KIMS 해외단신 57호 (2011.01.21)

보다 안전하고 CO_₂ 배출량이 적은 고온가스원자로

    일본경제신문 전자판은 일본 원자력연구개발기구가 2010년 12월, 고온가스로의 연구로인「고온공학실험연구로(HTTR)」에서 원자로의 안전성을 확인하는 실험에 성공했다고 밝혔다. 관련 기사에 따르면 일본은 올해부터 보다 고도의 안전 확보를 위한 연구를 시작할 것이라고 한다. 고온가스로는 중국 및 한국이 조기실용화를 목표로 하고 있는 기술이며 미국 및 카자흐스탄이 일본 원자력기구의 기술에 관심을 보이고 있다. 다음은 일본경제신문 전자판 2011년 1월 17일자 기사에서 발췌, 번역한 내용이다.

    “현재 가장 많이 보급되어 있는 원자로인 경수로에 비교해 고온가스로는 그 출력이 3분의1에서 5분의1정도 작지만 원자로의 핵반응에서 얻어지는 에너지를 받는 냉각재에 헬륨가스를 사용하고 있어 섭씨 900-950도라는 고온 증기를 만들어내는 것이 특징이다. 증기는 그대로 지역난방 및 수소제조에 이용할 수 있다. 일본 경수로에서는 전기 에너지만을 활용하지만 고온가스로는 열에너지도 이용 가능해 이산화탄소의 배출량을 대폭으로 감소시킨다. 만들어낸 수소는 차세대 에너지로써 연료전지자동차에 이용하거나 제철에서 수소를 환원하는데 활용할 수 있다.
   연구단계이지만 2004년 4월, 일본 최초의 고온가스로 HTTR은 출력 30메가(메가는 100만)와트, 원자로 출구의 냉각재 온도는 세계 최고인 섭씨 950도를 기록했다. 2010년 3월에는 50일간에 걸쳐 950도에서의 연속 운전에도 성공했다.
   고온가스로의 또 다른 특징은 「원자로의 안전성이 높은 것」이다. 문제가 발생해 냉각재의 헬륨가스를 원자로내로 보낼 수 없게 된 경우 연료 온도가 높아지면 자연스럽게 중성자를 흡수하기 시작해 핵반응이 억제된다. 우라늄 연료가 흑연으로 덮여있어 연료에 중성자가 흡수되는 자기제어 능력이 있다고 한다. 이 기능은 경수로를 시작으로 연구개발 중인 고속증식로「몬쥬」에는 갖추어져 있지 않다. 작년 12월에 시행한 실험에서는 안전상의 이유로 출력을 30%로 떨어뜨렸지만 냉각재의 헬륨가스 송신을 멈추고 실시한 것이었다. 10분정도 걸려 출력이 1%로 낮아졌고 핵반응이 억제되었다. 연료온도는 노심이 녹아내리는 위험한 상태가 되지 않는 섭씨 1600도 이하로 제한하는 것으로 되어있어 이번에는 약 450도에 억제할 수 있었다고 한다. 더욱 엄격한 조건으로 테스트를 실시하여 2014년에는 최종적인 안전담보시험을 시작할 계획이다.
   연료 및 형식에 다소 차이는 있지만 미국 및 중국, 한국도 고온가스로를 연구하고 있다. 중국은 2013년 상업화를 목표로 일본 아오지마시에서 가까운 곳에 플랜트를 건설했으며 2020년까지 38기의 건설을 계획하고 있다. 미국은 에너지성이 주도해 2021년까지 원형로를 건설할 예정이다. 한국도 2022년에는 실증로의 운전을 시작하려 하고 있으며, 철강회사 포스코는 수소환원제철의 실시를 검토하고 있다고 한다.
   섭씨 950도라는 세계 최고의 온도를 달성한 일본 원자력기구의 기술은 해외에서도 주목하고 있다. 원자력기구는 최근 미국 제너럴아토믹社로부터 고온가스로에 관한 연구를 수탁했다. 고온가스로에서 만드는 수소에 방사성물질의 트리튬이 들어가지 않도록 제어하는 기술의 연구로 원자력기구는 미국과의 연구를 통해 자가 기술의 세계표준화를 목표로 한다. 카자흐스탄도 원자력기구의 연구시설에 주목해 카자흐스탄 연구자가 일본을 방문하고 있다. 카자흐스탄은 지역난방에 큰 관심을 가지고 고온가스로의 도입을 검토하고 있다.
   일본은 고온가스로를 약 40년가량 연구했다. 하지만 사용이 끝난 핵연료를 재이용하는 「핵연료사이클 정책」을 추진하기로 국가가 정한 순간부터 고온가스로의 실용화 문제는 더 이상 언급되지 않는듯했다. 고온가스로는 연료를 가능한 오래도록, 지속적으로 연소해 재이용하지 않기 때문이다. 하지만 근래에 들어 지구온난화방지의 관점에서 발전량은 크지 않아도 전기 에너지에 더불어 열에너지의 이용을 기대할 수 있다는 점, 수소제조 등 다른 산업에도 도움이 된다는 점 등 새로운 분야에서의 응용 가능성에 대해 관심이 높아지고 있다. 고온가스로는 향후 눈을 뗄 수 없는 존재가 될 것으로 보인다.”