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2026-02-27 (금)

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[퓨처 Eyes(5)] 소형 원자로, 미래 전력 급부상

소형 원자로(Small Modular Reactor, SMR, 소형 모듈 원전)가 미래 전력으로 주목받고 있다. 소형 원자로는 그 이름에서 알 수 있듯이 작은 크기의 원자로를 의미한다. 최근 급격한 기후 변화의 위협으로, 탄소 배출을 최소화하는 에너지원에 대한 수요가 크게 증가하고 있다. 소형 원자로는 이러한 배경 속에서 미래의 주요 전력 공급 수단으로 각광받고 있다. '소형 원자로(SMR)'는 전통적인 대형 원자로와 달리 작은 크기로 경제성과 유연성, 안전성, 확장성 등의 장점을 갖고 있다. 미국 오픈AI의 창업자 샘 알트먼은 지난 7월 삼각형 모양의 특이한 목조 건물의 사진을 SNS에 게재했다. 얼핏 보면 휴양지 펜션이나 별장으로 보이는 이 건물은 사실 알트먼의 스타트업 오클로(Oklo)가 개발 중인 '소형모듈원자로'의 모형이다. 알트먼은 월가의 은행 거물 마이클 클라인과 함께 설립한 기업인수목적회사(SPAC)와 오클로를 합병했고, 그 사실을 알리기 위해 SNS에 이 사진을 올린 것. 오클로의 기업가치는 합병으로 8억5000만 달러(약 1200억 원)로 평가됐다. 오클로의 이름은 아프리카 가보니에서 발견된 20억 년 전의 자연 원자로에서 따온 것이며, 이 원자로는 자연 발생 원자로 현상을 기반으로 설계됐다. 그동안 원자로는 1986년 체르노빌 원전 사고, 2011년 일본 후쿠시마 원전 사고와 최근 러시아군의 우크라이나 위협 등을 고려하면 부정적인 이미지를 갖기도 했다. 특히 우리나라의 경우 일본이 지난 8월 후쿠시마 원전 처리 오염수 약 7800만톤(t)을 1차 방류한 데 이어 5일 비슷한 양의 2차 방류를 시작해 더욱 민감하게 받아들이고 있다. 차세대 원자로 SMR의 장점 '차세대 원자로'로 불리는 소형 원자로는 작은 크기로 설계되어 경제성이 뛰어나다. 이는 전통적인 원자로에 비해 적은 자원으로 건설할 수 있기 때문이다. 오클로와 같은 SMR들은 패시브 안전 시스템이 포함되어 있어, 비상 상황에서도 자동으로 안전하게 종료될 수 있다. 또한, SMR은 원자력 연료의 재사용 기술로 연료 수명을 연장하며, 방사성 폐기물의 양도 줄인다. 초기 투자 비용이 적기 때문에, 소규모 전력 시장과 개발 도상국도 원자력 발전을 채택하기 쉽다. SMR의 크기와 디자인은 유연성을 높여주며, 원격 지역, 도시 인근, 심지어 산업 시설 안에도 설치가 가능하다. 대부분의 부품은 공장에서 미리 제작되므로 현장에서의 설치도 빠르고 효율적이다. 필요에 따라 여러 개의 SMR을 한 지역에 설치해 발전 용량을 조절할 수 있어, 수요 변동에 유연하게 대응한다. 이러한 특징들로 인해 투자자들에게 상업적으로 매력적이며, 전통적인 대형 원자로보다 빠른 수익 회수가 가능하다. 알래스카 공군기지에 소형원자로 활용 실제로 미국 공군은 지난 8월 31일 알래스카 아일슨 공군기지에 오클로 원자로를 사용할 계획을 발표했다. 이 계획이 실행되면 미국 내에서 연방정부가 상업용 SMR을 사용하는 첫 사례가 될 것으로 보인다. 또 미국 원자력규제위원회(NRC)는 지난 9월 7일 미국 최초의 소형 모듈식 원자로(SMR) 프로젝트 중 하나에 대한 초기 건설 활동을 시작하기 위해 탄소 없는 전력 프로젝트(Carbon Free Power Project)의 신청을 검토하기로 합의했다 . 승인되면 회사는 뉴스케일파워의 기술을 사용하여 아이다호의 제안된 부지에 6모듈 소형 모듈식 원자로 발전소를 건설할 예정이다. 첫 번째 전력 모듈은 2029년까지 작동될 것으로 예상된다. 그밖에 SMR에 대한 활동과 투자자들의 관심은 지속적으로 증가하고 있다. 마이크로소프트의 창업자 빌 게이츠가 투자한 테라파워(Terra Power)도 2008년부터 신형 원자로를 개발하고 있다. 테라파워는 4세대 원전으로 분류되는 소듐고속도(SFR, Sodium Fast Reactor, 물 대신 소듐을 냉각재로 사용)인 NATRUMTM을 개발중이며 2030년 상용화를 목표로 하고 있다. 한국의 이창양 산업통상부 장관은 지난 7월 7일 미국의 소형모듈원전 개발 기업인 테라파워의 크리스 르베크(Chris Levesque) 대표와 만났다. 이 회동은 테라파워가 지난 4월 국빈 방미 때 한국수력원자력과 체결한 소형모듈원전 관련 업무 협약을 체결하는 등 국내 기업과 활발한 협력의 연장선 상에 있다. 미국 뉴스케일 파워도 SMR 개발에 나서고 있다. 이 회사는 지난해 SPAC와의 합병을 통해 상장했고, 최근 루마니아의 SMR 공장 건설 계획을 위해 여러 정부로부터 총 2억7500만 달러의 투자와 융자를 확보했다. 또한 미국 제너럴일렉트릭(GE)과 히타치제작소의 합작회사인 미국 GE히타치 뉴클리어 에너지는 캐나다에 SMR 플랜트를 건설하고 있다. 영국 롤스로이스 등 거대 산업체들도 속속 SMR 사업에 진출하고 있다. 게다가 영국은 지난 7월 "2050년까지 영국 전력의 4분의 1을 국내 원자력 에너지로 확보하겠다"고 선언하고, 가장 우수한 SMR 설계를 겨루는 국제 공모전을 시작했다. AI 등 신기술로 전력 수요 급증 이처럼 국제적으로 소형 원자로가 주목받는 배경으로는 첫째, 세계 경제의 성장과 인공지능(AI)과 같은 신기술에 대한 막대한 전력 수요때문이다. 전력 수요는 앞으로 몇 년 내에 크게 증가할 것으로 예상되고 있다. 이 때문에 저렴하고 안전한 청정 에너지에 대한 수요가 절실한 상황이다. 둘째, 전력 생산을 위한 화석 연료 의존은 지구 온난화 문제를 악화시킨다. 축전 기술의 진전 없이는 풍력이나 태양광 같은 재생 에너지만으로는 수급 차이를 해소하기 어렵다. 셋째, 원자력 기술의 진화다. 20세기에는 막대한 비용과 시간이 소요되는 거대한 발전소에서 에너지를 생산했다. 그러나 SMR은 크기가 작고, 공장에서 제작된 부품들을 현장에서 조립하기 때문에 건설에 드는 비용과 시간이 훨씬 적고, 전력 수요지 인근에 설치할 수 있다. 오클로와 테라파워와 같은 기업들이 개발 중인 기술은 재활용 가능한 핵폐기물을 연료로 활용하므로 핵폐기물 처리 문제의 해결에 기여할 잠재력을 보유하고 있다. 실제로 오클로의 경영진은 자사의 기술이 채택될 경우 "미국 내 사용후핵연료의 기존 재고만으로도 미국의 에너지 수요를 150년 이상 충당할 수 있다"고 강조했다. 오클로의 창업자 제이콥 드윗은 "이것이 탈탄소화를 위한 가장 좋은 방법"이라고 주장했다. 환경 운동가, SMR 건설 반발 그러나 모든 사람들이 이 의견에 동의하는 것은 아니다. 많은 환경 운동가들은 원자력을 부정적으로 바라보며, 그것을 '환경 친화적' 카테고리에서 제외하길 원한다. 미국 원자력규제위원회(NRC) 전 위원장 앨리슨 맥퍼렌은 원자력산업의 일부에서는 알트먼 같은 자유주의자(자유지상주의자)로 알려진 '테크 브로'(기술계의 자신감 있는 남성을 가리키는 말)가 '뉴클리어 브로'로 전락했다는 생각 자체를 반감으로 여긴다고 말했다. 맥퍼렌은 최근 SPAC의 구조와 과대광고에 대한 비판적인 기고에서 "제안된 SMR 중 일부만 실제로 입증되었으며, 원자력 규제기관의 승인을 받은 것은 없어서 상업적 활용 가능성이 아직 없다"고 주장했다. 그는 "기존 원자력 발전소는 온난화 가스 감축에 큰 기여를 해왔고 앞으로도 그럴 것이지만, SMR의 미래는 불확실하다"고 지적했다. 게다가 오클로가 지난해 미국 연방정부에 제출한 첫 라이선스 신청은 같은 해에 기각됐다. 드윗은 내년에 다시 신청할 계획을 세우고 있으며 그 결과에 대해 낙관적이지만, SMR을 활용한 원전이 적어도 2027년까지 가동을 시작하지 않을 것이라고도 인정했다. 지구의 온도가 1도 올라가는 데 과거에는 10만년이 걸렸다. 그런데 산업혁명 이후 불과 100년 동안 지구의 온도가 1도 올라갔다. 아프리카 북동부에 위치한 리비아는 지난 9월 11일 토네이도를 동반한 열대성 폭풍 대니얼이 북동부 지역을 강타해 댐 두 곳이 무너지면서 3만명 이상의 희생자가 발생했다. 소형 원자로 기술은 아직 완전히 검증되지 않았다. 그러나 전례 없는 대형 산불이나 대홍수 등 자연재해가 지구 곳곳을 샅샅이 훑고 지나가는 기후변화의 위협 속에서 가능한 모든 청정에너지 솔루션을 빠르게 탐색하고 실험하는 것이 중요하다.
- 포커스온
2023-10-05 09:55:00
美 스탠퍼드대, 세계 최강 'X선 자유전자 레이저' 개발

미국 에너지부 소속 스탠퍼드 대학교 SLAC 국립 가속기 연구소에서 세계에서 가장 강력한 X-선 레이저를 발사할 수 있는 업그레이드된 'X선 자유전자 레이저(XFEL)'를 선보였다고 더 레지스터가 최근 보도했다. 11억 달러(약 1조 4680억 원)의 비용을 들여 10년의 노력 끝에 4세대 X선 자유전자 레이저인 이 연구소의 LCLS(Linac Coherent Light Source ) 원자 X-선 자유전자 레이저가 업그레이드(LCLS-II) 되어 초당 최대 백만 펄스를 전달할 수 있게 됐다. 이번에 업그레이드된 LCLS-II는 이전 제품보다 8000배 더 많은 초당 최대 100만 개의 X선 플래시를 통해 양자 물질부터 청정 에너지 기술, 의학 분야에 이르기까지 광범위한 응용 분야의 핵심인 원자 규모의 초고속 현상을 탐구할 수 있는 문이 열렸다. 미국 정부는 각 펄스는 이전 기기에서 방출되는 것보다 최대 1만배 밝아졌으며, 이는 이전 모델보다 8000배 강력하다고 밝혔다. LCLS의 책임자인 마이크 듄(Mike Dunne)과 LCLS-II 프로젝트 리더인 그렉 헤이즈(Greg Hays)는 "이 X-선의 파장은 원자 크기와 유사해, 이를 통해 분자의 내부 구조를 분석할 수 있다. 또한, 이 X-선이 초고속 펨토초(십억분의 일초) 버스트로 방출되기 때문에, 움직이는 것들을 마치 '정지화면'처럼 디스코 라이트와 비슷한 효과로 촬영할 수 있다"라고 말했다. 펨토초 레이저는 매우 짧은 진동 폭을 가진 펄스를 연속적으로 낼 수 있는 레이저로 수백 킬로미터(km)의 거리에서 1 나노미터(㎚, 10억 분의 1 미터)의 차이까지 정밀 측정이 가능해 행성 탐사를 비롯해 통신이나 기상, 환경 측정 등에 활용된다. 연구원들은 "우리는 주변 세계가 원자 분자 규모에서 어떻게 작동하는지에 대한 스톱모션 영화를 만들어 낸다. 화학 반응을 실시간으로 추적하거나 초전도와 같은 양자 현상의 발생을 관찰하는 것과 유사하다"고 덧붙였다. 새로운 LCLS-II는 자외선 빛의 펄스를 생성하여 포토캐소드(광전음극, 광선에 노출될 때 광전자를 생성)와 충돌시켜 광전자를 방출한다. 이 전자들은 섭씨 마이너스 271도로 냉각된 37개의 크라이오젠 모듈(극저온 환경에서 사용되는 모듈)을 통해 이동하게 되는데, 이 모듈 안에는 초전도자석이 포함되어 있어 전자가 광속에 근접한 속도로 가속된다. X-선은 분자를 관통하며, 이때의 굴절을 통해 그 구조의 세부적인 패턴이 만들어진다. 더 강한 X-선 레이저를 활용하면, 과학자들은 물질이나 화학 반응의 실시간 변화를 더욱 빠르고 상세하게 캡처할 수 있게 되어, 해당 과정을 직접 관찰하는 능력을 갖게 된다. 제니퍼 그랜홈(Jennifer Granholm) 미국 에너지부 장관은 "SLAC의 LCLS-II 빛은 우주의 가장 작고 빠른 현상들을 탐색하며, 건강부터 양자 재료 과학에 이르기까지 다양한 학문에서 중요한 발견을 이끌 것"이라고 전했다. 이 개선된 X-선 레이저는 두 개의 크라이오플랜트(액체 냉매를 생성하고 저장하기 위해 사용되는 설비)가 장착됐다. 이 장비는 전자로부터 X-선을 생성하는 데 필요한 언듈레이터(undulator, 자기장과 전기장을 사용하여 입자를 진동시키고 광자를 방출) 두 개를 탑재했고, 더 민감한 감지기와 센서를 포함하고 있다. 또한 이러한 데이터를 신속하게 처리하는 능력도 갖추고 있다. 과학자들은 이 레이저를 사용하여 광합성이나 응축 물질 내 원자 간 상호 작용과 같은 과정을 조사할 예정이다. 듄과 헤이즈는 "소프트 X-선은 분자 내 전자의 위치를 파악하는 데에 유용해, 에너지와 전하의 움직임을 이해하는 데 도움을 준다. 예컨대, 태양에서 에너지를 어떻게 효율적으로 활용할 수 있는지를 알려주게 된다. 반면 하드 X-선은 원자의 위치를 표현해줘서 물질의 구조를 나타낸다. 이는 주변 환경의 구성 방식을 이해하는 데 유용하다. 특히 단백질 구조나 질병 치료에 쓰이는 의약품이 좋은 예시"라고 말했다. 과학자들은 몇 주 안에 이 장비로 실험을 시작할 계획이며, 다른 연구자들도 레이저를 사용하기 위해 시간을 신청할 수 있다. 아스메렛 아세포 베르헤(Asmeret Asefaw Berhe) DOE 과학국 국장 "LCLS-II와 연구자 공동체가 국가 과학의 우선 순위에 어떤 영향을 미칠지 기대하고 있다. 화학, 재료, 생물학 등의 기본 과학 연구부터 청정 에너지연구와 양자 정보 과학과 같은 프로젝트를 통한 국가 안보 확보에 이르기까지 다양한 분야에서 중요한 발견을 이끌어 낼 것"이라고 강조했다.
- 산업
2023-09-25 15:55:00