[와이오밍 케머러=뉴스핌] 박정우 특파원 = 몰몬교 개척자들이 세운 미국 유타주의 주도 솔트레이크시티에서 차로 2시간. 사막과 초원이 끝없이 이어지는 고속도로를 한참 따라가다 보면 해발 2200m 고지대의 소도시, 와이오밍주 케머러가 나타난다. SK이노베이션이 투자한 미국 원자력기술 혁신기업 테라파워(TerraPower)가 첨단 소형모듈원전(SMR) 실증단지를 조성하고 있는, 차세대 글로벌 '원전 르네상스'를 여는 시험무대다.

이곳에는 현재 미국 원자력규제위원회(NRC)가 40년 만에 처음으로 비(非)경수로 원자로 건설을 허가한 '케머러 1호기(Kemmerer Unit 1)'가 들어서고 있다. 액체 나트륨(소듐)을 냉각재로 사용하는 소듐냉각고속로(SFR·Sodium‑cooled Fast Reactor) 기반 SMR의 첫 상업용 실증 현장이자, 글로벌 4세대 원전 경쟁의 실질적인 출발점으로 꼽힌다.

지난달 28일 취재진이 찾은 현장은 거친 바람이 황량한 대지를 훑고 지나가는 가운데, 뿌연 흙먼지를 헤치고 불도저와 포크레인, 대형 덤프트럭들이 쉼 없이 오가는 거대한 공사판이었다. 그 사이로 대형 살수차가 오가며 물을 뿌려 먼지를 가라앉히고, 현장 작업자는 공사 차량의 동선을 정리하며 분주히 움직이고 있었다.

가장 먼저 완성형에 가까운 외관을 드러낸 건물은 소듐 테스트 충전 시설(Sodium Test and Fill Facility)이다. 외관 공사가 거의 마무리된 시설 외벽에는 네 대의 굴절식 고소작업대가 매달려 있고, 작업자들이 지붕과 벽체 마감 작업에 한창이었다. 패널로 둘러싸인 거대한 직육면체 건물 앞에는 트럭과 중장비가 줄지어 서 있고, 형광 조끼를 입은 작업자들이 주변을 오가며 마지막 손길을 보태고 있었다.

길이 80m, 폭 40m, 높이 35m 규모의 이 건물 내부에는 케머러 1호기에 공급할 액체 나트륨의 운전·안전 시험과 나트륨 순환 계통 검증과 저장, 충전을 위한 설비가 들어선다. 원자로 본체와 분리된 상태에서 냉각제인 액체 나트륨 관련 시스템을 반복적으로 검증하는 일종의 '공용 시험대' 역할을 맡는다는 게 테라파워의 설명이다. 

◆ 24헥타르 부지에 들어서는 SMR

앤디 크루시엘 건설 총괄 디렉터에 따르면 케머러 1호기 건설 현장의 전체 부지는 약 24헥타르 규모다. 원자로와 연료 취급·안전 계통이 모여 있는 원자력 아일랜드(Nuclar Island)와 발전·열저장·송전 설비가 들어서는 에너지 아일랜드(Energy Island)가 각각 12헥타르씩을 차지한다. 그는 "필요하면 인근 부지까지 포함해 지금의 두 배 이상으로 확장하는 것도 어렵지 않다"고 말했다.

발전소 공사 부지 너머로는 약 8킬로미터 떨어진 기존 석탄화력발전소가 선명하게 보였다. 크루시엘 디렉터는 "이 일대가 미 서부에 전력을 공급해온 에너지 벨트였는 데 앞으로는 석탄 대신 SMR과 가스, 재생에너지가 그 역할을 이어 받게 될 것"이라고 덧붙였다.

그는 또 "현장에서 가장 큰 건물 두 동은 사실 발전에 직접 기여하지 않는 구조물"이라며 "하나는 소듐 테스트 충전 시설, 다른 하나는 원자로 조립 건물"이라고 설명했다. 한국에서 제작된 원자로 주기기가 조립동으로 들어오면, 이곳에서 모듈 단위로 조립된 뒤 통째로 들어 올려져 지하 원자로 구획(피트)에 내려 설치하게 된다. 크루시엘 디렉터는 "원자로 건물은 지하에 있고, 지상에 드러난 건물은 오히려 가장 작다"며 "기존 대형 원전에서 보던 거대한 돔은 이 현장에서는 찾아보기 어렵다"고 말했다.

◆ 물 대신 액체 나트륨 냉각제로 사용

케머러 1호기의 기술적 차별점은 한마디로 '물 대신 나트륨, 고압 대신 저압'이다. 패트릭 영 나트륨 원자로 프로젝트 총괄 수석부사장은 케머러 1호기를 "345MW급 전기출력의 SFR 기반 SMR"이라고 소개하며, "지난 수십 년 동안 전 세계에서 축적된 나트륨 원자로 운전 경험을 토대로 한 기술"이라고 강조했다. 

액체 나트륨을 사용하면서 물을 냉각제로 사용하는 기존 원전과 달리, 해안이나 대형 호수 근처에만 지을 필요가 없어 입지 제약도 크게 줄었다. 여기다 경수로는 약 300℃가 넘는 환경에서 물이 끓지 않도록 수십 기압의 고압을 유지해야 하지만, 액체 나트륨은 약 880℃에서도 끓지 않아 대기압과 비슷한 저압 조건에서 운전이 가능하다. 이 차이는 원전의 안전성과 직결된다는 게 테라파워 측 설명이다. 영 수석부사장은 "나트륨 냉각 풀형(pool‑type) 설계와 지하 설치 구조 덕분에 일반 경수로보다 훨씬 작은 비상계획구역(EPZ)을 설정할 수 있다"며 "방사성 물질이 외부로 확산될 가능성을 구조적으로 낮춘 설계"라고 말했다.

◆ 열 저장 통해 AI 피크 따라가는 원자로

소듐 냉각 방식 SMR이 인공지능(AI) 시대와 직접 연결되는 지점은 열저장 시스템이다. 테라파워는 원자로에서 생산한 열을 저장했다가, 전력 수요가 급증할 때 이를 꺼내 터빈을 더 돌리는 구조를 채택했다. 

용융염(molten salt) 기반 에너지저장 시스템을 갖춘 345MW급 SFR인 케머러 1호기는 전력 수요가 급증할때 열저장 탱크에 모아둔 에너지를 활용해 일시적으로 최대 500MW까지 출력을 끌어올릴 수 있도록 설계됐다. 이는 약 40만 가구에 동시에 전력을 공급할 수 있는 규모로, 풍력·태양광 발전량이 떨어지는 시간대에 최대 수요를 떠받치는 전원(peak maker) 역할을 하도록 한 것이다. 특히 원자로와 분리된 열저장 계통 덕분에 재생에너지와의 연계도 상대적으로 수월해, 원자로가 일종의 대형 배터리처럼 움직이도록 했다는 게 테라파워 측 설명이다.

◆ 3년 공기·콘크리트 사용량 절반

케머러 1호기는 기술 실증인 동시에, 지난 수십 년간 미국 내 원전 건설이 겪어온 공기 지연과 공사비 폭증을 되풀이하지 않기 위한 시험이기도 하다.

현장 설명에 따르면 SFR 기반 케머러 1호기 설계는 기존 경수로 발전소 대비 콘크리트 사용량을 약 50% 줄이고, 공사 기간도 약 36개월로 크게 단축하는 것을 목표로 하고 있다. 원자로와 터빈이 한 부지 안에서 복잡하게 얽혀 있던 기존 방식 대신, 원자력 부지와 에너지 부지를 분리하고, 공장에서 미리 제작한 모듈을 현장에서 조립하는 방식을 도입한 덕분이다.

또 터빈 건물, 열저장 설비, 송전설비 같은 비원자력 일반 건설은 먼저 진행하고, 원자로 건물과 핵 관련 계통은 건설 허가 이후 본격 착수하는 방식으로 공정을 분리하는 전략도 병행하고 있다. 이를 통해 2020년대 후반까지 비원자력 시설 공사를 마치고, 2029년 말부터 2030년 사이 운영허가 신청과 승인을 거쳐 2030년대 초 시운전, 그리고 2031년 상업 운전에 들어갈 예정이다. 비록 실증 성격이지만, 현재까지 NRC로부터 건설 허가를 받은 첨단 상업용 SMR은 케머러 1호기가 유일하다.

◆ 안전성 높고 폐기물 적지만 지속가능 우려도

안전성뿐 아니라 폐기물 측면에서도 기존 노후 원전에 비해 유리하다는 평가다. 나트륨 냉각 고속로는 연료를 더 깊게 태워 같은 전력을 생산하더라도 사용후핵연료와 방사성폐기물 발생량을 줄일 수 있어, 장기적인 폐기물 관리 부담을 낮출 수 있다는 설명이다.

여기에 지역 일자리 효과도 뒤따른다. 테라파워는 케머러 1호기 건설이 정점에 달할 때 약 1600명의 인력이 투입되고, 전체 건설 기간은 약 5년에 이를 것으로 보고 있다. 상업운전이 시작되면 보안 인력을 포함해 매일 약 250명의 상주 인력이 발전소 운영을 책임지게 된다.

물론 장밋빛 전망만 있는 것은 아니다. 핵연료 공급망과 규제, 사용후핵연료 처리 문제는 여전히 이 프로젝트의 구조적 리스크로 꼽힌다. 러시아산 농축 연료 의존도가 높았던 글로벌 원전 산업은 우크라이나 전쟁 이후 가격 급등과 공급 불안에 직면했다. 미국 공영라디오(NPR)는 지난 5월 2일 케머러 1호기 관련 보도에서, 테라파워가 기존 원전과 마찬가지로 연방정부의 영구 처분장 허가 전까지는 사용후핵연료를 현장에 보관할 수밖에 없다고 밝히고 있다고 전했다. 그러면서 유타 환경단체들은 유타 북부의 대형 염호인 그레이트솔트레이크(Great Salt Lake) 인근에 핵폐기물 저장시설을 짓겠다는 주 정부 구상과 함께, 이런 핵 폐기물 현장 보관 방식이 장기적으로 안전성과 비용 측면에서 얼마나 지속 가능하냐며 우려를 제기하고 있다고 덧붙였다.

규제 측면에서도 케머러 1호기가 받은 것은 아직 건설 허가다. SFR이라는 비경수로 설계, 축소된 비상계획구역, 새로운 안전계통과 열저장 구조가 운영 허가 단계에서도 그대로 인정될지는 미지수다. 다만 이 프로젝트가 도널드 트럼프 1기 행정부의 첨단원자로실증프로그램(ARDP) 선정으로 시작돼, 조 바이든 행정부 대규모 재정 지원(약20억 달러)을 거쳐, 다시 트럼프 2기 행정부에서도 초당적 지지를 받는 구조라는 점은 '안전판'으로 평가된다.

◆ 대미 투자 패키지 속 SMR

곧 발표될 우리나라의 대미 투자 대상에 케머러 1호기가 포함될지 여부도 관심거리다. 우리 정부가 미국과의 관세·통상 협상 과정에서 약속한 2000억 달러 규모 대미 투자 안에서 SMR 프로젝트가 1호 사업 후보군으로 거론되고 있고, 에너지 분야에서는 LNG와 함께 원전·SMR이 강력한 후보군으로 꼽힌다. 이 경우 케머러 1호기와 같은 SFR 기반 SMR이 유력 후보 중 하나로 포함될 수 있느냐는 질문에, 크리스 르베크 테라파워 최고경영자(CEO)는 "당연히 그런 조합도 검토 대상이 될 수 있다"고 답했다.

이 모델을 국내에 어떻게 들여올 것인가도 관심거리다. SK㈜와 SK이노베이션은 2022년 테라파워에 2억5000만달러를 투자해 빌 게이츠 다음으로 2대 주주가 됐고, 올해 초에는 이 지분 중 일부를 한국수력원자력에 넘기며 한미 합작 구조를 공식화했다. 여기에 두산에너빌리티는 케머러 1호기의 주기기 공급을 맡고 있으며, HD현대와 현대건설은 원자로 시스템 모듈 생산 및 EPC(설계·조달·시공) 참여를 위한 협력을 강화하고 있다. 사실상 이 프로젝트가 미국의 첫 첨단 SFR 기반 SMR이자 한국의 1호 4세대 SMR의 예행연습 무대라는 평가다.

SK이노베이션은 케머러 1호기 실증 결과를 토대로 2035년 국내 최초 4세대 SMR 상업운전을 목표로 잡고 있다. AI 데이터센터·배터리·반도체 등 그룹 핵심 사업의 전력 수요를 자체적으로 안정적으로 조달하는 동시에, 아시아 시장에 SMR‑LNG‑ESS(에너지저장장치)를 결합한 통합 에너지 솔루션을 수출하겠다는 구상이다. 최근 한국 정부가 SMR 사전검토 제도를 도입하고 SMR 규제체계 구축 로드맵을 발표한 것도 이러한 산업계 움직임과 궤를 같이한다는 평가가 나온다.

케머러 1호기는 그런 의미에서 한국형 차세대 첨단 SMR 건설을 위한 '리허설 무대'다. 와이오밍 고지대에서 시작된 이 실증 프로젝트가 약속 대로 36개월 공기, 기존의 절반 수준 건설비, 축소된 비상계획구역, 줄어든 폐기물양을 실제로 입증할 수 있을지에 따라 한국 1호 4세대 SMR의 속도와 방향도 결정될 가능성이 크다는 지적이다.

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