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[원자력탐험대 17화] 원자력 발전의 연료, 우라늄

  • 2015.06.02.
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화석 연료 비해 경제성 높고 환경 친화적인 에너지원

원자로에 한 번 넣으면 15~18개월간 교체 않아도 돼… 쓰고 난 연료 재처리 과정 통해 다시 사용 가능

우리의 원자력 발전 역사는 한국 전쟁이 끝난 직후라 할 수 있는 1950년대 중반부터 시작된다. 그로부터 60년이 지난 2009년 12월 27일, 우리나라는 아랍에미리트에 순수 국내 기술로 개발
한 원전의 수출 계약을 체결한다. 역대 최대 해외 공사이자 우리 기술로 개발한 원전을 처음으로 외국에 수출하게 된 것이다. 짧은 원전 개발 역사에도 세계와 어깨를 나란히 할 정도로 빠른 발전을 이룩한 우리의 기술에 지구촌은 또 한 번 놀랐다. 하지만 아직 우리에겐 풀어야 할 숙제가 있다. 바로 원자력 발전에 없어선 안 될 연료, 우라늄과 관련한 여러 문제이다.

△ 세상에서 가장 무거운 원소

최근 기후 변화나 지구 온난화 문제로 더욱 잘 알려진 석탄과 석유. 흔히 화석 연료라 불리는 이들에 비해 원자력의 원료인 우라늄에 대해선 고개를 갸웃할 어린이가 많다. 엄마, 아빠 역시 원자력 발전의 원료이며, 방사능을 가진 위험한 존재란 정도만 알 뿐이다.

그런데 자연에서 얻는 천연 우라늄은 과연 방사능 덩어리의 위험한 존재일까? 원자력 발전에 사용되는 우라늄은 석탄이나 석유에 비해 적은 양으로 막대한 에너지를 낼 수 있다. 우라늄은 또 지구상에 존재하는 가장 무거운 방사성 원소이기도 하다. 특히 천연 우라늄은 은백색의 광석 형태를 띠며 매우 안정된 상태를 유지하기에 방사능에 오염될 만큼 위험하진 않다.

우라늄은 세계 전역에 고르게 매장돼 있다. 그런데 아쉽게도 우리나라에선 충북 괴산과 옥천 지역에 아주 적은 양만 존재하는 것으로 확인된 상태다. 이 때문에 원자력 발전에 필요한 우라늄은 모두 외국에서 수입할 수밖에 없다.

△ 우라늄 광석이 연료로 되기까지

우라늄 광석을 원자력 발전소의 연료로 사용하기 위해선 먼저 새끼 손톱만 한 크기의 단단한 알갱이로 만든다. 이를 소결체라 부른다. 이렇게 만들어진 소결체 300여 개를 다시 특수한 금속 튜브에 넣은 것을 연료봉이라 한다. 그리고 연료봉 200여 개를 튼튼한 금속 구조물에 고정하면 비로소 원전에 사용할 연료가 된다.

우리나라의 원자력 발전소에선 이 연료 집합체인 연료봉을 약 150여 다발씩 묶어 사용한다. 흔히 알려진 것과 달리 천연 우라늄은 이처럼 여러 공정을 거쳐야 연료로 사용할 수 있다.

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1) 천연 우라늄 광석(작은사진)과 캐나다의 우라늄 광산. 우라늄은 석탄과 마찬가지로 광석 형태로 캐낸다. 우리나라는 원자력 발전의 원료가 되는 우라늄을 수입해 사용한다.
2) 우리나라에서 만든 우라늄 소결체(작은사진). 작은 소결체 300여개를 다시 특수한 금속 튜브에 넣은 것을 연료봉이라 부른다.

△ 화석 연료보다 높은 경제성

우라늄 역시 석유나 석탄과 마찬가지로 해외에서 수입에 의존해야 하는 연료임에 틀림없다. 그럼에도 불구하고 효율성이 뛰어나기에 높은 경제성을 가졌다고 말할 수 있다.

예컨대 1000MW급 발전소를 1년 동안 운전하기 위해 석유를 연료로 사용하는 화력 발전소에선 약 150만t이 필요하다. 그러나 원자력 발전소에선 단 20t의 우라늄만으로 같은 양의 전기 생산이 가능하다. 순수 국내 기술로 탄생한 한국표준형 원전의 경우, 연료 집합체 1다발이 생산할 수 있는 전력량은 1억 7000만kWh 정도로 효율이 뛰어나다. 이는 약 6만 가구가 1년간 쓸 수 있는 전기에 해당한다.

이 밖에 원자력 발전에 쓰이는 우라늄 연료는 원자로에 한 번 넣으면 15~18개월간 교체하지 않아도 되므로, 석탄이나 석유 등 화석 에너지에 비해 연료를 쌓아두는 비축 효과가 크다고 할만하다. 물론 석탄, 석유와 달리 이산화탄소 등 유해 물질을 거의 배출하지 않는 환경 친화적 에너지원이란 점도 원자력 발전소의 큰 장점이다.

△ 몇 번이고 사용 가능한 자원

원자력 연료는 한 번 쓰고 난 뒤 버리지 않고, 재처리 과정을 통해 다시 사용할 수 있다. 때문에 앞으로 수 천년 동안 쓸 수 있는 무한 에너지라 불리기도 한다. 하지만, 우리나라는 아직 재처리 시설을 갖추고 있지 않다. 연료로 쓰인 우라늄은 재처리 과정을 통해 핵폭탄의 원료로 사용될 수 있기에 우리는 이제껏 새로운 우라늄만 외국에서 수입해 연료로 만들어왔던 것이다.

게다가 한 번 사용한 우라늄 연료는 방사능 오염 문제가 생기기에 함부로 버릴수없고 수백년 가까이 보관해야 한다. 그리고 이를 보관하는 장소를 구하는 데에도 어려움이 따른다. 결국 우리나라도 평화로운 원자력의 이용이란 약속 아래 연료를 재사용하기 위한 노력을 기울이고 있다.

최근 미국과 진행중인 한미 원자력 협정 개정 논의도 이와 관련이 있다. 우리나라는 원전 기술을 미국으로부터 배우는 대신 지난 1956년 평화로운 이용을 위해 미국과 이러한 약속을 맺었다. 그리고 이 안에 원전 연료를 재처리하지 않는다는 내용도 담겼다. 다음 시간엔 원전 연료의 재사용과 보관에 대해 좀 더 구체적으로 알아보기로 하자.

원자력탐험대 17화

 

– 작성 : 소년한국일보 윤석빈 기자 binys@snhk.co.kr

– 원문보기 : 소년한국일보 http://goo.gl/oiRXXu

 

 

 

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