2030년 이후 에너지 위기를 해소하고 수소경제 시대에 대비하기 위한 4세대 원자로 개발 경쟁이 세계적으로 점화되는 가운데 우리 정부가 2025년 상용화를 목표로 4세대 원자로 개발에 나섰다.
4세대 원자로란 현재 세계 각국이 운영중인 원전(2세대 원자로)과 상용화 개발을 진행 중인 3세대 원자로에 이어 20년 후 각국이 도입할 차세대 원자력시스템을 가리킨다. 이미 미국, 일본 등이 자국의 모델을 세계 표준으로 채택하기 위해 발빠르게 움직이고 있다.
11일 정부와 출연연구소에 따르면 우리 정부는 최근 4세대 원자로 기초연구를 마치고 상용화 모델 중 3개 후보 모델을 압축해 오는 7월말까지 기술적, 경제적 타당성 조사를 진행 중이다. 또 다음달 중 미국, 영국, 프랑스, 일본 등 11개국가와 4세대 원자로 공동연구협정을 체결하고 연내 연구개발 작업에 본격 착수할 예정이다.
◇4세대 원자로 연구 어디까지=미국, 영국, 프랑스, 스위스 등 선진국이 주도하는 국제 4세대포럼(GIF:Generation IV International Forum)은 △가스냉각 고속로(GFR) △납냉각 고속로(LFR) △소듐냉각 고속로(SFR) △용융염로(MSR) △초고온가스로(VHTR) △초임계수냉각로 시스템(SCWR)의 6종류의 4세대 원자로를 제안하고 있다.
우리 정부는 이 중 순수 전력발전용도의 SCWR, 수소생산이 가능한 VHTR, 핵연료재처리 기능이 우수한 SFR의 세 모델 중 1개 또는 2개 모델을 상용화하는 방안을 유력하게 검토 중이다.
정부는 4세대 원자로 선정 기준으로 △대규모 전력망에 적합한 대형 전력공급 능력 △소규모 전력망 또는 분산전원에 적합한 소형 전력공급 능력 △전력 및 출구의 고온을 이용한 수소생산 가능여부 △고준위 방사성 폐기물 함유물의 일종인 악티나이드의 관리(처리) 기능 등을 우선 고려한다는 방침을 세운 것으로 알려졌다.
4세대 원자로는 20년 동안 7800억원의 예산이 투입돼야 하는 대형 프로젝트로 어떤 모델을 채택하느냐에 따라 국가 경쟁력이 좌우되는 사안이기 때문에 치밀한 분석과 조사가 필요하다는 것이 전문가들의 지적이다.
◇4세대 원자로 모델 어떤 게 있나=SFR은 원자로 출구온도가 낮아 수소생산용으로는 적합치 않지만 대용량 시스템으로 1000㎿급 전력을 생산할 수 있는 순수 발전용 시스템으로 평가된다. 재순환 핵연료주기를 채택하고 있어 핵연료재처리도 가능하다.
VHTR은 흑연을 감속재로 헬륨을 냉각재로 사용하는 원자로로서 비순환 핵연료주기 즉 핵연료 재처리가 불가능한 시스템을 갖고 있다. VHTR의 가장 큰 장점은 수소생산과 전력생산이 가능한 복합발전 시스템이라는 것. 수소경제 시대에 대비하기 위해 미국, 일본 등이 큰 관심을 갖고 있는 시스템이다. 그러나 대형발전용으로는 부적합하고 전력보다는 수소생산에 중점을 두고 설계돼 있다.
SCWR은 물의 임계점 이상에서 운전되는 고온·고압의 수냉각로이다. 경수로에 비해 열효율이 30%이상 높다. 핵연료를 재처리할 수 있는 고속중성자 스펙트럼 방식과 재처리가 불가능한 열중성자 스펙트럼 두 가지 방식이 있다. 고속중성자 스펙트럼 방식은 핵연료를 재처리해 사용할 수 있지만 수소생산 용도로는 적합치 않고 전력생산 역시 중형급 수준이다.
조윤아기자@전자신문, forange@