대전서 1천조짜리 위험천만 '핵실험'이 진행되고 있다
[기고] 한국원자력연구원이 개발중인 '파이로프로세싱’의 실상
강정민 美 NRDC 선임연구위원
최근 방사성폐기물을 무단으로 폐기하고, 폐기물 소각시설 배기가스 감시기 측정 기록까지 조작한 것으로 드러난 한국원자력연구원(이하 KAERI)에 대한 사회적 지탄이 거세다. KAERI는 국내 유일의 원자력연구 전문기관으로서 원자력 안전문제에 대한 국민적 신뢰를 스스로 무너뜨린 것이다. 그런 KAERI가 실제 사용후핵연료를 이용한 건식재처리 '파이로프로세싱(Pyroprocessing, 원자력발전소에서 연소되어 원자로 밖으로 꺼낸 핵연료인 사용후핵연료에 포함된 우라늄 등을 회수하여 차세대 원자로인 고속로의 핵연료로 재활용할 수 있는 기술이라고 주장된다. 전 세계적으로 현재까지 상용화된 사례는 없다. 편집자)'의 일부 공정 실험을 동 부지 내에서 오는 7월부터 강행할 계획이어서, 대전 지역 주민들 및 환경단체들의 반대 목소리가 커지고 있다.
KAERI 및 정부는 파이로프로세싱에 대해, 고준위 방사성폐기물인 사용후핵연료의 처분폐기물 량을 20분의 1로, 처분장 면적은 100분의 1로, 방사성독성은 1000분의 1로 줄일 수 있는 신기술이라고 홍보해 왔다. 파이로프로세싱은 과연 원자력계의 난제인 사용후핵연료 처분문제를 해결해 줄 수 있는 꿈의 기술인가?
20년 이상 이 분야를 전문으로 연구한 필자는 파이로프로세싱에 대한 KAERI 및 정부의 홍보가 과장되었고, 소요 비용은 엄청난 반면, 긍정적 효과는 미미하고, 공정과정에서 고독성 방사성폐기물을 발생시키는 등 새로운 위험을 가중시키는 백해무익한 재처리임을 아래에서 밝힌다.
사용후핵연료 심지층 처분장 면적은 사용후핵연료에서 방출되는 열량에 좌우된다. 방출열이 낮을수록 처분장 단위 면적당 더 많은 량의 사용후핵연료가 처분 가능하다. 즉, 사용후핵연료 중간저장 기간이 길면, 그 기간만큼 식어져서 방출열이 낮아지므로, 저장 기간이 짧은 것에 비해 상대적으로 더 많은 양을 처분할 수 있다.
파이로프로세싱은 사용후핵연료 방출열의 핵심물질인 Cs-137 및 Sr-90을 분리하여 따로 지상에서 200~300년간 저장 후 지하 처분함으로써 처분장 면적을 줄인다는 복안이다. 그런데, 고독성 방사성물질인 Cs-137 및 Sr-90을 분리 후 100% 포집하여 지상에서 안전하게 200~300년 보관할 수 있는지 의문이다. 그리고 그 과정에서 Cs/Sr 이외에도 기타 고독성 기체/고체 방사성폐기물이 발생하며, 이들의 안전보관도 우려된다. 차라리, 사용후핵연료 자체를 그 기간만큼 지상 저장하다 처분하는 것이 Cs/Sr 분리-저장-처분에 비해 상대적으로 안전하고 경제적이며 처분장 면적도 그만큼 줄일 수 있다. 그렇지만 필자는 사용후핵연료를 200~300년 간 지상 저장하는 것이 좋은 방법이라고는 생각하지 않는다.
KAERI가 미국 국립연구소들과 수행한 2015년도 미국 보고서에 의하면, 파이로프로세싱 공정에서 발생하는 고준위 방사성폐기물에 대해 다음 표와 같이 정리하고 있다.
상기 표의 고준위 방사성폐기물은 경주의 중저준위 처분장에는 처분할 수 없고, 고준위 폐기물 처분장에 처분되어야 한다. 파이로프로세싱 공정에서 발생하는 상기 표의 고준위 방사성폐기물 발생량을 고려하면, 파이로프로세싱으로 사용후핵연료 최종처분 방사성폐기물 량을 1/20로 감축한다는 KAERI 및 정부의 주장은 거짓임을 알 수 있다.
게다가 월성의 중수로 사용후핵연료는 파이로프로세싱 하지 않고 심지층 처분장에 처분할 계획이다. 월성의 중수로 4기로부터 발생하는 총 사용후핵연료는 운영기간을 40년으로 잡으면, 약 1만6000톤(t)이다. 참고로 현재 국내 운영중인 21기 경수로에서 발생하는 총 사용후핵연료는 운영기간을 40년으로 잡으면, 약 1만6000톤이다. 파이로프로세싱으로 사용후핵연료의 처분장 면적을 100분의 1로 줄인다는 KAERI 및 정부의 주장이 과대포장임을 알 수 있는 이유다.
초우라늄 물질을 태워 사용후핵연료의 방사성 독성을 1000분의 1 수준으로 줄이려면, 경수로 2기당 같은 발전 용량의 고속로가 1기 이상 필요하다. 2035년까지 국내 운영이 계획되어 있는 약 40기 경수로를 가정하면, 같은 발전용량의 고속로는 20기 이상 도입해야 한다는 사실이다.
그런데, 현재 전 세계적으로 상용 고속로는 없다. 지난 60여 년간 세계적으로 100조 원 이상 투자했지만, 냉각재 액체소듐 화재 등 안전성문제와 고비용의 경제성 문제로 상용 고속로 개발에 실패했다. 이 분야의 선진국인 프랑스와 일본조차 고속로의 상용화 시기를 2050년대 이후로 보고 있다. 그러니 파이로프로세싱으로 분리한 초우라늄 물질의 유의미한 양을 태워나갈 고속로가 그때까지 이용 가능하지 않다는 사실을 알 수 있다.
더군다나, 초우라늄 물질을 태워 방사성 독성을 1000분의 1 수준으로 줄이려면, 고속로에서 초우라늄 물질을 수백년 간 태워 나가야 한다. 한번에 고속로 핵연료에 섞어 넣을 수 있는 초우라늄 물질 량은 수 퍼센트(%) 밖에 되지 않으며, 고속로에서 연소되는 동안, 핵연료 내 우라늄-238에서 초우라늄 물질이 다시 생산되기 때문이다. 고속로 수명은 40~50년이니 고속로를 계속해서 건설해 나가야 한다는 것을 의미한다.
여기서 반드시 짚고 넘어가야 할 것은, 사용후핵연료를 재처리 하나 하지 않으나 심지층 처분장에 처분 10만년 후 사용후핵연료의 실질적 인체섭취 독성에 차이가 없다는 학술 연구결과가 있다는 사실이다.
상기의 이유들로, 미국은 1996년 미 국립아카데미가 "(파이로+고속로 등 도입에 따른) 방사선피폭 감소는 그 어떠한 시스템의 도입으로도 소요 비용과 핵종변환 시스템 운영에 따른 추가 위험을 보증하기에 충분하지 않음"이라고 이미 결론지었다. 2013년 프랑스 원자력안전위원회도 "초우라늄물질 핵종변환은 주로 핵분열생성물에 좌우되는 심층지하처분의 (초장기) 방사성 영향을 줄이는데 별 역할을 못함"이라고 결론지었다.
파이로프로세싱으로 경수로 사용후핵연료에서 분리한 초우라늄 물질을 태워 사용후핵연료 방사성 독성을 감소시킨다는 명분의 관련 국내 연구에 대한 근본적 재검토가 필요한 이유다.
한편, 파이로프로세싱 및 고속로 시스템 구축 비용은 얼마나 될까? KAERI 및 정부는 관련 기술 실증을 위한 실증시설 비용이란 명분으로 소듐냉각고속로 건설비용 약 1조7000억 원, 파이로프로세싱 시설 건설비 약 1조1000억 원, 고속로 핵연료제조시설 건설비 약 3000억 원 등 총 3조6000억 원을 추산하고 있다. KAERI의 소듐냉각고속로는 전기출력 150메가와트(MWe)로 일반 경수로의 15% 정도 규모이다.
전 세계적으로 처음 건설하는 핵시설의 실제 비용은 추정 비용의 2배 이상인 경우가 보통이었다. 독일은 300메가와트 고속로 예상 건설비를 약 2.5조 원으로 추정하였으나, 1989년 완공 되었을 때는 약 6조 원이 들었다. 독일은 이 고속로를 안전 규제상 문제로 운전하지도 않고 폐로 시켰다. 미국은 350메가와트 고속로 건설비를 1972년 약 7000억 원으로 예상하였으나, 1983년 약 4조 원에 이르면서, 미 의회가 건설을 취소시켰다. 일본은 280메가와트 고속로 몬주(文殊)를 처음 약 4.5조 원 예상했으나, 약 7조 원이 소요되었다. 소듐냉각재 사고로 몬주의 가동률은 1% 이하였으며, 사고로 운전정지 중에도 소듐냉각루프 유지를 위해 연간 약 2000억 원의 비용이 소요되었다. 몬주는 2012년까지 건설 및 유지비용으로 약 10조 원을 낭비하였다. 프랑스가 2030년대 운영 계획하고 있는 고속로 ASTRID는 7.2조 원 건설비를 예상하고 있다. KAERI의 소듐냉각고속로 실제 건설비용으로 3조 원 이상을 쉽게 추정할 수 있는 이유이다.
게다가 KAERI 및 정부의 추산비용은 관련 시설들의 수명기간 동안의 유지관리비, 폐쇄 후 제염해체비, 부지확보비 등은 고려하지도 않았다. 또한 고속로에서 타고 나온 고속로 사용후핵연료의 파이로프로세싱 처리시설 건설비, 운영유지비, 폐쇄후 제염해체비도 고려하지 않았다.
고속로 사용후핵연료는 경수로 사용후핵연료 파이로프로세싱 처리시설에서 처리할 수 없으며, 고속로 사용후핵연료 전용의 파이로프로세싱 처리시설이 필요하다. 고속로 사용후핵연료 파이로프로세싱 비용은 경수로 사용후핵연료 파이로프로세싱보다 더 비싸다.
상기 내용들에 근거하여 필자는 파이로프로세싱 및 고속로 실증시설들의 건설, 운영, 폐쇄후 제염해체 등 비용으로 대략 30조 원 가까운 비용이 소요될 것으로 예상한다.
그런데, 이 비용으로 처리하는 경수로 사용후핵연료 량은 약 900톤으로 경수로 한 기가 40년 수명기간 동안 발생하는 사용후핵연료 양보다 100톤 더 많은 양에 지나지 않는다. 2035년까지 국내 운영이 계획되어 있는 약 40기 경수로에서 발생하는 전체 사용후핵연료를 파이로프로세싱 및 고속로 시스템으로 처리하려면, 거의 1000조 원에 달하는 천문학적 비용이 예상된다.
결론적으로 사용후핵연료 관리에 있어서 파이로프로세싱 도입으로 얻게 되는 사용후핵연료 처분장 효과는 미미하거나 불확실한 반면, 파이로프로세싱 공정에서 발생하는 독성 방사성 물질의 외부 누출 우려 등 새로운 위험을 가중시키고, 소요 비용은 천문학적으로 든다.
4대강 사업은 파이로프로세싱 및 고속로 사업에 견주면 새 발의 피다.
재미 핵물리학자인 강정민 박사는 전세계 240만 명이 회원으로 있는 비영리 환경단체 연합인 NRDC(Natural Resources Defense Council, 천연자원방어위원회 등으로 번역) 선임연구위원입니다.
대전에서 진행중인 '핵실험'을 반대하는 이유 [초록發光] "핵 사이클 완성은 핵 위험 고리의 완성"
김현우 에너지기후정책연구소 상임연구원
지난 1월 17일, 대전·세종·충남·충북 지역의 70여개 단체와 정당이 '핵재처리 실험 저지를 위한 30km 연대'라는 공동 운동기구를 출범시켰다. '30km'는 핵발전소 주변에 설정되는 비상계획구역의 통상적 범위인데, 이 명칭 아래로 인근 지역 단체들이 모인 이유는 그 30km의 한가운데에 대전의 한국원자력연구원이 소재하고 있기 때문이다. 구체적으로는 원자력연구원에서 사용후핵연료의 재처리 실험과 소듐냉각고속로 실험을 강행하는 움직임에 반대하기 위한 것이다.
(☞관련기사 : 대전서 1천조짜리 위험천만 '핵실험'이 진행되고 있다)
주민들이 알지 못하는 가운데 인구가 밀집한 지자체들 사이에서 핵물질이 다루어진다는 것에 대해 우려가 이는 것이 당연하지만, 원자력연구원은 그 우려를 더욱 크게 할 만한 모습을 보여왔다. 2월 9일에 원자력안전위원회가 발표한 원자력연구원 특별감사 중간조사 결과가 발표되었는데, 그 전에 대전 KBS가 보도한 방사성 콘크리트 폐기물의 금산군 불법 매립, 서울 공릉동 연구로 폐로에서 발생한 콘크리트 폐기물과 토양폐기물의 야산 방치와 매립, 우라늄 변환시설 폐기물의 무단 용융 등이 포함되었다. 또 한 해 전에는 1987년부터 2013년까지 26년간 1699개의 핵연료봉이 반입되었다는 사실이 알려졌고, 연구원 내 하나로(HANARO) 원자로의 내진 보강 공사 과정에서도 부실 의혹이 제기된 상태다. '30km 연대'는 이에 즉각 항의하며 긴급 기자회견 등 규탄 행동에 나섰다.
그런데 여기서 원자력연구원의 안전 관리 소홀이라는 측면 외에 중요하게 생각해 볼 것 중 하나는 핵 사이클, 정확히 말하면 핵연료 사이클의 완성이 한국에 갖게 될 의미다. 이제까지 한국에서 핵발전의 위험은 대개는 핵발전소 담장 안쪽에 한정된 것이었다.
현재 한국의 핵발전소들에서 쓰는 핵연료는 오스트레일리아 등에서 '옐로 케이크'라 불리는 분말 상태의 우라늄을 수입하여 외국 업체에서 농축 공정을 거쳐서 들여온다. 그리고 사용후핵연료는 아직 처분 방식이 정해지지 않아서 각 발전소에 임시 보관 중인 상태다. 따라서 핵발전과 관련된 핵물질이 핵발전소 외에서 처리될 일이 없었다. 그러나 개정된 한미 원자력 협정으로 사용후핵연료 재처리를 위한 초기 단계의 실험이 가능하게 되었고, 이를 근거로 한국 정부는 세계에서 거의 유일하게 파이로 프로세싱(건식 재처리) 기술을 개발하겠다고 나서고 있는 것이다.
▲ 특수금속용기에 담겨 철도와 도로로 운송되는 사용후핵연료.
'핵 사이클'이라 하면 뭔가 좋은 것처럼 들리고, 완성되어야 당연한 것이라는 인상을 준다. 사용후핵연료를 재처리함으로써 폐기물의 양도 줄이고 재활용 할 수 있는 핵연료(MOX)도 얻을 수 있어서 환경적으로 그리고 경제적으로 이득이라는 주장도 전개된다. 하지만 파이로 프로세싱 기술 개발의 현실성 여부와 별개로, 재처리로 폐기물이 크게 줄어드는 것도 아니고, 더욱 많은 비용과 에너지가 소모되며, 재처리된 연료와 반응로의 안전성 여부도 여전히 시비 거리다. 그리고 그 이전에 확인할 것은 핵 사이클이 핵발전의 필연적 선택지가 아니라는 점이다.
핵 사이클은 핵연료의 일생에 비유할 수 있는데, 핵발전 연료를 만들기 위한 '프론트엔드' 단계, 임계 반응으로 에너지를 발생시키는 '서비스' 단계, 그리고 사용후핵연료로서의 '백엔드' 단계를 거치게 된다. 여기서 백엔드 단계에 해당하는 재처리를 거치지 않으면 열린 연료주기 혹은 닫히지 않은 사이클이 되는 것이고, 재처리를 거치면 닫힌 연료주기 혹은 핵 사이클의 완성이 된다. 그러니까 재처리 없이 사용후핵연료의 동굴 처분 등을 추진하고 있는 스웨덴, 핀란드, 독일 같은 나라들은 이 사이클의 고리를 잇지 않기로 한 것이며, 일본과 영국은 고속증식로 등으로 핵 사이클을 완성하려 하다가 실패하여 포기한 상태다. 결국 핵 사이클은 필수적인 목표라기 보다는 선택의 문제이며, 그 완성의 필요성이나 타당성은 더욱 의심받는 상황이다.
세계 핵사고의 역사(<세계 핵사고사>(니시오 바쿠 지음, 자주달개비 펴냄))를 보면 1990년대부터 핵 사이클로 인한 사고가 급증하기 시작했다. 1995년에는 일본의 몬주 고속증식로에서 나트륨 누설 화재 사고가 났고, 1997년에는 독일과 프랑스의 국경에서 사용후핵연료 수송 화물 열차가 탈선했으며, 일본 도카이 재처리 공장의 드럼통 고화 시설에서 폭발 사고도 났다. 1945년에 군사적 용도로 처음으로 반응로에서 핵물질이 만들어진 이후 세계의 핵발전소들에서 핵 폐기물들이 쌓여갔고, 1980년대가 되자 이를 해결할 방법으로 재처리를 포함하는 핵 사이클이 모색되었는데, 그게 핵 사이클의 악몽으로 드러나기 시작했던 것이다. 핵발전을 "화장실 없는 아파트"라고 부르는 이유가 극적으로 실감나는 시대가 되었다.
사용후핵연료의 활용은 사고가 나지 않는다 하더라도, 준비와 운송 과정에서도 많은 부담과 갈등을 초래할 수밖에 없다. 산업적 규모의 백엔드 핵물질 운송은 1960년대 초에 시작되었는데, 초반에는 플루토늄 분말이나 MOX 연료 형태로 이루어졌고, 1995년에는 유리화된 고준위 폐기물이 최초로 선적되었다. 사용후핵연료는 우라늄(96%), 플루토늄(1%) 및 핵분열 생성물(3%)을 함유하고 있어, 특수금속용기에 담긴 채 해상 또는 철도로 운송되고 있다. 이 육중한 특수용기는 핵물질 관리의 치밀함을 의미할 수도 있으나, 다른 한편 핵물질의 치명성의 반증이기도 하다.
결국 핵 사이클의 완성은 핵 위험 고리의 완성이며, 이 고리를 끝까지 이을지 아니면 여기서 중단하고 더 빠른 탈핵으로 갈지는 선택의 문제다. 앞으로 전개될 사용후핵연료 처리 공론화의 내용에는 처분장 입지 문제뿐 아니라 이 핵 사이클 자체에 대한 사회적 판단 문제가 포함될 필요가 있다. 어쨌든 이제 대전 지역은 한국 탈핵운동의 조용한 태풍의 핵이 되어가고 있다. 핵 사이클의 고리가 이어지지 않도록 하는데 대전과 인근 지역의 역할이 더욱 중요해질 것 같다.
