[산업경제뉴스 손영남 기자] 토륨 원자로가 다시 주목받고 있다. 한때 미국에서 실험되다 사라졌던 이 기술은 최근 중국에 의해 되살아나며, 차세대 원자력의 핵심으로 떠오르고 있다. 특히 중국은 세계 최초로 토륨 기반 용융염 원자로(TMSR)의 장기 안정 운전에 성공했으며, 이를 바탕으로 발전용 시범로와 해양 응용까지 기술을 확장하고 있다. 에너지 분야의 강자다운 행보다. ◆ 실험로에 그치지 않고 상선으로까지 범위 확장 중국과학원 상하이응용물리학연구소는 지난 1일, 간쑤성 고비사막에 설치된 2메가와트(MW)급 실험용 용융염 원자로에서 토륨을 우라늄-233으로 전환해 연료로 사용하는 데 성공했다고 발표했다. 이는 토륨을 실제로 투입해 작동한 실험 데이터를 확보한 세계 최초 사례로, “용융염 원자로 시스템에서 토륨 자원을 사용하는 기술적 타당성에 대한 초기 증거를 제공했다”는 설명이 뒤따랐다. 이로써 토륨 원자로는 이론적 가능성을 넘어 실증 단계로 진입했다는 평가를 받고 있다. 토륨 원자로는 기존의 우라늄 기반 원자로와는 구조부터 다르다. 핵연료로는 토륨-232를 사용하며, 냉각재로는 고온의 액체 소금(용융염)을 활용한다. 이 방식은 고압 격납 용기가 필요 없고, 자연 대류에 의한 수동 냉각이 가능해 노심 용융 위험이 낮다. 또한 플루토늄을 생성하지 않아 핵확산 저항성이 높고, 방사성 폐기물 발생량도 적다. 안전성과 지속가능성 측면에서 기존 원자로보다 우수하다는 평가를 받는다. 물론 장점만 존재하는 것은 아니다. 20세기 중반 미국에서 활발히 연구됐지만, 결국 상용화되지 못하고 폐기됐던 기술일 정도로 기술적인 어려움이 다분하고 안보를 위협할 수 있단 공포로부터도 자유롭지 못하기 때문이다. 기본적으로 토륨은 스스로 핵분열을 일으킬 수 없기 때문에, 중성자를 흡수해 우라늄-233으로 변환되어야 한다. 이 우라늄-233은 핵무기 제조에 사용될 수 있어, 핵확산 저항성에 대한 논란이 존재한다. 또한 용융염은 고온에서 부식성이 강해, 내식성 소재 개발과 방사선 차폐 기술 등에서 높은 기술적 난이도를 요구한다. 미국도 1960년대 오크리지 국립연구소에서 토륨 원자로를 실험했지만, 용융염에 의한 파이프 부식 등 기술적 문제로 인해 연구를 중단한 바 있다. 그럼에도 현재의 원자력이 지니는 여러 비난으로부터 훨씬 자유로울 수 있기 때문에 그에 대한 관심이 적지 않은 것이 사실이다. 또한 이를 응용하면 여러 산업에 이로움을 가져다줄 수 있는 것 역시 매력적인 요소다. 중국 역시 이 점에 주목하고 있는 모양새다. 중국은 이 기술을 실험로에 그치지 않고 응용 단계로 확장하고 있다. 최근 세계 최대 조선업체인 중국선박그룹(CSSC)은 토륨 원자로를 탑재한 대형 원자력 상선의 설계 사양을 공개했다. 해당 선박은 1만 4000개의 컨테이너를 실을 수 있으며, 미국 해군의 씨울프급 핵잠수함에 사용되는 원자로와 같은 수준의 출력인 200MW급의 TMSR을 동력원으로 사용한다. 기존의 우라늄 원자로와 달리 냉각수가 필요 없고 구조가 단순해 훨씬 작고 조용하며 폭발 위험도 낮은 것이 특징이다. 또한 선박은 브레이튼 사이클을 통해 초임계 이산화탄소 발전기를 구동하며, 수년간 연료 보급 없이 바다를 횡단할 수 있다. 일반적인 상선으로선 꿈도 꾸기 힘들 정도의 효율성을 지닌 것으로 타 상선과의 경쟁에서 절대적인 우위를 점할 수 있다. ◆ 4세대는 언감생심, 아직도 2세대에 머문 한국 중국의 행보는 거침이 없어 보인다. 현재 중국은 고비 사막에 설치한 실험용 TMSR에서 장기 안정 운전에 성공했으며, 현재는 더 큰 발전용 시범 원자로를 건설 중이다. 내몽골 지역에는 막대한 양의 토륨이 매장되어 있어, 단일 광산에서만 중국 전역에 1000년 이상 전력을 공급할 수 있는 양이 존재하는 것으로 알려졌다. 자원 확보와 기술 실증을 동시에 이룬 셈이다. 토륨 원자로의 이점을 십분 살리겠다는 것인데, 이는 단지 중국만의 일이 아니다. 세계 최대의 토륨 매장국 중 하나인 인도는 자국의 3단계 원자력 개발 계획에 토륨을 핵심 연료로 포함시키며 자신들의 의지를 피력 중이다. 노르웨이와 캐나다도 연구용 실험로를 통해 기술 가능성을 검증 중이며, 국제적 기술 경쟁은 점차 뚜렷해지고 있다. 물론 토륨 원자로 개발이 전세계적인 흐름이 아닌 것은 분명하다. 우리 역시 그 중 하나에 해당된다. 잠깐의 시도는 있었다. 2000년대 초반 한국원자력연구원(KAERI)에서 일부 연구가 진행됐지만, 이후 정책적·재정적 지원이 미비하며 관련 기술은 정체 상태에 머물러 있다. 현재 한국은 여전히 가압경수로(PWR) 기반의 2세대 원자로에 의존하고 있으며, 4세대 원자로 개발 로드맵조차 명확히 제시되지 않은 상황이다. 정부 역시 이에 특별한 관심을 드러내보이지 않고 있다. 정부가 발표한 탄소중립 시나리오와 에너지 기본계획에 토륨 원자로에 대한 직접적인 언급은 없는 것만 봐도 알 수 있다. 원자력의 역할은 일부 포함되어 있지만, 대부분 기존 원자로의 유지 수준에 머물고 있는 와중에 토륨으로까지 시선을 돌릴 여력이 없는 셈이다. 이유는 자명하다. 현재로선 토륨 원자로에 대한 필요성을 느끼지 못한 때문이다. 동시에 토륨 원자로가 반드시 필요한 기술인지에 대해서도 확신을 가지지 못하고 있는 것 또한 미온적인 태도를 가지게 만드는 배경이다. 핵분열을 직접 일으키지 못하는 특성, 우라늄-233의 군사적 전용 가능성, 상용화까지의 기술 장벽 등 해결해야 할 과제가 적지 않은 상황에서 기술 개발에 매달리는 것 또한 자연스럽지 않다. 그러나 그런 이유가 토륨 원자로에 대한 관심을 완전히 접어야 할 근거는 되지 못한다. 당장 기술 개발에 매달리지는 않는다 해도 토륨 원자로가 지닌 안전성, 자원 접근성, 폐기물 저감 효과 등은 분명히 들여다볼 필요가 있기 때문이다.

[산업경제뉴스 손영남 기자] 재생에너지의 보급이 빠르게 확대되고 있다. 그에 따른 에너지전환 작업 역시 분주히 진행 중이다. 다만 그 전환 과정에서의 아쉬움이 현재의 재생에너지 전환을 마냥 고운 시선으로 바라볼 수 없게 만들고 있다. 기껏 만들어놓은 에너지를 제대로 활용하지 못한다는 이유에서다. 태양광과 풍력 등 자연 기반 에너지원은 시간과 날씨에 따라 발전량이 급변하는 특성이 있어, 전력 수요와 공급의 균형을 맞추는 데 어려움이 따른다. 결국 재생에너지의 실질적 활용 가능성은 저장 기술에 달려 있으며, 이의 중책을 걸머쥔 것이 바로 에너지 저장 시스템(ESS)이다. 특히 정부가 2050년 탄소중립을 선언하고, 기업들이 RE100(재생에너지 100% 사용) 이행에 나서면서 재생에너지의 안정적 공급을 위한 ESS의 중요성은 더욱 커지고 있다. ◆ 글로벌 시장, 기술과 수요가 함께 성장 중 블룸버그 뉴에너지파이낸스(BNEF)의 최근 보고서에 따르면, 2022년 전 세계적으로 16GW의 저장 용량이 추가되었으며 이는 전년 대비 68% 증가한 수치다. BNEF가 밝힌 바에 따르면 글로벌 ESS 설치 규모는 지난 2023년 44GWh에서 2030년 508GWh로 10배 이상 확대될 전망이다. 그중 가장 두드러지는 지역이 바로 아시아 태평양 지역이다. 아시아 태평양 지역은 ESS 보급의 중심지로 부상하고 있으며, 2030년까지 전 세계 저장 용량의 44%를 차지할 것으로 예상된다. 선도국은 역시나 재생에너지 절대 강자로 군림하고 있는 중국이다. 중국은 대규모 배터리 생산 능력을 바탕으로 시장을 선도하고 있으며, 일본과 한국도 기술 개발과 인프라 확충에 속도를 내고 있다. 이에 맞서는 서구의 대응도 만만치 않다. 유럽에서는 독일과 이탈리아를 중심으로 가정용 배터리 수요가 증가하고 있고, 미국과 EU는 중국의 공급망 우위를 견제하기 위해 배터리 생산 시설 확대에 나서고 있다. 리튬 가격 하락과 LFP 배터리의 확산은 ESS의 가격 경쟁력을 높이는 데 기여하고 있다. 국내에서도 ESS 보급 확대가 가속화되고 있다. 2024년 리튬이온 배터리의 평균 가격은 133달러/kWh 수준까지 하락할 것으로 예상되며, 이는 태양광·풍력 등 재생에너지 연계형 고정형 ESS의 보급을 촉진하는 요인으로 작용할 전망이다. 정부는 재생에너지 확대 정책과 함께 ESS 보급을 위한 인센티브를 제공하고 있으며, 민간 기업들도 배터리 관리 시스템(BMS), 에너지 관리 시스템(EMS) 등 핵심 부품의 기술 개발과 가격 경쟁력 확보에 집중하고 있다. SK E&S, LG에너지솔루션, 한화큐셀 등 주요 에너지 기업들은 ESS 사업에 적극적으로 뛰어들고 있으며, 일부는 장주기 배터리 실증 사업과 해외 시장 진출을 병행하고 있다. 산업 전반에서 저장 기술을 기반으로 한 에너지 전환 전략이 구체화되고 있는 셈이다. ◆ 국내 ESS, 성장세 속 제도 이행은 ‘제자리’ 이러한 기술적 성장과 보급 확대에도 불구하고, 국내 ESS 운영 실태는 제도적 신뢰와 실행력 측면에서 한계를 드러내고 있다. 지난 10월 22일 국회 기후에너지환경노동위원회 국정감사에서는 공공기관의 ESS 미가동 문제가 집중적으로 지적됐다. 더불어민주당 박정 의원은 한국전기안전공사가 전북 전주 본사 부지에 설치한 250kW 규모의 ESS를 화재 위험 등을 이유로 가동하지 않고 있다며, ESS 안전관리 총괄기관으로서 모순된 태도를 보이고 있다고 비판했다. 김원이 의원 역시 공공기관 ESS 설치 의무 이행률이 34.4%에 불과하다며, 산업통상자원부 산하기관조차 설치율이 절반에도 못 미친다고 지적했다. 정부는 2021년부터 계약전력 2000kW 이상 공공건물에 ESS 설치를 의무화했지만, 2024년 기준 전체 대상 기관 중 64.6%만 설치를 완료한 상태다. 설치된 ESS 중 상당수는 전력 수요관리나 피크저감 등 본래 목적에 활용되지 않고 있으며, 일부는 전력거래시장 참여도 하지 않고 있는 것으로 드러났다. 값비싼 대가를 치르고 획득한 재생에너지를 말 그대로 허공에 날리는 셈이다. 이에서 드러나는 것은 분명하다. 저장 기술이 뒷받침되지 않으면, 생산된 에너지는 활용되지 못한 채 낭비되는 애물덩어리에 불과하다는 점이다. ESS는 이러한 문제를 해결하는 핵심 기술로, 향후 에너지 정책과 산업 전략의 중심에 자리할 것으로 보인다. 향후 ESS 산업의 지속 가능성을 위해서는 저장 효율 향상, 안전성 확보, 배터리 재활용 기술의 상용화 등 다양한 과제가 해결되어야 한다. 또한 지역별 수요 예측과 전력망 연계 최적화는 ESS의 실효성을 높이는 데 중요한 요소로 작용할 것이다. 재생에너지 시대의 경쟁력은 더 이상 발전량에 있지 않다. 에너지를 ‘언제든지’ 사용할 수 있도록 만드는 저장 기술이야말로, 지속 가능한 전력 시스템의 핵심이다. 잘 만든 에너지를 제대로 저장하지 못하면, 그 잠재력은 빛을 잃는다.