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원전연료 어떻게 만드나요?

  • 2014.08.12.
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최근 SBS TV ‘정글의 법칙’에서 병만 족장과 유이, 박휘순, 김승수, 강지섭 등의 출연진들이 나 홀로생존을 시작했습니다.

이들은 아무것도 없는 인도양 외딴 섬에서 각자 잘 곳과 먹을 것을 구해야 했습니다.

먹고 자는 것도 중요했지만 출연진들이 가장 힘들어했던 것은 다름 아닌 ‘불 피우는 일’이었습니다.

칼과 돌을 사용하는 옛날 방식 때문에 불을 피우는 것 자체도 힘들지만, 연료가 되는 지푸라기나 나무가 습기로 눅눅해 불이 잘 붙지 않았기 때문입니다.

아무리 좋은 쉼터와 먹거리가 있어도 음식을 익히고 몸을 따뜻하게 해줄 연료가 없으면 아무 것도 할 수 없음을 깨닫게 되는 순간이었습니다.

그것은 저희 한수원도 마찬가지입니다.

전기를 생산할 원전연료가 확보되지 않으면 발전소가 돌아갈 수 없기 때문인데요, 원자력발전의 원천이 되는 원전연료에 대해 알아보겠습니다.

 

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지난 포스팅에서 알려드렸듯이, 원전연료는 천연우라늄-238과 우라늄-235가 각각 99.3% 대 0.7%로 구성되어 있습니다.

그리고 중수로용 원전연료는 천연우라늄을 그대로 사용합니다.

반면 경수로용 원전연료는 우라늄-235를 최대 2~5%까지 높인 농축우라늄을 사용합니다.

 

우라늄의 힘은 우라늄-235의 1g이 석유 9드럼과 석탄 3톤에 해당하는 열에너지를 발산하는 데에서 나옵니다.

또 원전연료의 경쟁력은 저렴한 연료비와 환경오염이 없는 친환경 에너지원이라는 사실에서 비롯됩니다.

한국표준형 경수로용 원전연료는 집합체 1다발이 약 1억7천만kWh, 즉 6만 가구가 1년간 쓸 수 있는 전력을 생산해내기 때문입니다.

 

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그렇다면 원전연료인 우라늄은 어디서 생산되고 있을까요? 우리나라에서는 현재 충북 괴산과 옥천 지역에 우라늄이 소량 매장되어 있습니다.

하지만 한미원자력협정 및 한반도 비핵화 선언(1991년)에 따라 국내에서는 농축 및 재처리시설을 보유할 수 없습니다.

더욱이 괴산에 매장된 우라늄은 우라늄-235 함유량이 0.04% 밖에 되지 않아 이를 정련하기 힘듭니다.

따라서 이 우라늄의 정광, 변환, 농축의 전과정을 해외에 위탁하고 있습니다.

 

이밖에 원전연료의 성형가공은 1980년대 이후 에너지안보와 원전연료주기 기술 확보 등의 노력을 통해 국내 소요량 전량을 한전원자력원료원에서 자체적으로 성형가공하고 있습니다.

 

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원전연료의 성형가공이란 변환, 농축된 우라늄 정광을 다시 손톱만한 크기의 세라믹(UO2) 소결체로 만든 뒤 다시 이를 원전연료집합체의 완제품 형태로 만드는 것을 말합니다.

이 세라믹 소결체 300여개를 특수 금속튜브에 넣어 밀봉해 연료봉을 만들고, 다시 연료봉 200여 개를 튼튼한 금속 구조물에 고정시켜 원전연료집합체를 만드는 과정이 성형가공입니다.

 

원자력발전소의 원자로 안에서는 원전연료집합체 170여 다발이 핵분열 연쇄반응을 통해 열을 냅니다.

또 원전연료는 한 번 사용한 것을 재처리과정을 통해 다시 사용할 수 있습니다.

따라서 원전연료는 수천 년 동안 재사용이 가능한 무한에너지라고 말할 수 있습니다.

우리나라는 연간 약 4,000톤의 우라늄을 사용하는데, 원전연료의 사용주기는 경수로 3~5년, 중소로 1년입니다.

우라늄은 2012년 세계 원전사용량 정광기준(6.2만톤) 약 282년분에 해당하는 1,753만 톤가량이 매장되어 있다고 합니다.

 

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원전연료의 안정적인 확보와 경제적 조달을 위해 우라늄 정광 및 농축계약은 약 5~10년 정도의 중장기계약으로 이루어지고 있습니다.

특히 우라늄 정광은 적정 규모의 현물시장 구입 및 국제상황 변화에 따른 대처 및 공급선 다원화를 위해 경쟁입찰로 구매하고 있습니다.

 

하지만 세계는 점점 자원 민족주의 경향이 강해지고 있습니다.

게다가 민감한 원전연료 자체적 특성 및 미묘한 거래관계의 변화 가능성도 점점 커지고 있습니다.

이에 따라 우리나라는 현재 미국, 캐나다, 아프리카 등지의 해외 우라늄광산 개발에 적극 참여하여 자주개발률을 제고하는 한편, 해외 우라늄 농축, 변환사의 지분 확보 등을 추진하는 노력을 기울이고 있습니다.

 

자, 오늘은 원전연료가 어떻게 만들어져 사용되는지를 간단하게 알아보았는데요, 원전연료의 안정적 확보를 위해 우리 정부가 노력을 기울이고 있는 해외 우라늄광산 개발에 좋은 소식과 성과가 나오기를 기다리겠습니다.

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