국내조선사인 삼성중공업이 '탄소 제로 에너지원'으로 부상하고 있는 해양 원전인 '해양 용융염원자로(MSR·Molten Salt Reactor)'기술 개발에 본격 나섰다. 소형모듈원자로(Small Module Reactor)의 일종인 MSR은 핵연료의 사용 주기가 20년 이상으로 선박 수명 주기와 같아 한 번 탑재 후 교체가 필요 없으며 원자로 크기가 상대적으로 작아 선박 적용이 용이하다는 장점이 있다. 우리나라도 MSR 기술을 개발해 원자력 추진선, 원자력 잠수함 개발도 가능할 것이라는 관측이 나오고 있다.
삼성중공업은 국내 유일의 원자력 종합연구개발 기관인 한국원자력연구원(KAERI)과 '해양 용융염원자로(MSR·Molten Salt Reactor) 개발과 공동연구 협약'을 체결했다고 지난 9일 밝혔다.
협약식에는 정진택 삼성중공업 사장과 박원석 한국원자력연구원장 등 주요 관계자들이 참석했으며 상호 전략적 협력 관계를 구축해 공동연구를 진행하기로 합의했다.
이번 협약으로 삼성중공업은 미래 신사업 확장 역량 강화의 일환으로 MSR 기반 부유식 원자력발전 플랜트와 원자력추진선박 시장을 개척한다는 계획이다.
협약에는 MSR 요소 기술과 열교환기 등 관련 기자재 개을 비롯, 해양 원자력 제품 설계와 비즈니스 모델 개발, 성능 검증, 경제성 평가 등을 위한 공동 연구 방안이 담겼다.
MSR은 1차 냉각 계통으로 용융염을 사용하는 소형 SMR의 하나로 최근 전 세계에서 관심이 높은 첨단 원전 기술이다. SMR은 증기발생기·펌프·가압기 등 주요 기기를 하나의 용기에 담은 통상 전기 출력이 300㎿e 이하인 소형 원자로를 말한다. 용융염의 낮은 증기압과 안정성, 액체 나트륨보다 낮은 반응성, 또한 고열을 뽑아낼 수 있어 높은 열효율이 장점으로 꼽힌다.
연료는 우라늄 235가 아니라 토륨 232, 불화우라늄, 지르코늄, 리튬 등이 섞인 용융염을 핵연료로 쓴다. 핵무기를 사용할 수 있는 원료인 풀루토늄이 나오지 않는다. 토륨은 구하기 쉬울 만큼 풍부하지만 그동안 분열 효율이 낮아 사용되지 않았다. 중성자를 넣어줘야 분열이 계속 일어난다. 정전사고가 나면 중성자가 들어가지 않으면 가동이 정지된다.
토륨 232는 97%가 연소 분열되고 3% 정도만 찌꺼기로 남는다.
각국은 SMR 개발에 박차를 가하고 있다. 정부는 지난해 말 제 9차 원자력진흥위원회에서 혁신형 SMR 개발을 공식화했으며 지난 4월에는 SMR 국회 포럼이 출범했다. 미국 조 바이든 행정부도 탄소배출 감소를 위한 차세대 원전으로 SMR을 지목했다.
미국과 러시아, 중국 등지에서 70여종의 SMR 개발에 나서고 있으며, 국내에서는 삼성중과 원자력연구원이 이번에 공동 연구개발하기로 한 용융염형을 비롯해 가압경수로형, 소듐냉각고속로형, 고온가스냉각로형 등을 연구하고 있는 것으로 알려졌다. 또 대우조선해양이 미국 워싱턴주에 있는 기업 쏘콘과 함께 선박용 MSR을 개발하면서 인도네시아 진출을 타진하고 있는 것으로 전해졌다.
MSR을 선박에 사용하면 몇 가지 장점이 있다. 핵연료의 사용 주기(20년 이상)가 선박 수명 주기와 비슷하다. 선박에 한 번 탑재하면 추후 교체할 필요가 없다는 뜻이다. 원자로 크기가 상대적으로 작아 선박에 적용할 수 있다는 것도 장점이다.잠수함과 항공모함을 제외하면 민간 선박에 원자로를 설치해 상용화한 사례는 없다. 러시아가 유일하게 부유식 쇄빙선 '아카데믹 로모노소프'호에 소형 원자로를 탑재해 시험 중이지만 3세대 원전인 경수로(PWR)를 사용한다.
국내 방산업계에서는 이점에 착안해 원자력 잠수함용 원자로를 개발할 수 있을 것이라는 관측이 나오고 있다.
원자로 내부에 이상 신호가 생기면 액체 핵연료인 용융염이 굳도록 설계해 중대사고를 원천 차단할 수 있고, 고효율 전력과 수소를 동시에 생산할 수 있다는 것도 장점이다. 이 원자로를 사용하면 플루토늄 추출을 통해 핵무기를 만드려는 게 아니냐는 의심에서 벗어날 수도 있다.
삼상중 관계자는 "원자로 내부에 이상 신호가 생기면 액체핵연료인 용융염이 굳도록 설계되어 중대 사고를 원천 차단해 안전성이 높다"면서 "고효율 전력과 수소를 동시에 생산할 수 있다는 강점이 있어 차세대 '그린 수소' 생산 기지 등 활용 분야도 다양할 것으로 기대된다"고 밝혔다.
박준환 기자 naulboo@gmail.com
