SMR 시장, 빌 게이츠와 한국 기업 협력

빌 게이츠가 설립한 테라파워는 물 대신 액체 나트륨을 냉각재로 사용하는 4세대 원전을 개발하고 있습니다. 이 기술은 차세대 원전 기술의 핵심으로 평가받고 있습니다. 지난 3월 미국 당국으로부터 소형 모듈 원전(SMR) 건설 허가를 획득하며 차세대 원전 건설에 본격적으로 나서게 됐습니다.

SK와 SK이노베이션은 테라파워에 지분 투자를 단행하고 글로벌 공동 사업 발굴에 적극적으로 나서고 있습니다. 한국수력원자력(한수원) 역시 테라파워에 지분 투자를 하고 원전 건설 및 운영을 추진할 계획입니다. 자재 및 건설 분야에서도 현대건설이 후속 원전의 설계·조달·시공(EPC)을 담당하기로 하는 등 국내 기업들의 참여가 구체화되고 있습니다.

SK와 SK이노베이션은 2022년부터 테라파워에 투자를 단행하며 공동 개발 협력을 맺었습니다. 두산에너빌리티는 4세대 원전 종류에 관계없이 핵심적인 단조 시설을 보유한 글로벌 유일 기업으로, SMR 제작에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. HD현대중공업은 해양 플랜트 기술력과 원자로 기자재 생산 강점을 활용하여 협력 범위를 넓히고 있습니다.

우리나라는 서방 세계에서 원전 건설을 중단하지 않고 지속적으로 수행해온 유일한 국가입니다. 이러한 경험은 테라파워가 한국과 협력하려는 주요 이유 중 하나로, SMR 건설의 이론과 실제 간 격차를 메울 수 있는 중요한 대안으로 평가받고 있습니다. 또한, 충분한 연구개발 인력을 확보하고 있어 SMR 기술 발전에 기여할 수 있는 전략적 가치를 가지고 있습니다.

대형 원전 건설에서 '예산 내 적기 완공(On-time, On-budget)' 능력은 핵심적인 경쟁력으로 꼽힙니다. 한국은 이 분야에서 세계 최고 수준의 역량을 보유하고 있으며, 특히 한국전력(한전)이 EPC(설계·조달·시공) 역할에서 뛰어난 성과를 보여왔습니다. 이러한 한국의 건설 및 시공 관리 역량은 테라파워가 한국을 파트너로 선택한 결정적인 이유 중 하나입니다.

2030년에는 전 세계 데이터 센터의 전력 소비량이 연간 945W를 넘어설 것으로 전망됩니다. 특히 인공지능(AI) 데이터 센터 부문의 전력 소비는 폭발적으로 증가하여, 2030년에는 일본 국가 전체가 1년 동안 사용하는 전기량과 맞먹는 수준에 달할 것으로 예상됩니다. 이러한 전력 수요 급증은 SMR과 같은 차세대 에너지원의 필요성을 더욱 부각하고 있습니다.

빌 게이츠는 2008년 테라파워를 설립하며 전 세계 에너지 수요와 기후 변화 문제를 동시에 해결할 수 있는 새로운 원전 기술의 필요성을 강조했습니다. 그는 안정적으로 전력을 공급하면서도 탄소 배출을 줄일 수 있는 안전하고 효율적인 원전 설계를 목표로 삼았습니다. 이는 테라파워의 출발점이 되었으며, 기존 석탄 발전소 부지를 활용하여 에너지 전환의 상징성을 높이려는 전략도 포함하고 있습니다.

테라파워는 올해 3월 미국 원자력 규제 위원회(NRC)로부터 나트륨 원전에 대한 건설 허가를 획득하며 18년간의 기술 개발과 설계 과정을 마무리했습니다. 이는 2026년에 와이오밍주 캐머러에서 나트륨 프로젝트의 본격적인 착공을 가능하게 했습니다. 테라파워는 2030년대 초 상업 운전을 목표로 실제 원자로 건설을 추진할 계획입니다.

테라파워는 2021년 와이오밍주 캐머러에 SMR 부지를 선정한 후, 2024년 6월 건설 인허가를 신청하여 약 2년 만에 기록적으로 짧은 인허가 기간을 거쳐 승인을 받았습니다. 현재 비원자력 계통 건설이 시작되었으며, 원자력 계통 건설도 착수된 상태입니다. 이 프로젝트는 열 저장 설비를 도입하여 유연한 운전이 가능하도록 설계되었습니다.

나트륨은 물과 반응하면 수소를 생성하여 폭발 위험이 있고, 공기와 접촉하면 화재 위험이 있어 다루기 까다로운 냉각제입니다. 테라파워는 이러한 위험성을 극복하기 위해 열 저장 설비를 중간에 삽입하여 소듐과 물이 만날 기회를 원천적으로 차단했습니다. 또한, 이 기술은 분당 전체 출력의 10%를 변화시킬 수 있는 빠른 부하 추적 능력을 제공하여 전력망의 유연성을 높입니다.

현재 원자로를 독자적으로 만들 수 있는 국가는 미국, 프랑스, 한국, 중국, 러시아 등 총 다섯 개국입니다. 중국은 하이난성에서 SMR 상업 운전을 3월부터 가동하고 있으며, 러시아는 해양 SMR을 가동하며 원천 기술을 확보한 선두 주자로서 검증 기간을 거쳐 건설 중에 있습니다. 이들 국가는 각자의 기술과 전략을 바탕으로 SMR 시장에서 치열한 경쟁을 펼치고 있습니다.

한국형 SMR은 기존 대형 원전의 경납 건물 대신 철제 경납 용기를 사용하여 원자로를 보호합니다. 이러한 설계 변경은 방사선 비상계획 구역을 발전소 부지 내로 축소하여 부지 선택의 유연성을 크게 확보합니다. 결과적으로 AI 데이터 센터나 반도체 공장과 같은 주요 산업 시설 인근에도 설치할 수 있어 전력 공급 효율성을 높일 수 있습니다.

한국이 2035년 상업 운전을 목표로 개발 중인 혁신형 SMR은 '그린필드 프로젝트'에 최적화된 검증된 기술 기반의 원자로입니다. 반면, 테라파워의 나트륨 원자로는 석탄 화력 발전소의 기존 터빈을 재활용하는 '브라운필드 프로젝트'에 강점을 가집니다. 각 노형은 프로젝트의 성격에 따라 차별화된 경쟁력을 가지며, 이는 글로벌 SMR 시장에서 서로 다른 시장 선점 가능성을 시사합니다.

오는 9월 11일 시행되는 'SMR 특별법'은 SMR 기술 개발부터 실증 및 상용화까지 전 과정을 국가적으로 지원하는 것을 핵심 내용으로 합니다. 이 법안은 5년 단위의 개발 계획을 수립하고 전담 컨트롤 타워를 운영하여 효율적인 사업 추진을 목표로 합니다. 이는 기존의 대형 원전 중심 정책에서 벗어나 SMR 산업 생태계를 체계적으로 육성하려는 정부의 의지를 반영합니다.

기존 대형 원전 산업은 주로 건설 산업의 성격을 띠었으나, SMR 산업은 '제작 산업'으로의 전환을 요구합니다. 이는 아파트 시공에서 에어컨 제조로의 변화에 비유할 수 있는 근본적인 산업 생태계의 전환을 의미합니다. SMR의 대량 생산 및 모듈화 특성상, 제조업 기반의 역량 강화가 필수적이며, 이는 새로운 산업 도전 과제로 떠오르고 있습니다.

SMR의 경제성을 확보하기 위해서는 첨단 기술과의 결합이 필수적입니다. 3D 프린팅과 같은 새로운 제작 기술을 활용하여 제작 효율성을 높이고 단가를 절감하는 방안이 도입되고 있습니다. 또한, 반복적인 건설을 통해 대량 생산 구조를 정착시키는 것이 SMR의 경쟁력을 강화하고 초기 시장 진입 장벽을 낮추는 중요한 전략입니다.

나트륨 원자로와 같은 차세대 SMR은 기존 원자력 발전소보다 높은 농축도의 연료를 사용합니다. 이러한 고농축 연료의 사용은 사용후핵연료의 절대량을 감소시키는 효과를 가져와 방사성 폐기물 발생량을 억제하는 데 기여합니다. 혁신형 SMR을 통해서도 폐기물 발생을 최소화하는 기술 연구가 활발히 진행되고 있어 환경적 부담을 줄일 수 있을 것으로 기대됩니다.

현재 미국 SMR 기업에 대한 국내 기업들의 투자는 산발적인 형태로 이루어지고 있습니다. 이를 넘어 민간과 정부가 합동으로 접근하여 시너지를 극대화할 필요가 있습니다. 특히 한미 간의 핵연료 농축 및 재처리에 대한 협상은 SMR에 투자한 국내 기업들 모두에게 큰 영향을 미칠 수 있으므로, 정부 차원의 적극적인 대응과 전략 수립이 중요합니다.