다가올 미래 위한 ‘제4세대 미래원자력시스템’이란?

2012년 임진년인 올해의 여름은 살인적인 무더위와 전력난으로 기억될 것입니다. 무더위에 대처하기 위한 여러 가지 방법이 포털사이트 상위에 올라가고 전력거래소를 연결하여 전력 예비율을 알려주는 프로그램도 등장하는 등 진풍경이 벌어졌는데요. 올여름과 같이 전력난에 허덕이는 상황 속에도 일부 지역을 제외하고는 큰 무리가 없이 전기를 잘 사용하고 있는 주된 요인 중의 하나가 바로 원자력 발전의 혜택입니다.

원자력발전방식은 원자로 내의 핵분열현상으로 발생하는 열을 이용하는 방식이며 원자로의 역사는 (그림1)과 같이 발전하여 현재 3세대 플러스 단계에 있습니다. 그림에서 나타내듯이 1950년대 초기에 흑연을 감속재로 사용하는 가스로 방식의 원자로가 제1세대입니다. 제2세대 원자로는 세계적으로 원자력발전소가 본격적으로 건설되던 1960년대에 설치된 것입니다. 우리나라의 고리 1호와 2호기, 영광 1호와 2호기가 여기에 해당합니다. 제3세대 원자로는 1980년대에 표준화 및 경제성이 향상이 이루어진 시스템을 의미하고 있으며 1990년대 중반의 계량화된 시스템은 현재 우리가 혜택을 누리고 있는 제3세대+ (Generation III+)라고 부릅니다.

<그림1. 원자력 발전의 역사, http://www.gen-4.org>

 

2030년대 이후 새로운 개념의 원자력시스템을 개발하기 위해 전 세계가 함께 협력하여 기술개발을 추진하고 있습니다. 이를 제4세대 원자력시스템이라고 하며 안전성 및 신뢰성이 혁신적으로 향상되고 경제성이 높아지며 지속가능성과 핵비확산 저항성을 높이는 것이 기술개발의 4가지 목표입니다. 4세대 원자력시스템을 개발하기 위하여 원자력 선진국들이 외교적․기술적․정책적 목적으로 협력하는 체계가 제4세대 미래원자력시스템 국제포럼(Gen-4 Forum, 이하 GIF) 입니다.

GIF는 미래의 급격한 에너지 소비 증가에 대비하고 인류의 지속 가능한 발전에 기여하기 위해 2000년 1월, 미국을 중심으로 원자력활동이 활발한 주요 9개국이 제4세대 원자력시스템 개발에 대한 공동성명을 발표함으로써 탄생하게 되었습니다.

미국은 자국 내 원자력기반을 강화하고 국제사회에서의 원자력 기술 강국으로서의 주도권을 유지하기 위하여 적극적으로 추진하게 되었고 우리나라와 일본은 아시아 지역에서의 대표적인 원자력선진국으로 인정받아 GIF 창설국이 되었습니다. 유럽에서는 원자력발전 이용이 활발한 프랑스와 미국의 동맹국인 영국이 포함되어 있으며 전 세계적인 국가의 동참을 유도하는 차원에서 브라질, 아르헨티나 등의 국가가 초기 가입멤버로서 가입하였습니다. GIF 발족 후 2002년에는 스위스가, 2003년 유럽연합(EU)이 합류하였으며, 2006년 중국과 러시아가 참여하여 2011년 현재 13개 회원국이 참여하고 있으며 GIF의 국가별 활동현황은 (그림 2)에 나타나 있습니다.

 

GIF에서는 지속가능한 자원의 활용성, 경제성, 안전성과 핵확산저항성을 선정기준으로 6개의 개발대상 원자로형을 선정하였는데 다음과 같습니다. 소듐냉각고속로(SFR), 초고온가스로(VHTR), 초임계압수냉각로(SCWR), 가스냉각고속로(GFR), 납냉각고속로(LFR), 용융염로(MSR). 우리나라는 소듐냉각고속로 및 수소생산을 목적으로 하는 초고온 가스로 개발에 참여하고 있습니다.

상호 복합적인 이해관계가 얽혀있는 GIF를 효과적으로 운영하기 위하여 의장 체제를 도입하고 있습니다. 임기 3년의 정책그룹 의장 아래에는 전문가 그룹과 기술운영을 위한 기술국 및 정책적인 운영을 위한 정책그룹 체재로 운영되고 있다. 기술국장과 정책국장은 그 중요성 및 위치를 고려하여 원자력 선진국인 미국, 프랑스 및 일본 등에서 주로 담당하고 있다. 4세대 원자력시스템별 국제공동연구를 실질적으로 수행하고 관리하는 운영위원회(Steering Commitees)에서 담당하며 시스템별 공통기술 산하에 프로젝트 관리위원회를 두고 총괄 운영 및 관리를 담당하고 있습니다 (그림 3 참조).

<그림 3. GIF 추진체제, http://www.gen-4.org>

 

우리나라는 대외적으로 차세대 원자력시스템 개발과 보조를 맞추고 대내적으로는 사용 후 핵연료 누적량이 증가하는 문제와 자원민족주의 등장에 따른 우라늄 가격 상승 등의 영향을 고려하여, 2008년 12월 원자력위원회에서 국가정책으로 “미래원자력시스템 개발 장기추진계획(이하, 장기추진계획)”을 확정하였습니다.

미래원자력시스템에 대한 개발은 다수의 국가들이 많은 예산과 노력을 통하여 장시간 동안 연구를 수행하고 많은 기술적 어려움을 포함하고 있는 분야입니다. GIF 활동을 통하여 전 세계가 미래원자력분야에 함께 협력하고 노력하여 혁신적인 기술을 개발함으로써 인류발전과 번영에 공헌할 것으로 기대하고 있습니다.

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