기후변화에 대한 대응 문제가 전 세계적인 공통의 문제로 앞으로 글로벌 차원의 대응이 제대로 이뤄지지 않을 경우, 지구촌은 대재앙을 맞이할 것이라는 매우 심각한 경고들이 나오고 있다.

2021년 10월 31일부터 11월 13일까지 스코틀랜드 글래스고에서 열린 제 26차 기후변화협약당사국총회(COP26)에서 세계의 대부분의 나라들이 오는 2050년까지는 탄소중립(Carbon Neutral)을 선언하는 등 꽤나 적극적인 움직임을 보여주기는 했지만, 실제로 선언한 만큼의 효과를 볼지는 아직 아무도 알지 못한다.

전 세계적으로 신재생에너지를 기존의 화석연료를 대체하기만 하면 큰 문제없이 탈탄소(decarbonization)를 달성할 수 있을까? 많은 과학자들조차 정치적, 경제적 현황 문제들 때문에 쉽지 않을 것이라는 것은 짐작하고 있다. 실제로 나라마다 정책 시행 시기와 산업구조 문제 등으로 중국과 인도 같은 배출대국(排出大國)들이 2050년이 아니라 2060년, 혹은 2070년으로 목표를 늘려 잡고 있다.

나아가 예기치 못한 신종 코로나 바이러스의 세계적 대유행(Pandemic)과 같은 전염병의 확산, 엄청난 피해를 주는 자연재해 등은 탈탄소 목표 달성을 어렵게 하는 요인들이다. 따라서 유럽 등 일부 국가들은 당초 탈원전 입장에서 원자력발전이 신재생에너지로 가는 과정에서 반드시 필요하다는 쪽으로 선회하는 추세를 보이고 있다.

* ‘탈원전’에서 ‘원전 유지’로 ?

2022년 2월 ‘원자력을 지속가능한 경제활동’에 포함시킨 이른바 ‘택소노미(Taxonomy for sustainable activities)’를 유럽위원회가 정리하는 등 원자력의 복권 움직임을 볼 수 있다. EU의 ‘택소노미’란 “지속가능한 활동에 속하는 것으로 분류하는 것으로 이 사업으로 분류되는 것은 지속가능한 경제활동으로서 투자의 대상이 될 수 있다.

일본의 경우, 스가 요시히데 전 총리는 2020년 10월 2050년을 목표로 온실가스 배출 실질제로(NetZero)를 목표로 한다고 선언했다. 2021년 10월에는 일본 내각회의에서는 “에너지 기본계획”에서 “원자력 발전 의존도를 줄여나간다”고 했다. 그러면서 “원자력 발전은 재생가능 에너지와 함께 실용단계에서는 탈탄소 에너지원”이라고 평가하고, 원전 이용이 탈탄소화 실현에 도움이 된다는 입장을 정리했다.

이와 같이 탈탄소 명목으로 세계적으로 원자력 개발의 필요성이 점진적으로 커지고 있는 중이다. 이와 관련 일본의 오시마 겐이치(大島堅一) 류코쿠대학(龍谷大学) 정책학부 교수는 “원자력 발전과 탈탄소의 관계, 소형 모듈로 개발”에 대한 정리를 아래와 같이 요약 발췌 게재한다.

* 쇠퇴 중인 원자력 발전

국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2020년 세계 에너지 공급에 관한 투자 가운데 투자액이 가장 많았던 것이 재생에너지로 3천 590억 달러(약 439조 5,955억 원), 그 다음으로 석유와 가스 부문에 대한 투자 3천 260억 달러(약 399조 1,870억 원), 이어 전력계통이나 배터리에 대한 투자 2천 650억 달러(약 324조 4,925억 원)였다.

이에 비해 원자력발전에 대한 투자는 420억 달러(약 51조 4,290억 원)로, 전체 투자액의 약 3%에 불과했다. 지금부터라도 원자력에 투자를 늘린다고 해도 투자처로서는 메이저가 아니라 마이너하다. 신규 원전 건설 프로젝트의 상당수는 중국, 인도, 러시아와 같은 정부로 한정되어 있다.

예를 들어 일본의 경우, 총 발전 전력량에서 차지하는 원자력의 비율은 2020년도에 4.4%로 낮아져 국가 전체적으로는 주요 전원(電源)도 아니고 베이스로드(BASE LOAD)전원도 아니다. 일본 원전의 설비 용량의 절정은 2005년 4천 958만 KW(킬로와트)였고, 그 이후로는 감소해왔다. 도쿄전력 후쿠시만 제 1원전 사고는 원전의 쇠퇴를 가속화시켰다.

후쿠시마 원전 사고 이후 21기 1천 587만 7천 kW가 폐로(廃炉)되었고, 2022년 2월 현재 재가동한 원전은 10기 995만 6천 kw뿐이다. 원자력규제위원회에 의해 설치된 설치변경 허가를 받은 원전은 이밖에 7기가 있기 하지만, 그 가운데에는 가시와자키가리와(柏崎刈羽) 원전 6, 7호기가 포함되어 있는데, 이 2기는 핵물질 방호에 관해 중대한 결점이 있는 것이 발각, 원자력규제위원회의 처분으로 당분가 가동할 수 없다고 한다.

나아가 일본원자력발전 동해 제 2원전(日本原電東海第二原発)은 2021년 3월 운전 금지판결이 미토지방법원(水戸地裁)에서 나왔기 때문에 앞으로 재가동의가능성이 ㅇㅆ는 것은 7기 중에서 4기에 불과하다.

* 원자력 발전과 탈탄소

이러한 상황 속에서 원자력 쇠퇴를 극복할 수 있는 것으로서 “탈탄소와 원자력 발전의 관계”를 논할 수 있게 됐다.

원자력 발전은, 발전 시에 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않는다. 그 점에서는, 석탄 화력이나 천연가스 화력 등의 화력발전과는 다르다. 그렇다고는 해도, 라이프 사이클(life cycle)로 보았을 경우는 "CO2 배출 제로는 아니다." 원전은 안전상 외부 전원에 의존하고 있다. 또, 우라늄 광석의 채굴로부터 정련, 연료 가공, 운반, 원자력 발전의 건설, 폐로라고 하는 공정에서 CO2 배출이 수반된다.

라이프 사이클로 봤을 경우의 CO2 배출량은 어떠한가. 일본에서는 전력중앙연구소(電力中央研究所)의 보고서에 따르면, 1kWh당 19.4 그램(gram)이 제시되는 경우가 많다고 한다.

CO2 배출에 대해서는 그 밖에 고려해야 할 항목도 있다. 미국 스탠포드 대학의 제이콥슨(Jacobson)교수는 “해당 전원을 선택한 것에 의한 ‘배출기회비용(opportunity cost of emission)’을 고려해야 한다고 국제 과학 잡지에 그 연구 성과를 발표하기도 했다.

“배출기회비용”이란 “발전소는 계획으로부터 운전개시까지 시간이 걸린다. 운전 개시까지의 기간은 다른 전원에 의존하지 않을 수 없다. 예를 들면 태양광 발전은 비교적 단기간 내에 운전 개시할 수 있는데 반해, 원자력 발전은 계획으로부터 발전 개시까지 10~20년을 필요로 한다. 시간지연(time lag)에 의한 CO2 배출량의 차이를 평가하는 것이 바로 ‘배출기회비용’이다.

만일 원자력 발전을 선택하면, 오랫동안 다른 전원에 의존해야 하기 때문에, 그 만큼 CO2 배출량은 많아진다. 제이콥슨 교수는, 이 밖에도 “열의 방출, 수증기 방출, 핵 확산에 의한 병기 이용 리스크, CCS(이산화탄소 회수·저장)로부터의 탄소 누설 리스크(화력 발전의 경우)를 포함한 CO2 배출량을 각 전원에 대해 시산(trial calculation)”하고 있다.

제이콥슨 교수의 시산의 일부를 소개하면, 원자력 발전의 라이프 사이클에서의 CO2 배출량은 1kWh 당 9~70그램이다. 배출기회비용 64~102그램 등을 더하면 총 배출량은 78~108그램이다. 이는 해상 풍력 배출량의 9~37배에 해당한다. 화력발전보다는 적다고는 하지만 태양광이나 풍력에 비해 많다. 즉, 제이콥슨 교수에 따르면, 원자력보다 재생에너지가 CO2 배출에 관해서는 우수하다는 것이다.

* CO2 배출 감소와의 관계

재생 에너지는 매우 중요하다, 그러나, ‘원자력도 조합해 사용하면 좋은 것이 아닌가’라고 하는 견해도 있을 것이다.

재생에너지와 원자력, CO2 배출량의 관계는 도대체 어떻게 돼 있나? 이 분야에 대한 국제적 관심을 배경으로 이에 대해서도 연구 성과가 발표되고 있다. 국제 과학 잡지 네이처 에너지(Nature Energy)에 발표된 영국 서섹스대학의 벤자민 소바쿨(Benjamin K. Sovacool)교수 등의 연구 결과 일부를 소개한다.

이 연구는 세계 123개국 25년간의 국가별 탄소배출량과 재생 에너지 및 원자력 발전량의 관계를 분석한 것이다. 이 논문에서는 원자력과 재생에너지의 많고 적음이 국가 전체의 CO2 배출량에 어떠한 영향을 미치고 있는지를 나타내고 있다.

간추린 결론은 아래와 같다.

첫째, 원자력 발전을 대규모로 도입한 나라는 이산화탄소 배출 삭감을 가져오지 않았다. 즉, 과거의 실적을 조사해 보면, 원자력에 의한 발전량이 많아도 일인당 CO2 배출량은 줄어들지 않는다.

둘째, 재생에너지에 의한 발전량이 증가하면 CO2의 배출량이 줄어든다.

세 번째, 원자력과 재생에너지 보급에는 부(負)의 상관관계(negative correlation)가 있는 즉 원자력에 의한 발전량이 많은 나라는 재생에너지로 인한 발전량이 적고, 반대로 원자력에 의한 발전량이 작은 나라는 재생에너지로 인한 발전량이 커지는 경향이 있다.

보다 쉽게 말하면, 원자력은 국가 전체의 CO2 배출 삭감을 초래하지 않으며, 재생 에너지는 CO2 배출을 삭감한다. 또, 원자력을 늘리면 재생에너지가 줄어든다는 것이다.

소바쿨 교수 등의 논문에서는, 원자력과 재생에너지와의 사이에 서로 배제하는 성격이 있는 것이 지적되고 있다. 즉, 원전과 같은 대규모 집중형 전원에 최적화된 전력 계통(송전망)은 소규모 분산형의 재생에너지 도입을 방해하고, 그 결과 재생에너지 도입에 시간과 비용이 한층 더 소요될 가능성이 있다고 한다.

이러한 과거의 실적에 관한 연구에 따르면, 원자력을 촉진해도 CO2 배출 삭감도 재생에너지 확대도 가져오지 않는다.

* 소형 모듈로의 현실

탈탄소 관점뿐 아니라 신형 소형 원자로를 만들면, 기존 대형 원자로가 갖는 문제를 극복할 수 있다는 주장도 나왔다. 특히 소형 모듈로(SMR, Small Modular Reactor)의 우위성을 강조하는 논조가 눈에 띈다.

소형 모듈로에 대해서는 2021년 일본 원자력소위원회에서 원자력 산업계로부터 개요가 설명됐는데, 예를 들면 히타치의 설명 자료에 따르면, 히타치가 미국의 제너럴 일렉트릭(GE)에 협력해 개발하고 있는 BWRX-300(30만kW)은 혁신적 안전성, 뛰어난 경제성, 유연성·확장성 및 짧고 확실한 건설에 대응한다고 한다.

닛키(日揮)가 출자하고 있는 미국의 소형 모듈원전(SMR) 전문기업인 뉴스케일 파워(NuScale Power)사의 소형 모듈로는 소형화 한편 설계 간편화에 의해 안전성, 신뢰성이 향상되어, 한층 더 부하 추종 운전도 가능하다고 되어 있다.

대체적으로 말하자면, 안전하고 경제적이며 환경보전에도 공헌, 베이스 로드 전원으로서의 역할 뿐만이 아니라, 변동성 재생에 대응한 부하 추종 운전(負荷追従運転)도 할 수 있다고 한다. ‘부하추종운전’이란 “제어 부분 내의 부하 변동에 연동하도록 발전 설비를 운용하는 것”을 의미한다.

소형 모듈로라고 불리는 원자로를 개별적으로 보면, 매우 많은 종류가 있어, 소형이라고 하는 점 밖에 공통성은 눈에 띄지 않는다는 것이다. 소형 모듈로에는 원자로 메이커가 말하는 이점이 있는 것일까.

상업 원자력 발전에 있어서 중요한 경제성에 대해 살펴보면, 원자력 발전에서는 원자로의 대형화에 의해 비용이 낮아졌다. 원자로가 대형화되면 1kWh당 평균 투자액과 운전 유지비용이 저하되기 때문이다. 이것은 소형 모듈로가 제창되기 시작했을 무렵부터 논문이나 보고서에 솔직하게 기술되어 있다.

한편 소형 모듈로는 대형화에 의한 경제성 향상이 처음부터 포기됐다. 1990년대 이후에 나온 소형 모듈로에 관한 논문이나 보고서에서는 소형 모듈로의 경제성 향상은 원자로를 심플한 것으로 다시 설계한 후, 모듈화에 의한 공기 단축, 원자로의 대량생산과 표준화에 의해 초래된다고 했다.

모듈로 만들어 원자로를 공장에서 만들면 현지에 설치만 할 뿐 공기를 대폭 단축하자는 것이다. 다만, 모듈화만으로는 건설비의 일부가 적게 될 뿐이므로, 공통 부품을 늘리거나 원자로를 대량 수주, 대량 생산함으로써 코스트 삭감을 달성할 수 있다고 여겨진다.

이상이 소형 모듈로 개발 측의 진단이다. 이 견해의 근본적인 문제는 소형 모듈로에는 실적이 전혀 없고, 문자 그대로 ‘그림의 떡’이라는 것에 있다. 만일 모듈화했다고 해도 원자력 규제가 강해지면 거기에 대응하지 않으면 안 될 것이므로, 실제로 건설비가 저하된다고 보증은 없다.

또, 코스트다운(원가절감)의 전제가 되고 있는 대량 수주, 대량생산은 현재의 원자력 산업의 쇠퇴 상황으로 보면 실현된다고는 생각되지 않는다는 것이다.

소형 모듈로의 가능성이 있는지 어떤지는 실제 발전 비용과 장래의 전력 시장, 전력 가격, 기후변화 정책의 실시 상황에 좌우된다. 사례 연구법에 따르면, 예를 들면 뉴스케일 파워(NuScale Power)의 소형 모듈로의 경우, 현 상태의 시장 상태에서는 2030년 시점에서 보조금이 없으면 경쟁력이 없고, 각종의 시장이나 정책이 도입되는 것을 전망하지 않으면 안 된다는 점이다. 재생에너지와 수요의 변동에 맞추어 부하추종운전하면, 설비 이용률이 내려 경제성은 악화된다. 소형 모듈로 도입의 현실의 벽은 아직은 꽤나 높은 편이다.

나아가 원자로 메이커가 적극적으로는 말하지 않는 점도 있다.

그것은 방사성 폐기물이 발생한다는 것이다. 이것에 관해, NuScale사의 웹 사이트에서, 고준위 방사성 폐기물인 사용이 끝난 핵연료는 발전소 내에서 장기 보관된다고 적혀 있다. 또한 방사성 폐기물의 최종처분 책임은 연방에너지부에 있다고 한다.

소형 모듈로의 동향을 볼 경우, 억제해 두어야 할 것이 있다. 그것은 소형 모듈로는 스리마일섬 원전 사고 후, 미국에서 원자력 개발이 진행되지 않게 된 것에 대응하기 위해서 제창된 것이다.

원래 미국에는 대규모 전력회사가 없어 개별 전력회사가 대형 원자로를 몇 기씩 집중 설치하는 일이 없었다. 또, 국토가 넓어 원전이 수요지에서 떨어진 곳에 놓이면 송전 거리가 길어지기 쉬워 경제적으로 불리해졌다. 더욱이 최근 전력 자유화가 진행되어, 기설로조차 경쟁력을 잃어, 거대한 투자를 필요로 하는 원자력 발전의 신설이 진행되지 않게 되었다.

IEA의 보고서에서도 미국의 기설로가 철퇴하는 이유로 시장에서의 경쟁력이 없어진 것을 들고 있다. 즉, 미국에서는 오래 전에 원전에 대규모 투자를 하지 않게 되었다. 소형 모듈로 개발은 이러한 미국의 상황에 대응하기 위해, 원자로를 소형화해, 투자액이 적어도 되는 것을 목표로 했던 것이다.

이에 반해 일본은 소수의 대형 전력회사(옛 일반 전기사업자)가 존재하고 있었기 때문에 원전의 집중 입지가 가능했다. 대형 원자로의 집중 입지에 의해서 경제성을 향상시켜 온 것이 일본의 원자력 발전의 역사이다. 이런 배경에서 볼 때 경제성이 떨어지는 소형 모듈로를 건설할 이유가 일본에는 없다.

나아가 일본에서는 지진이나 해일 등의 대책이 지역 사정에 따라 개별적으로 필요하기 때문에 모듈로 만들었다 하더라도 공기가 극적으로 짧아진다고도 말하기 어렵다.(한국의 경우를 보아도 참고할 사항이 많음을 알 수 있다.)

일본에서는 후쿠시마 원전 사고가 현실로 일어났기 때문에 향후 신형로에 대해서도 엄격한 규제가 부과될 것으로 생각된다. 사고 후, 원전에 대한 사회적 수용성도 현저하게 저하되고 있다.

원래, 소형 모듈로는 대량 수주·대량 생산에 의해서 코스트 다운을 전망하는 것이다. 일본에서는 소형 모듈로를 전국 각지에 설치하는 것은 불가능하다고 봐도 무방하다. 결국 소형 모듈로를 설치했다고 해도 다수의 소형 모듈로를 한 곳에 모으게 될 것이다. 이렇게 되면 대형 원자로와 같거나 그 이상의 투자가 필요하다. 전력 시장에 있어서의 경쟁이 격렬해지면 경영상의 리스크는 높다.

현재 상태로서는 미국과 유럽에서도 코스트가 높기 때문에 재생에너지 사용에 대한 우위성은 없다. 원자력 산업은 국가적인 지원이 있어야 비로소 성립하는 쇠퇴 산업과 같은 것이 되어 있다.

경쟁적 시장을 정비하는 선진국에서는 원자력 발전에의 투자는 위험성이 있다. 원전은 계획에서 건설, 운전 개시에 이르기까지 매우 오랜 시간이 걸리며, 소형 모듈로가 제조되었다고 해도 장기 운전 실적이 밝혀지는 것은 20년 이상 후이다. 2050년 탄소 배출 제로에는 맞출 수 없다.

원자력 발전에 의해 방사성 폐기물이 계속 축적되는데다가, 대형사고의 위험성도 남는다. CO2 배출 삭감에 공헌할 수 있다고 해도 방사성 폐기물이 계속 발생하여 대형 사고의 위험성이 남는 것은 환경의 지속가능성에 반하는 것은 명백하다. 본 논문에서는 이 점에 대해서는 굳이 말하지 않았다고 오시마 겐이치(大島堅一) 류코쿠대학(龍谷大学) 정책학부 교수는 분명히 하고 있다.

그는 그러면서 “단기간에 저렴한 원전이 생기는 등, 있을 수 없는 상정을 했다고 해도, 불가역적 피해를 사회에 초래하는 원자력은 선택해서는 안 된다. 원자력 발전에 미래는 없으며 앞으로의 원자력 사업은 사고처리와 방사성 폐기물 처분이라는 뒷처리 사업이 될 것”이라고 강하게 주장했다.