■ 한국, 4세대 원전 소듐 냉각 고속로(SFR) 상용화!

 

■ 한국, 4세대 원전 소듐 냉각 고속로(SFR) 상용화!

 

● 한국의 핵연료 재활용 기술, 미국에서 공식 승인했다.

 

★ 파이로프로세싱(pyrocemical processing)은 사용후 핵연료를 고온 상태에서 용융염에 녹이고, 전기 분해를 가하여, 다시 핵연료로 쓸 수 있는 물질들을 추출하는 건식 재처리 방식이다. 500℃ 이상의 고온에서 사용후핵연료를 용융염에 녹인 다음, 전기분해를 가했을 때, 사용후 핵연료에 포함된 우라늄, 플루토늄 등이 보이는 반응의 차이를 이용한다. 여기서 용융염(Molten Salt)은 마치 소금을 용융시킨 것과 유사한 공융염 혼합물(LiCl-KCl)이라고 불리는 물질을 말하며, 사용후 핵연료를 녹이는 용매 역할을 한다. 파이로프로세싱은 플루토늄만을 따로 추출하지 않는다. 순도 높은 플루토늄을 뽑아내는 Purex와 달리 플루토늄이 갖가지 초우라늄 원소와 뒤섞여 추출된다. ‘초우라늄 원소(TRU)’는 수만 년이 지나도 강한 방사선을 내뿜는 고(高)독성 장반감기 핵종(플루토늄, 넵투늄, 아메리슘, 퀴륨 등)을 말한다. 추출한 초우라늄 물질들을 핵연료로 쓰는 4세대 원전 소듐 냉각 고속로(SFR)가 드디어 상용화되는 길이 열렸다.

 

● 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR), 친환경 소형 원자로에 활용 가능

 

★ 원자력발전소의 사용후 핵연료 (폐연료봉)를 4세대 원전 소듐 냉각 고속로(SFR)의 핵연료로 재활용하는 첨단 기술인 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR) 연구 결과를 미국 원전 당국이 공식 승인한 것으로 확인됐다. 1978년 첫 원전(고리 1호기) 가동 이후, 40여 년간 쌓아만 두던 폐연료봉 1만 7,500여t을 처리할 방법이 처음 열렸다. 2021년 09월 01일 과학기술정보통신부에 따르면, 한.미 원자력 연료주기 공동연구(JFCS) 운영위원회는 미 아이다호연구소, 아르곤연구소와 한국원자력연구원이 지난 10여 년간 연구한 결과를 토대로 작성한 JFCS 보고서를 2021년 08월 최종 승인했다. 한.미 원자력 연료주기 공동연구(JFCS) 운영위는 미 국무부, 에너지부, 핵안보청과 한국 과기정통부, 외교부, 산업통상자원부, 원자력안전위원회가 참여한다.

 

● 포화 상태의 폐연료봉 처리 길 열렸다.

 

한.미 원자력 연료주기 공동연구(JFCS) 보고서는 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR)의 기술적 타당성, 경제적 실현 가능성, 핵 비확산성에 대한 근거를 담은 방대한 연구 자료로 1,000쪽에 이른다. 구체적 내용은 양국 간 협의에 따라 공개되지 않는다. 보고서는 “파이로-소듐 냉각 고속로(SFR)이 상용화를 위한 후속 연구에 들어갈 단계가 됐다”는 내용을 담은 것으로 알려졌다. 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR)은 핵폭탄 연료인 플루토늄을 추출하는 것이 불가능한 건식 공정이다. 빌 게이츠와 워런 버핏이 2021년 06월 ‘미래 에너지 산업의 게임 체인저’라며 공동 개발을 천명한 원전도 SFR이다.

 

● 한국, 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR) 원천 기술 세계 첫 확보했다.

 

사용후 핵연료는 엄청난 방사선을 내뿜기 때문에 여러 저장 단계를 거친다. 먼저, 원전 내 수조에 임시로 뒀다가 (습식 저장) 5년 정도 지난 후, 건식 저장 시설(콘크리트 무덤)로 옮겨야 한다. 이뿐만 아니라 추가 중간 저장을 거쳐야 하며, 지하 500m 아래 완전히 파묻을 수 있는 사용후 핵연료 저장 특수 시설(URL)도 필요하다. 스웨덴, 스위스, 핀란드, 프랑스, 일본 등은 사용후 핵연료 저장 특수 시설(URL) 운영을 시작했지만, 국내에는 중간 저장 시설과 사용후 핵연료 저장 특수 시설(URL)이 전무하다. 현재 모든 폐연료봉은 원전 내에 쌓아만 두고만 있다. 2021년 06월 기준 1만 7,578t이 저장되어 있다.

 

문제는 저장 시설이 감당할 수 없을 정도로 사용후 핵연료 축적 속도가 빨라지고 있다는 점이다. 경북 경주 월성 원전 1-4호기 포화율은 2021년 06월 98.2%에 육박했다. 당장 2022년 3월 ‘강제 셧다운’에 들어갈 판이다. 경북 울진 한울1-6호기는 86.9%, 부산 기장 고리1-4호기와 신고리 1.2호기는 83.8%, 전남 영광 한빛1-6호기는 76.2%에 달한다.

 

파이로-SFR은 이런 ‘골칫거리’를 해결할 길을 열어줬다는 점에서 주목할 만한 성과이다. 폐연료봉의 ‘초우라늄 원소(TRU)’를 핵 비확산 기조에 맞게 안전하게 처리하여 사용전 핵연료로 재활용할 수 있기 때문이다. ‘초우라늄 원소(TRU)’는 수만 년이 지나도 강한 방사선을 내뿜는 고(高)독성 장반감기 핵종(플루토늄, 넵투늄, 아메리슘, 퀴륨 등)을 말한다. 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR)은 폐연료봉의 1% 가량을 차지하는 ‘초우라늄 원소(TRU)’를 추출하여 소각한 뒤, 소듐 냉각 고속로(SFR) 원료로 재투입하여 탄소 배출 없이 전기 에너지를 생산할 수 있다. 한.미 원자력 연료주기 공동연구(JFCS) 보고서는 특히 한·미 공동 연구진이 1회당 사용후 핵연료 4-5㎏을 처리할 수 있는 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR) 원천 기술을 세계에서 처음으로 확보했다고 평가했다. 과기정통부는 2021년 내에 각계 의견 수렴을 거쳐 파이로-소듐 냉각 고속로(SFR) 실증 연구 및 상용화 계획을 마련할 방침이다.