중국 사막지대서 ‘토륨-용융염 원자로’ 실증 돌입
중국 사막지대서 ‘토륨-용융염 원자로’ 실증 돌입
• 중국이 고비 사막 인근에서 토륨 기반 용융염 원자로의 실증 성공을 발표했다.
• 이는 물 부족 내륙 환경에서도 운전 가능한 차세대 원자로 기술이라는 점에서 의미가 크다.
• 다만 기술적·운영적 리스크가 있으며 상업화까지는 추가 검증이 필요하다.
핵심 포인트
1. 사막에 원자로를 설치한 이유는?
• 물 부족·냉각 어려움이 있는 서북 내륙지역에서 수냉 방식 원자로 설치에 제약이 크기 때문
• 기존의 원자로(경수로)는 수냉식(水冷式)으로, 노심을 식히기 위해 서는 대량의 냉각수가 지속적으로 필요함. 이 때문에 주로 물이 풍부한 해안가나 큰 강 인근에 건설하였음
• 반면 토륨-용융염 원자로(TMSR)는 액체 상태의 소금(용융염)을 냉각재이자 연료 운반체로 사용함. 따라서 대규모 냉각수가 불필요하며, 물 부족과 냉각 어려움이 심각한 서북 내륙의 사막지대에서도 원자력 발전소 건설 및 운용이 가능해짐
• 토륨은 자연적으로 우라늄보다 풍부하고 수입 의존도가 낮은 연료원이기 때문에 전략적 자원 확보 측면에서도 매력적
토륨은 우라늄보다 지구상에 약 3~4배 더 풍부하게 매장되어 있으며, 중국은 인도에 이어 세계 2위의 토륨 매장량을 보유 (※ 희토류 채굴 시 부산물로 얻어지는 경우가 많아 연료 획득 비용을 낮출 수 있다는 이점도 존재)
• 용융염로(MSR)는 저압 운전·고온 운전이 가능하고 안전성 개선 여지가 있다는 평가를 받음
• 때문에 기존 원자로가 가질 수 있는 고압 폭발 위험을 원천적으로 제거함
• 사고 시 용융염이 하부 저장탱크로 배출되어 고체화되므로 멜트다운 및 폭발 위험이 현저히 낮아 고유 안전성이 높다는 평가를 받음
2. 이번 실험에서 나타난 기술적 진전은? (상업화 측면)
• 실험로 TMSR-LF1이 2023년 10월 임계에 도달하였음. 이는 원자로가 핵분열 연쇄 반응을 지속적으로 유지할 수 있는 상태에 진입했음을 의미
• 2024년 6월에 전력 출력(2MW급 열출력) 실증에 성공하여, 안정적으로 열에너지를 생산할 수 있음을 입증
• 운전 중 연료 교체(리로드)를 중단 없이 수행한 첫 사례로, 연속운전과 연료관리 측면에서 기존 실험보다 앞선 기술 수준을 보여줌
• 향후 10MW급 데모모델 및 상업화급 설비(100MW급)로 확장 계획을 공식화: 중국 내륙 및 건조 지역의 에너지 수요를 충족시킬 수 있는 실질적인 상업용 전력원으로 발전할 것임을 시사
3. 이 기술이 갖는 한계와 리스크는 무엇인가?
• 토륨-우라늄 전환 연료주기에서의 무기전용 가능성 및 핵확산 리스크 존재: 국제 사회 전문가들은 TMSR 기술이 대중화될 경우 핵확산 위험을 효과적으로 통제할 수 있는 새로운 안전 조치 및 관리 시스템이 필요하다고 지적
• 소재부식, 고온염의 화학적 안정성, 연료순환, 폐기물 처리 등 기술적·운영적 난제가 남아 있음
• 소재 부식: 고온(600~700°C)의 용융염은 원자로의 핵심 부품(배관, 펌프, 노심 용기 등)을 심각하게 부식시킴. 이 부식에 장기간 견딜 수 있는 특수 합금 소재 개발 및 검증이 필수적
• 고온염의 화학적 안정성: 고온에서 핵연료 및 냉각재로 사용되는 용융염의 화학적·열적 안정성을 장기간 유지하고, 핵분열 생성물을 효과적으로 제거(화학 처리)하는 기술이 어려움
• 폐기물 처리: 액체 형태의 핵폐기물(사용 후 용융염)을 안전하게 처리하고 보관하는 기술과 운영 절차를 확립
• 따라서 현재는 연구·실증 단계이며 상업화까지는 시간과 추가 검증이 필요하다는 것이 중론
시사점
• 중국은 이 기술을 통해 에너지 자립성과 저탄소 전환 전략을 동시에 추진하고 있음
• 내륙 및 건조지역에서도 원자력 설치 여건을 확대할 수 있다는 측면에서, 국가 간 에너지 전략 변화 가능성이 있음
토륨 매장량이 많은 국가들의 전략적 가치를 높일 수 있음
• 한국 역시 물 부족 지역용 원자력 기술과 토륨-기반 연료 사이클 연구 동향을 정책·기술적으로 주시할 필요가 있음
TMSR은 소형모듈원자로(SMR)와 함께 차세대 원자로 기술의 주요 축으로 평가. 따라서 중국의 기술적 성과를 분석하고, 물 적은 지역 대응형 기술 및 토륨 연료 사이클 관련 연구 동향을 주시하여 기술 격차가 발생하지 않도록 R&D 전략을 점검할 필요가 있음
