다음 달 12일은 일본 후쿠시마 원자력 발전소(원전) 사고가 일어난 지 1년이 되는 날이다. ‘수소 폭발’ ‘노심용융’ ‘방사성물질 누출’ 등 재앙의 순간들이 아직도 눈앞에 생생하다. 원전은 더 안전하고 깨끗한 미래 에너지로 다시 태어날 수 있을까. 최근 원전의 문제점을 극복할 수 있는 소형 원전 등 차세대 원전이 새로운 대안으로 떠오르고 있다.



“선박의 동력원은 10년 주기로 바뀌었습니다. 이제 원자력이 배를 움직일 겁니다.”



10일 대전 KAIST에서 원자력과 선박 전문가 100여 명이 한자리에 모였다. 원전을 육지가 아닌 바다에서 활용할 방법을 논의하기 위해서다. 정현 KAIST 해양시스템공학전공 교수는 바다에서 액화천연가스(LNG)를 시추하고 정제한 뒤 저장하는 과정을 한꺼번에 할 수 있는 배인 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO)를 원자력추진선으로 바꾸는 연구를 발표했다. 같은 과의 이필승 교수는 “연안에서 2∼3km 떨어진 바다에 지지대를 박고 그 위에 원전을 건설할 수 있다”고 제안했다. 이 교수는 “러시아는 이미 배에 싣는 해상원전을 개발해 올해 운항을 시작할 예정”이라고 말했다.



● 항구에서 분리되는 원자력 배



원전을 선박의 동력원으로 활용하는 것은 원자력 전문가들의 오랜 꿈이다. 원전은 소형으로도 많은 에너지를 내기 때문이다. 문제는 배가 항구로 들어올 때 안전한가 여부다. 황일순 서울대 원자핵공학과 교수는 “동력부와 기관부를 분리한 원자력추진선이 안전 문제를 해결할 수 있다”고 말했다. 먼바다에서는 원전을 이용하고, 항구에 들어올 땐 원전 엔진을 디젤기관으로 바꾸는 방식이다. 배가 들어오는 대신 거꾸로 ‘움직이는 항구’가 배에 접근해 화물이나 승객을 실어 나르자는 아이디어도 있다.



원자력을 동력원으로 쓰기 위해서는 소형화가 필수다. 원전을 표준화하고 작은 캡슐처럼 만드는 것이다. 이를 ‘소형모듈화원전(SMR)’이라고 한다. 전기 생산량을 기준으로 기존 원전의 10분의 1에서 3분의 1 정도 크기다. 소형 원전은 크기가 작기 때문에 사고가 나도 공기만으로 냉각이 가능하다. 물가에 건설할 필요가 없어 입지도 자유롭다. 대용량 발전소에서는 마치 건전지처럼 여러 개를 연결하면 된다.



이정익 KAIST 원자력및양자공학과 교수는 “소형 원전은 전력이 많이 필요한 나라와 소규모 국가, 대형 원전을 세우기엔 부담스러운 오지, 바다 위 등 어디라도 설치할 수 있다”고 말했다.



● 한 번 연료 넣으면 30년 항해



소형 원전을 기존 방식(3세대, 3.5세대) 대신 4세대로 꼽히는 고속로 등을 활용해 개발하는 방안도 유력하다. 고속로는 기존 원전이 이용하지 못하는 무거운 우라늄 연료(우라늄238 동위원소)와 핵폐기물인 사용후핵연료(폐연료봉)까지 연료로 쓸 수 있는 미래형 원전이다. 다양한 연료를 태울 수 있어 한 번 연료를 넣으면 선박의 수명인 30년보다 오래 운영할 수 있다. 연료를 교체할 필요가 없어 폐기물 걱정이 적고, 북극항로 등 장기간 항해해야 할 때도 연료 보급이 필요 없다.



김용희 KAIST 원자력및양자공학과 교수는 “현재의 가압수형 원전은 연료 교체 주기가 10년이 채 안 된다”며 “선박 동력원으로는 고속로가 유력한 대안”이라고 말했다. 한국원자력연구원은 고속로를 비롯해 고온가스로 등 4세대 원전을 대형 원전의 새로운 방식으로도 개발하고 있다.



이 밖에 미국 중국 인도 등은 우라늄 대신 토륨을 원전 원료로 사용하는 방안도 기존 원전의 대안으로 모색하고 있다. 홍승우 성균관대 물리학과 교수는 “토륨은 우라늄보다 양이 풍부할 뿐만 아니라 사고가 나면 자동으로 원자로가 꺼져 사고가 더는 커지지 않는다”고 말했다.



톡톡 튀는 다양한 소형 원전 아이디어와 소듐(나트륨)냉각고속로, 납냉각고속로 등 미래를 이끌어갈 차세대 원전의 국내 연구 현황을 과학동아 3월호에서 만날 수 있다.



윤신영 기자 ashilla@donga.com