤다. 특히 전 세계 원자로 중 3분의 2가 30년 넘게 가동 중인 상태인 만큼 노후화된 원자로 대체를 위해 더 많은 원전이 건설돼야 한다고 IAEA는 밝혔다.

현재 세계 노후 상용원전 중 48기가 500MW(메가와트)급 이하다. SMR의 전기출력 300MW 이하인 만큼 이들 노후 상용원전을 대체할 수 있을 것이라는 얘기다. 또 공장제작, 현장조립이 가능한 소형 원전인 만큼 전력망과 무관한 분산형 전원, 수소생산, 해수담수화 등 다양한 곳에 활용이 가능하다. 영국 국립원자력연구소는 2035년까지 전 세계에서 65~85GW(1GW는 원전 1기 설비용량)의 SMR이 건설이 추진될 것으로 전망하고 있다. 시장 규모는 연간 150조원으로 확대될 것이란 전망이다.

현재 한국 뿐 아니라 수 많은 국가들에서 총 71종 이상의 SMR이 개발되고 있다. 미국 17기, 러시아 17기, 중국 8기, 일본 7기, 한국 2기 등 미국과 러시아가 기술개발을 주도하고 있다. 개념설계 40기, 기본설계 5기 등 대다수가 개발 초기 단계에 있다. 현재 상용화를 앞둔 노형은 운영 1건, 건설 중 2건, 설계인증 2건 수준이다.


미국은 원전을 청정에너지 전환을 위한 수단으로 인식하고 있다. 바이든 행정부는 원자력전략비전을 세우고 차세대 원자로 기술과 SMR 개발에 7년간 32억달러(약 3조6000억원)를 투자키로했다. 영국은 SMR을 최대 16기 건설하기 위해 5년 동안 2억파운드(3200억원)를 투자할 계획이며 프랑스는 2019년부터 소형모듈원전 개발에 나섰다. 중국은 올해 6월 ACP100 모델의 기존 창장 원전 내 실증 건설을 허가해 상용화에 착수했고 러시아는 이미 세계 최초로 해상 부유식 SMR을 상용화해 지난해 5월부터 동시베리아의 페벡시에 전력을 공급하고 있다.

정재훈 한수원 사장은 "탄소중립위원회의 초안에 목표치는 제시됐지만 구체적인 접근 사다리에 대한 논의가 빠졌다"며 "높은 비중의 신재생에너지를 원하면서도 간헐성을 극복하기 위한 현실적 대안도 생략됐다"고 말했다. 이어 "모든 전력공급을 이어줄 그리드의 병목현상에 대한 근본적 대처가 없다는 문제가 있다"면서 "이를 모두 관통할 수 있는 해결책이 혁신형 SMR의 조기 개발과 사업화"라고 강조했다.