중국의 무한한 원자력 에너지: 꿈에서 현실로

여러분, 오늘 중국 무한 핵에너지의 새로운 진전에 대해 이야기해 보겠습니다. 사우스차이나모닝포스트에 따르면, 중국과학원 상하이응용물리연구소의 간쑤성 우웨이 소재 2메가와트 토륨 기반 용융염 실험로에서 최초로 원자로 내 토륨-우라늄 전환을 실현했다고 합니다. 이는 정말 놀라운 소식입니다. 토륨 기반 용융염 원자로는 제4세대 소형 원자로로, 우라늄 대신 토륨 원소를 연료로 사용하고, 액체 용융염을 연료 운반체 및 냉각제로 활용합니다. 놀라운 점은 소량의 우라늄만으로도 연쇄 반응을 일으켜, 본래 핵분열이 잘 일어나지 않는 토륨-232가 중성을 흡수해 토륨-233이 되고, 이는 다시 아메리슘-233으로 붕괴되며, 툴륨-233은 다시 우라늄-233으로 붕괴되고, 새로 변환된 우라늄-233은 열과 중성을 방출하여 반응을 유지함으로써 토륨-232가 더 많은 우라늄-233을 생성하게 하여 연료 증식을 실현합니다. 마치 화로에 석탄 한 덩어리를 넣고, 그 뒤에 돌을 넣으면 돌이 석탄으로 변하고, 계속해서 돌을 넣으면 석탄이 끊임없이 생성되어 불이 계속 타오르는 것과 같습니다. 우리나라는 빈약한 우라늄 보유국이지만, 토륨은 엄청나게 많이 있습니다. 제가 이전에 말씀드렸듯이 희토류, 인산염, 광물, 모노니트 속에 토륨이 포함되어 있습니다. 이러한 산업들은 서로 밀접하게 연결되어 있습니다. 내몽골 바이윈에보 광구의 경우, 과거 채굴 과정에서 나온 폐석에 포함된 토륨 매장량만으로도 전국에 1,000년 이상 전력을 공급하기에 충분합니다. 광산 전체를 완전히 채굴한다면 향후 6만 년 동안 사용할 수 있습니다. 게다가 원자로 노심 외부에 연료봉을 만들 필요가 없고, 원자로 가동을 중단하지 않고도 적시에 연료를 교체할 수 있어 복잡한 공정을 생략함으로써 연료 이용률을 높이고 핵폐기물을 줄일 수 있습니다. 게다가 물을 전혀 필요로 하지 않습니다. 기존 원자력 발전소가 대개 해안가나 큰 강가에 건설되는 것은 대량의 물 냉각이 필요하기 때문입니다. 반면 용융염 원자로는 물이 부족한 내륙 지역에도 건설할 수 있습니다. 예를 들어 우웨이(武威)는 고비 사막 위에 건설되었으며, 앞으로는 어디에나 건설할 수 있어 배치에 있어 매우 유연합니다. 따라서 이론적으로 이는 거의 완벽한 궁극의 에너지 솔루션이라 할 수 있습니다. 우리의 실험용 원자로는 세계 최초로 임계 상태 달성, 최대 출력 가동, 그리고 용융염 원자로에 토륨을 주입하는 등 일련의 핵심 단계를 성공적으로 달성하여 가장 앞서 나가고 있습니다. 이렇게 훌륭한 기술인데, 전 세계 원자력 발전소들은 왜 이를 사용하지 않는 것일까요? 이는 정말 역사가 던진 거대한 농담입니다. 원래 미국이 이 기술의 선구자였는데, 60년대 오크 리지 국립연구소의 용융염 실험로 운영은 매우 성공적이었습니다. 우리와 이번의 차이점은, 그들이 다른 원자로에서 토륨을 우라늄으로 가공한 뒤, 그 우라늄을 용융염 원자로에 넣었다는 점뿐입니다. 따라서 연료의 전환만 실현했을 뿐, 가동 중 연료 보충 및 폐기물 배출과 같은 폐쇄형 연료 순환은 구현하지 못했다. 그러다 이 프로젝트는 70년대에 미국 정부에 의해 강제로 중단되었는데, 그 이유는 세 가지다. 첫째는 기술 노선 갈등으로, 당시 원자력위원회는 용융염 원자로 대신 액체 금속 고속로(LMF)를 선택했다. 그 결과 용융염 원자로 예산이 전액 삭감되었고, 해당 기술 노선 전체가 포기되었는데, 그 이면에는 많은 관료적 정치가 작용했습니다. 둘째는 군사적 요인과 경로 의존성입니다. 액체 금속 고속로에서는 플루토늄 239를 생산할 수 있는데, 이는 핵무기 제조의 핵심 재료입니다. 반면 용융염 원자로에서 생산되는 우라늄-233은 무기화하기 어려웠고, 냉전 시기 미국 입장에서 무기 제조에 적합하지 않은 핵연료 순환 방식은 당연히 매력이 크게 떨어졌다. 마지막으로 상업적 관성이 있었다. 당시 상업용 원자력은 핵잠수함에 사용되는 경수로를 사용하고 있었으며, 이미 시장화되어 있었기에 누구도 자신들의 입지를 위협할 신기술을 지원할 동기가 없었다. 미국이 이 기술을 반세기 동안 묻어두었기 때문에, 오늘날 중국은 이 노선을 재개하여 현재 전 세계에서 유일하게 가동 중인 토륨 기반 용융염 원자로를 건설했을 뿐만 아니라, 한 걸음 더 나아가 원자로에 직접 토륨 원료를 투입하여 원자로 내 증식을 검증하고 있다. 흥미로운 점은, 당시 미국이 이 기술이 군사적 용도에 적합하지 않다고 여겼지만, 오늘날 이는 오히려 민간 원자력 분야에서 엄청난 장점으로 작용하고 있다는 것입니다. 바로 천연의 핵확산 방지 연료이기 때문입니다. 만약 상업화에 성공한다면, 이는 단순히 중국의 발전 문제만을 해결하는 데 그치지 않고, 에너지와 핵 안전이라는 두 가지 과제를 동시에 해결함으로써 전 세계를 더욱 지속 가능한 원자력 미래로 이끌게 될 것입니다. 어제 청정 에너지 분야를 담당하는 동료의 실사 보고를 들었는데, 그는 올해 7월과 8월 두 달 동안의 월별 전력 소비량이 모두 1조 킬로와트시를 돌파했다고 말했다. 이는 세계 2위 전력 소비국인 미국의 두 배가 넘는 수치이며, 아세안 10개국 전체의 연간 전력 소비량 합계와 맞먹는 수준이다. 발전량은 아마도 이 수요를 따라가지 못할 것이다. 그중 화력 발전의 비중은 절반 미만으로 떨어졌고, 그 공백을 메운 것은 주로 풍력 및 태양광 발전이었으며, 원자력 발전이 차지하는 비중은 여전히 5%에 불과해 상당히 미미했습니다. 생각해 보세요. 토륨 기반 소형 원자로 기술이 보급되어 에너지가 극도로 풍부해진다면, 문명은 어떤 단계로 진입하게 될까요? 지금은 상상만 할 수 있을 뿐입니다. 자, 오늘은 여기까지입니다. 다음에 상상할 여지가 있는 자료가 보이면 다시 공유하겠습니다. 안녕히 계세요.