핵발전이 기후위기의 답이 되기 어려운 7가지 이유
스텐포드대, 전 과정에서 육상 풍력보다 9~37배 많은 온실가스 배출
전 세계 특히 한국에서 핵발전을 지구온난화 해결을 위해 확대되어야 한다는 주장이 많다. 물론 기존 운영 중인 설비를 급진적으로 폐쇄하는 것은 어려울 수 있지만, 기후위기를 이유로 신규로 확대되는 것에 100% 동의하기가 어렵다.
이에 최근 스탠퍼드 대학 연구진들이 오히려 핵발전이 재생에너지에 비해 온실가스 배출량이 더 많으며 기후위기의 대안이 되기 어렵다는 연구 결과를 도출했다. 원문을 참고로 그 내용을 간략하게 공유하여 조금 더 균형 있게 신규 핵발전의 필요성에 대해 고민해보면 좋을 것 같다.
[그림 1] 대한민국 1차 에너지 소비량, 산업통상자원부, 2020
[그림 2] 에너지원별 발전량, 한국전력공사, 2020일단 국내 산자부 통계에 따라 1차 에너지 소비량을 살펴보면, 원자력(핵발전이 더 정확한 표현인데 정부는 여전히 원자력이라 표기)이 차지하는 비중이 2018년 기준 약 9.2%를 자치하고 있고, 원별 발전량 중 원자력은 2019년 기준 약 25.9%에 달한다. 그리고 원자력 업계 및 관련 학자들이 원자력은 탄소제로 청정에너지라며 그 비중이 1차 에너지 소비량 중 최소 20%까지 성장해야 한다고 제안한다. 이는 현재 발전량 중 원자력 비중을 약 2.2배 증가시킨 56.3%에 이르게 한다는 것과 같은 주장이다. 하지만 그들의 주장이 인류에 어떤 악영향을 주는지 제대로 계산을 못해본 것 같다.
일반적으로 핵발전소 1기를 준공하여 운영이 시작되기까지 평균 14.5년이 걸린다.(계통연계를 위한 송전탑 건설 기간은 제외하였다. 이를 포함하면 더 오랜 시간이 걸리거나, 건설 후 운영이 불가능할 수 있다.) 세계 보건기구에 따르면 매년 약 710만 명이 대기오염으로 사망한다. 그중 약 90%가 석탄, 수송 등 에너지 연소로 인한 것이다. 즉, 원자력 업계 주장대로 1차 에너지 소비의 20%로 성장하여 핵발전소로 기후위기를 대응하려면 14.5년간 매년 710만 명 중 90%인 약 9,260만 명이 사망할 때까지 기다려야 한다는 것과 같은 말이다.
반면에 대규모 태양광 및 풍력은 사업 계획단계부터 운영까지 평균 2~5년이 소요된다. 심지어 중소규모 옥상 태양광은 6개월이면 운영이 가능하다. 즉, 태양광, 풍력 등 재생에너지 100% 전환이 빠르면 빠를수록 수천만의 인명 피해를 막을 수 있는 것이다.
이처럼 핵발전이 기후위기에 답이 될 수 없는 이유가 한 가지가 아니라, 7가지 정도가 있다. 하나씩 조금 더 자세히 살펴보도록 하겠다.
1️⃣ 계획부터 운영까지 너무 오랜 기간이 걸린다.
일반적으로 핵발전을 계획부터 운영까지(PTO, Planning to Operation)는 크게 11단계로 구성되어있다. 사업부지 확보, 부지사용 허가, 부지 계약, 건설허가, 금융 조달 및 보험가입, 송배전 건설, 전력판매 계약, 인허가 확보, 발전소 건설, 계통연계, 최종 운영 라이선스 확보까지... 이러한 전 과정을 고려할 때 현재까지 운영 중인 핵발전소는 PTO 최소 10~19년이 걸렸다.
실제로 최근 핀란드에서 지어지는 올키루오토3(Olkiluoto 3 reactor) 발전기는 2000년에 착수하여 2020년에 가동될 것으로 약 20년이 걸렸으며, 이 마저도 더 늘어날 가능성이 있다. 이외에도 현재 시공 중인 미국, 중국, 스웨덴의 발전소들은 운영까지 평균 14.5년이 걸리고, 최근엔 계통연계, 경제성, 폐기물 처리 방안 부재 등 이슈로 연기되어 18년 이상 걸리는 사업들이 점점 더 많아지고 있다.
또 많은 핵발전 전문가들이 사례로 드는 '프랑스의 1975 Messmer Plan'에 포함된 58개 핵발전기의 PTO 기간이 15년이라 주장한다. 하지만 그건 사실이 아니다. 1955년 이후 계획이 시작되어 67년에 첫 건설허가를 받고, 그중 10개는 1991~2000년이 되어서야 준공되었다. 해당 프로젝트의 PTO기간은 15년이 아니라 사실 32년이다. 58개 개별 발전기가 1개 평균 10~19년이 걸린 꼴이다.
2️⃣ 비용이 너무 비싸다.
2020년 Lazard에서 분석한 보조금 제외 발전단가(LCOE)에서 보면 신규 핵발전은 평균 약 164 달러(129~198)/MWh이고, 육상풍력과 대형 태양광 발전은 각각 40달러(26~54)/MWh, 36달러(31~42)/MWh이다. 평균적으로 핵발전은 육상풍력에 비해 약 4.1배, 태양광에 비해 4.6배 비싼 전력을 공급한다.
하지만 이 마저도 너무 낮게 분석된 수치이다. 3가지 근거를 보자.
첫째, 건설기간이 너무 짧게 계산되었다. Lazard에서 핵발전의 건설기간을 5.75년으로 가정했는데, 미국 조지아에 건설 중인 Vogtle 3호, 4호기 경우 최소 8.5~9년 정도 건설기간을 가지고 있다. 건설기간 오류에 대한 요소 하나만 발전단가에 추가해도 약 21달러/MWh가 증가하여 185달러(150~220)/MWh가 가장 저렴한 육상풍력보다 최대 8.5배 비쌀 것이다.
보조금 제외한 발전단가(Unsubsidized LCOE), Lazard, 2020둘째, 발전단가 계산에는 핵발전 사고로 인한 피해 복구 비용이 반영되지 않았다. 후쿠시마 사고의 경우 4,600억 ~ 6,400억 달러(약 500조~700조 원)의 직적 복구 비용이 추정되고 있다. 물론 인근 부동산이나 국민 건강 피해 등에 발생하는 간접 피해 비용은 가산하지도 않았다. 아무리 사고 확률을 낮다고 하지만, 만약에 이런 사고가 한 번 더 발생한다고 할 때 전 세계 모든 핵발전소가 비용을 부담한다면 현재 발전단가의 10~18.5%를 상승시켜야 한다.
마지막으로 핵 폐기물을 수만 년간 보관하는 비용이 빠져있다. 미국에선 매년 1기 당 6,000억 원, 한국은 약 8,800억 원으로 예상하고, 매년 그 관리비용은 30~40%씩 증가하고 있다. 이는 수십 년 후 모든 핵발전소의 가동이 중단된다 하여도 수만 년 혹은 수십만 년간 계속 지출이 돼야 할 것이고, 그 비용은 전력판매 수익으로 더 이상 감당할 수 없다. 이는 결국 미래세대에 짊어져야 할 비용이다.
3️⃣ 탄소 배출과 대기오염을 증가시킨다.
기본적으로 핵발전소 중 탄소 배출 제로는 없다고 봐야 한다. 운영 중인 발전소는 우라늄 채굴과 정제 과정, 열과 증기 배출로 인해 4.4g/kWh 온실가스를 배출하고, 신규 핵발전소는 평균 132g(78~178)/kWh의 온실가스를 배출한다. 결과적으로 육상풍력에 비해 핵발전은 최소 9~37배 많은 온실가스 배출에 기여하고 있다.
그 세부항목으로 첫째, 핵발전소 시공, 운영, 폐쇄 전 과정 온실가스 배출량이다. 스탠퍼드에선 40g(9~70)/kWh를 배출하는데, 이는 기후변화에 관한 정부 간 협의체(IPCC, Intergovernmental Panel on Climate Change)에선 57g(4~110)/kWh를 배출한다고 발표(Bruckner et al., 2014, p. 540)한 내용보다 적은 수치이다.
둘째, 열과 증기로 인한 온실가스 배출량이다. 이는 약 4.4g/kWh으로 태양광, 풍력은 운영 중 2.2g/kWh씩 감소시켜 핵발전과 그 차이가 6.6g/kWh가 된다.
셋째, 사업부지로 인해 온실가스 흡수 원감 소는 미미하지만, 0.22g(0.17~0.28)/kWh를 배출하였다.
마지막으로 가장 많은 배출원은 PTO 기간이 10~19년으로 길어지며 태양광, 풍력 PTO 기간 2~5년에 상대적으로 발생하는 '기회비용 배출량(Opportunity Cost Emissions)'이다. 이는 약 83g(64~102)/kWh 정도이다. 실제 중국에서 2016~2017년 사이 대규모 핵발전 투자로 인해 온실가스가 약 3% 감축될 것으로 예상하였지만, 실제로는 1.3% 증가하는 결과를 만들었고, 그 주요한 원인은 바로 긴 PTO로 인한 기회비용 배출량이었다. 이러한 기회비용 배출량 차이는 온실가스 배출량 증가뿐 아니라, 2016년 한 해에만 대기오염으로 인해 69,000명이 추가 사망하는 결과를 만들었다.
4️⃣ 방사능 오염수 위험이 높다.
대부분의 핵발전의 연료봉은 대부분 냉각을 위해 물속에 담겨있고, 그 물은 모두 고농도 방사능 폐기물로 구분된다. 정부는 최소 20만 년간 방사능 폐수를 보관해야 하는데, 이를 보관할 장소 확보가 어렵고, 그 정도 기간을 버틸 수 있는 보관장소가 없다 보니 그로 인한 지하수 오염, 바다 오염으로 생태계 오염뿐 아니라, 동물, 인류 모두에 큰 위험이 된다.
5️⃣ 우라늄 채굴로 폐암 위험을 높인다.
우라늄 광산에서 최근 침대에서 방출되는 1급 발암물질로 유명한 라돈가스를 많이 발생시킨다. 이에 질병관리본부(CDC)에서는 1950년부터 2000년까지 약 4,000명 우라늄 광부들을 대상으로 역학조사를 진행했고, 그 결과 전체의 약 10%인 405명이 폐암으로 사망했고, 61명이 폐관련 질환으로 사망하였다. 이는 흡연으로 인한 폐암 발생률의 약 6배이다. 이러한 우라늄 채굴은 부도덕하며, 앞으로 채굴에 더 높은 비용이 들 것으로 예상한다.
물론 재생에너지도 철, 알루미늄 등 지하자원을 채굴하지만, 초기 설치를 위한 1회성 자원 채굴을 요구하며 이마저도 95% 이상은 재활용이 가능하다. 하지만 핵발전은 지속적인 우라늄 공급이 있어야 하기에 지속적인 채굴이 요구되고, 폐기물은 재활용할 수 없이 천문학적인 비용으로 관리해야 한다.
6️⃣ 사고 위험이 높다.
현재까지 대중에게 많이 알려진 핵발전소 운영으로 인한 사고는 크게 4가지로 1969년 미국 펜실베이니아 쓰리마일 섬, 1980년 프랑스 생 로랑 발전소, 1986년 러시아 체르노빌 사건, 2011년 일본 후쿠시마가 있다. 하지만 이보다 작은 가동중지, 부품 결함, 발전소 균열, 핵 폐수 유출 등 여러 작은 사고들이 매년 수천 건씩 발생되고 있다.
사실 이러한 큰 사고들은 전체 핵발전소 중 1.5% 밖에 안되어 작아 보이지만, 발전소가 많아질수록 사고 확률도 그만큼 커지고, 그로 인한 피해는 아주 크고, 아주 아주 아주 오랜 시간 유지된다.
또한 최근 새로운 기술로 기존의 사고를 예방할 수 있다고 하지만, 아직 해당 기술들은 아직 테스트가 이루어지지 못했고, 그 누구도 확실한 안전을 보장할 수 없다.
7️⃣ 핵무기 확산 위험이 커진다.
핵발전소가 점점 증가하고, 기술과 운영 노하우의 능력이 높아지면서, 핵무기를 제작을 위해 플로토늄과 고농도 우라늄을 수취하는 능력도, 위험도 높아졌다. 이런 위험성을 인지한 IPCC는 2014년 보고서를 통해 다름과 같이 언급했다.
"핵발전소가 점점 많아지며 후쿠시마 등 운영 중 안전사고 위험뿐 아니라, 우라늄 체굴 위험, 금융 규제 위험, 핵폐기물 처리 위험, 핵무기 확산 위험, 부정적인 대중 인식 등 기후위기 대안으로 우려사항이 많다."
이는 향후 소규모 핵발전소(Small Modular Reactors)가 증가된다면 소형 핵무기 확산 위험이 더 높아질 수 있을 것이다.
핵심을 요약해보면...
1. 핵발전단가는 육상풍력에 비해 최대 8.5배 비싸다.
2. 핵발전은 계회부터 운영까지 시간이 태양광, 풍력보다 5~17년 더 걸린다.
3. 핵발전은 발전소 크기나 건설기간에 따라 9~37배 많은 온실가스를 배출한다.
4. 뿐만 아니라, 핵발전은 핵무기, 핵사고, 폐암 발병률 증가, 핵폐기물 위험을 감수해야 한다.
5. 결론은 신규 원전 건설을 금지하고, 기 운영 중인 핵발전소를 최대한 빠르게 재생에너지로 대체하는 것이 온실가스 감축과 세금 절약의 지름길이다.
추가적으로 논의해보고자 하는 주제는... 핵발전 업계는 재생에너지의 전력공급 간헐성 때문에 가스복합발전의 백업이 필요하다고 한다. 사실 핵발전이 쉽게 끄고 킬 수 없어서 에너지 수요에 더 맞추지 못하기에 유연성 자원이 필요하다. 특히 최근엔 전 세계적으로 배터리 가격이 내려가며, 재생에너지 간헐성을 보완하여 가스복합발전을 대체하고 있다. 또 최근 수많은 연구에서 재생에너지+배터리 조합이 보조금이 없이도 핵발전보다 저렴하고 안정적인 전력을 공급할 수 있는 것을 증명하고 있다.
