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우주기지 건설에 필요한 전력, 소형원자로 SMR로 얻는다?

작성일 2024-11-26


[SMR, 기후변화 대응할 신재생에너지와 상호보완]


최근 SMR을 비롯해 원자력 발전의 중요성이 다시금 주목되고 있다. 그 이유는 전 세계 국가들이 탄소중립을 위한 정책을 수립하고 있는 가운데, 기존의 화석연료를 대체할 마땅한 에너지원을 확보하지 못하고 있기 때문이다. 태양광, 풍력 등 신재생에너지는 많은 연구와 투자가 이루어지고 있으나, 에너지 효율 측면이나 공급의 지속성 측면에서 여전히 한계를 드러내고 있다. 탈원전을 선언했던 유럽연합은 소수의 국가를 제외하면 다시 원자력 발전소를 도입하는 방향으로 선회하고 있다. 2022EU-택소노미에는 원자력 발전이 포함되었고, 2024년에는 EU 탄소중립산업법에 원자력 발전이 포함되기도 했다. 논란의 여지가 많지만, 이러한 움직임은 원자력 발전을 탄소중립 에너지원으로 인정한다는 뜻으로 해석될 수 있다.

원자력 발전의 중요성이 다시금 부각되는 가운데, 최근에는 SMR에 대한 관심도 높아지고 있다. 소형 원자로를 뜻하는 SMR은 일반적으로 300MW급 또는 그 이하인 원자로를 말한다SMR은 기존 대형 원자로와 에너지를 얻는 방식은 유사하지만 발전 출력은 훨씬 낮다. 출력은 높지 않지만 규모가 작아 기존 대형 원자력 발전소보다 안전성이 높고, 출력 조절이 용이해 탄력적인 운전도 가능하다. 이러한 특징은 신재생에너지의 간헐성을 보완할 수 있다는 측면에서 신재생에너지의 확대 보급을 지원할 수 있다.

경수로 타입의 기존 원전과 소형모듈원자료(SMR)비교. 한국수력원자력 한국원자력연구

 

[SMR, 인공지능 전력 공급용 발전으로 기대]


SMR이 주목되는 또 다른 이유는 인공지능의 발전이다. 인공지능 구현을 위해 대규모 데이터 처리, 모델링 등의 과정에서 고성능 컴퓨팅 능력이 요구된다. 또한, AI 데이터 센터에서 발생하는 열을 냉각하는 데에도 많은 전력이 소모된다. 거대언어모델(Large Language Model)이 등장하면서 고성능 인공지능이 전 산업에서 다양한 형태로 적용되고 있으며, 활용과 발전이 계속될 것으로 예상되고 있다. 이처럼 인공지능이 발전함에 따라 전력 수요 또한 계속 증가할 것이다. 전 세계적인 탄소중립 기조 속에서 이러한 전력 수요 증가는 큰 부담일 수밖에 없다.


소형모듈원자료(SMR)의 활용가능성. 한국수력원자력 한국원자력연구

 

이에, 탄소배출이 없으면서도 안정적인 전력 공급이 가능한 SMR을 통해 에너지 수요를 충당할 수 있을 것으로 판단된다. SMR은 에너지 밀도가 높고 좁은 공간에서 전력을 생산할 수 있으며 대규모 냉각수가 필요하지 않아, 해안에 설치되는 전통적인 대형 원전과 달리 내륙에서 운용하기 유리하며, 전력 수요지와 근접한 위치에 설치할 수 있다. 이러한 장점으로 최근 구글, 아마존 등 글로벌 빅테크 기업들은 AI 데이터 센터에 전력을 충당하기 위해 SMR에 대한 투자를 확대하고 있다.


[SMR, 미래 우주 산업 패러다임 전환 기대한다]


SMR은 모듈형 설계 방식으로서 대형 원전과 비교해 건설 기간이 짧고, 유연한 배치가 가능해 전력을 공급받기 어려운 환경에서 활용도가 높다. 따라서, 사막과 같은 오지, 바다위에 장기간 체류해야 하는 대형 선박, 우주발사체 및 우주기지의 전력원으로 활용도가 높다. 특히, 미래 첨단 산업인 우주 분야에서 에너지 공급원으로서 그 역할이 크게 기대되고 있다. 우주 환경에서는 기존의 화학 기반 연료를 충분히 사용하는데 한계가 있다. 연료를 로켓에 탑재시켜 옮길 시 질량이 커져 운반에 많은 에너지가 소요되고, 그만큼 옮길 수 있는 양이나 가용할 수 있는 시간에도 한계가 있다.

미 항공우주국(NASA)이 개발을 추진하고 있는 원자력 열 추진 우주선의 상상도 NASA


달이나 화성에 우주기지를 건설하는 경우에도 SMR은 훌륭한 전력 공급원이 될 수 있다. 우주에서 얻을 수 있는 태양광 에너지는 지구에서와 동일하게 공급의 간헐성으로 인한 문제가 있다. 예를 들면, 달이나 화성에서 태양광 에너지를 활용할 경우, 낮에서 밤으로 바뀌었을 때 충분히 에너지를 공급받기 어렵다. 또한 태양광 패널의 관리 및 수명 측면에 따른 한계도 존재한다. 지구와 달리 지속적인 유지보수가 어렵고, 전력을 저장할 수 있는 ESS(Energy Storage System)을 갖추기도 힘들다. 반면, SMR과 같은 원자력 발전은 주위 환경에 영향이 적으면서도 높은 출력의 전력을 얻을 수 있다. 장기간 안정적으로 에너지를 생산하기에도 유리하다. SMR을 우주환경에 설치할 수 있다면 안정성이 높은 원자력 발전으로 에너지를 효과적으로 공급할 수 있는 시스템을 갖출 수 있게 된다.


지구를 돌고 있는 우주 쓰레기들. 유럽우주국(ESA)


[SMR, 경제성 확보 및 폐기물 처리 극복해야]


SMR의 상용화가 가능하려면 경제성 측면과 방사성 폐기물 문제를 해결할 수 있어야 한다. SMR이 지금까지 상용화되지 못한 가장 큰 이유는 경제성을 확보해야 하는 측면 때문이다. SMR은 발전 출력이 작은 만큼, 대형 원전에 비해 규모의 경제 효과를 누리기는 어렵다. 따라서 시공 기간을 최대한 단축하고 운반 부품을 줄이는 등 건설에 소요되는 비용을 여러 방면에서 절감할 필요가 있다. 또한, 원전을 가동하면 불가피하게 발생하는

 

방사성 폐기물을 어떻게 처리할 것인지에 대한 사회적 합의와 정책적 결단이 필요하다.

이처럼 해결해야 할 여러 난관들에도 불구하고, SMR은 탄소중립 실현과 인공지능의 발전, 우주기지 건설 등 미래 산업을 견인할 수 있는 가장 매력적인 에너지원 중 하나로 주목되고 있다. SMR이 미래 에너지의 중요한 축으로 자리 잡기 위해서는 이러한 과제를 단계적으로 해결해 나가야 할 것이다.

 


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