• 한국 정부는 2014년 한미원자력협정 개정을 통해 사용후 핵연료 재처리에 대한 미국의 승인을 기대하고 있다. 일부 언론과 정치인, 원자력 관계자들도 재처리를 적극적으로 주장한다. 그 배경에는 핵주권론과 원자력공학자들의 학문적인 욕구, 그리고 천문학적 비용이 투입될 거대 시설의 건설 및 운영에 대한 산업계의 이해관계 등이 뒤얽혀 있다. 수백조원의 비용이 소모되고 최소 몇 백 년에 걸쳐 국민의 생명과 건강에 직접적으로 영향을 미칠 정책 결정을 두고 정작 국민의 알 권리는 보장되지 못하는 실정이다. 재처리 주장이 과연 국익(國益)에 도움이 되는지 일본의 사례 등을 통해 검토해본다.

사용후 핵연료의 처리 및 처분 방법에는 ‘직접처분방식’과 ‘재처리방식’이 있다. 직접처분방식은 수조 내에서 핵연료 붕괴열이 식기를 기다려 지하 500m 이상 최종처분장에 핵연료를 저장하는 것이고, 재처리방식은 화학적인 공정으로 연료의 일부를 리사이클한 다음 나머지를 최종처분장에 저장하는 것이다. 재처리방식은 처리 과정에서 핵무기 원료인 플루토늄을 생산할 수 있어, 한국이 이 방식을 택하려면 미국의 승인이 불가피하다. 재처리방식은 또 ‘고속로의 상용화’를 전제로 한 것이며, 몇 만 년 이상의 안정된 지질층에 최종처분장을 확보하는 것이 절대적 조건이다.

재처리방식에 의해 추출된 플루토늄의 상업적 이용 방법으로는, 우라늄을 섞어 혼합산화물 (MOX·Mixed Oxide)형태의 연료로 만들어 경수로(현재의 원전)나 고속로에서 태우는 방법이 있는데, 한국은 후자를 검토 중이다.

재처리에 드는 막대한 비용

여기에는 고속로 개발이 좌절된 상황에서 플루토늄 축적에 대한 국제적인 비난을 피하려는 정치적 판단이 깔려 있다. 경수로보다 먼저 시작된 고속로 개발은 기술적 한계로 60년이 지난 지금도 연구단계이며, 상용화에 이른다고 해도 50년 이상의 개발기간이 더 필요하다는 현실적인 제약이 있다. 고속로는 경제성과 안전성 면에서도 근본적인 문제가 있다. ‘고속중성자’ 이용에 따른 ‘핵폭발 위험’과 냉각재인 ‘나트륨의 폭발·화재 위험’ 등 대형사고 가능성을 안고 있다.

현재 상업용 재처리 방침을 고수하는 나라는 영국, 프랑스, 일본 3국이지만, 영국은 2007년 에너지백서에서 “재처리를 전제로 하지 않는다”고 명기했다. 재처리방식은 습식(濕式)과 건식(乾式)으로 나뉘는데, 위의 세 나라는 습식을 채택하고 있다. 한국은 선진적인 핵연료 사이클 기술이라 일컬어지는 건식, 그중에서도 파이로 프로세싱(Pyro-processing)을 연구하고 있지만, 이 방식은 세계적으로도 아직 실험실 수준에 머물러 있다.



그럼에도 국내 재처리 추진파가 파이로 프로세싱을 주장하는 이유는 이렇다. 우라늄자원의 효율적인 이용과 세계적인 원전 급증(?)에 따른 우라늄자원 공급 부족 및 우라늄 가격 상승에 대한 대비, 플루토늄의 단독 추출이 어려워 핵 확산 위험이 적은 장점, 방사성 독성이 강하고 발열량이 높은 초우라늄(TRU)원소 등 일부 핵종의 분리 및 변환을 통한 최종처분장의 체적 축소와 안전관리기간 단축 등이다.

그러나 어느 방식이든 재처리는 일반적인 자원의 재활용과 달리 치명적인 방사성물질을 취급하는 위험성을 갖고 있으며, 원전보다 훨씬 큰 규모의 시설을 짓고 유지하는 데 천문학적인 비용이 든다. 그리고 추진파가 주장하는 것과 달리, 우라늄자원의 재활용도 ‘고속로가 상용화되지 않는 한’ 사용후 핵연료의 1%(플루토늄)를 재활용하는 수준에 그친다. 재처리 과정에서 대량의 제2차 폐기물이 계속적으로 발생하는 것도 문제다.

일본은 현재 가동 중인 원형(原型)시설 도카이(東海) 재처리공장 외에 상업용 규모의 롯카쇼무라(六ヶ所村) 재처리공장을 짓고 있으나, 당초 2006년 예정이었던 완공시기가 이미 17회나 연기되어 지금은 2010년 10월로 잡혀 있다. 건설비용도 당초 계획 7000억엔의 3배인 2조2000억엔(약 26조4000억원)으로 불어났고, 10월 완공도 확신할 수 없는 상황이라 추가적인 비용 투입이 불가피한 실정이다. 단일 공장으로는 세계최고액이다. 일본 정부가 2003년에 발표한 자료에 따르면, 2006~46년까지 40년 ‘무사고 운전’을 가정한 상태에서 재처리 관련 비용은 합계 18조8000억엔(약 225조6000억원)이었다.

이처럼 국내에서 핵연료 사이클을 완성하려면, 재처리공장뿐만 아니라 우라늄농축공장, MOX연료 가공공장, TRU 중간처분시설 등을 짓는 데 드는 비용, 방사성 폐기물 수송 및 처분 비용, 관련 공장들의 해체 비용 등이 필요하다. 재처리에 필요한 최종처분장과 고속로 개발비용 등을 포함하면 40조엔(약 480조원)을 훨씬 넘을 것으로 판단된다.

재처리파 주장에 대한 반박

우라늄자원의 가격상승 및 자원 부족을 살펴보더라도 재처리를 서두를 이유가 없다. 유럽원자력공동체(EURATOM)의 2008년차 보고서에 따르면, 미발견 우라늄자원 등을 고려할 경우 2008년말 기준 가동 원전 432기의 약 3배인 1200기 분량의 연료를 100년 이상 공급할 수 있다. 또한 우라늄 가격 상승이 바닷 속 우라늄(약 45억t)을 이용하는 기회로 작용할 수 있다. 핵무기를 해체하면서 나오는 핵연료도 있다. 실제로 유럽과 미국에서는 이를 사용하고 있다.

한편 건식에서 플루토늄을 단독 추출하는 것이 습식에 비해 더 곤란한 건 사실이지만 그렇다고 불가능한 것은 아니다. 미국 정부는 2006년에 GNEP(Global Nuclear Energy Partnership)를 제안하며 독성이 강한 방사성물질을 섞어 플루토늄 단독 추출을 어렵게 하는 선진적인 재처리기술을 국제적으로 공동개발하려고 했다. 하지만 이 기술에 회의적인 오바마 정권이 관련 예산을 대폭 삭감하면서 GNEP는 실질적으로 중단 상태에 놓여 있다.

최종처분장의 체적 축소와 안전관리기간의 단축이 가능하다는 주장에 대해서는, 현재 실험 중에 있는 반감기가 긴 장수명핵종의 분리는 일부 핵종에 적용될 뿐이며, 그나마도 100% 완전분리는 아니다. 어디까지나 실험 조건을 완벽하게 갖춘 연구실에서 화학적으로 실증된 단계라 아직 수많은 과제가 남아 있다.

한편 장수명핵종의 소멸 및 변환 처리는 고속로보다 안전한 가속기 개발로 대체할 수 있다. 가령 추진파의 주장처럼 모든 장수명핵종이 수백 년(아마 500년 정도)으로 반감기가 단축된다고 하더라도, 인간이 최종처분장을 안전하게 관리할 수 있는 기간은 길어야 100~200년이 아닐까? 더욱이 장수명핵종의 상업적인 소멸·변환 처리도 지금의 고속중성자 수준으로는 효율성이 떨어지고, 다른 장수명핵종이 새로 생성되는 문제도 있다. 건식 재처리공장도 습식과 마찬가지로 안전을 위해 완전 밀폐된 공간에서의 원격조정 시설이 필요하며, 배기 및 배수에 의한 방사성 누출 문제, 재처리 과정에서 나오는 제2차 폐기물 등에 대한 안전 문제도 무시할 수 없다.

비합리적인 고속로 개발

핵연료 재처리의 또다른 근본적인 문제는 고속(증식)로의 상용화 가능성이 보이지 않는다는 점이다. 고속증식로란 연료로 사용하는 핵분열성물질(플루토늄)의 양보다 사용후 핵연료에 포함된 플루토늄 양이 1.2~1.3배 많이 생성되는 고속로를 가리킨다. 사용후 핵연료의 94~95%가 비핵분열성물질의 우라늄238인데, 그 일부가 고속로에서 연소 중에 고속중성자에 의해 플루토늄으로 바뀌는 것이다.

추진파는 이를 근거로 사용후 핵연료의 플루토늄(1%)을 포함해 95~96%를 재활용할 수 있다고 주장한다. 그러나 고속로가 50년 후에 실용화된다 하더라도, 우라늄자원 절약 규모는 이론적인 계산만큼 크지 않고, 안전을 무시한 증식률도 실험실의 완벽한 조건하에서 나온 이론적인 수치에 지나지 않는다. 또 이 같은 증식을 통해 다른 고속증식로를 가동할 만한 양을 확보하는 데는 약 60년이 걸리며, 사용후 핵연료의 저장과 재처리, 새 연료 가공까지 포함할 경우 70~80년 이상이 걸린다. 그 사이 증식을 위해 가동 중인 고속증식로는 수명을 다한다. 한편 고속로도 핵분열시에 발생한 열로 발전을 하는데, 나트륨(소듐)을 냉각재로 이용할 경우 나트륨(소듐)냉각고속로라고 한다.

우라늄238은 핵연료 농축과정에서도 대량으로 발생하는데, 군사용 열화우라늄탄으로 일부 사용되고 나머지는 폐기되거나 저장된다. 예를 들어, 경수로 핵연료(농축도 4.1%의 우라늄235) 1000㎏을 제조하기 위해서는 천연우라늄 8300㎏(우라늄238 8241㎏＋우라늄235 59㎏)이 필요한데, 농축과정의 폐기물로 우라늄238(7282㎏)과 농축도 1% 정도의 우라늄235(18㎏)가 발생한다. 사용후 핵연료 속에는 우라늄238(929㎏), 타다 남은 농축도 1% 정도의 우라늄235(9㎏), 플루토늄(11㎏) 등이 포함되어 있다. 결국 우라늄238은 사용후 핵연료(929㎏)보다 농축과정(7282㎏)에서 약 8배나 많이 발생하는 것이다. 그 성분 또한 순수한데, 왜 불순물이 가득 섞인 우라늄238을 추출하기 위해 고액의 비용을 들여 위험한 재처리를 하려고 하는지 의문이다. 재처리 추진파는 핵연료 농축과정에서 대량으로 발생한 우라늄238 이용 방안을 먼저 제시해야 하지 않을까?

추진파는 인도와 중국의 원형로 건설을 예로 들며 고속로 개발을 주장하는데, 인도는 안전성을 무시한 군사적 목적이 강하며, 중국도 안전하게 실현될 수 있을지 의심스러운 상황이다. 그리고 러시아를 제외한 한국 등의 국가들은 나트륨냉각고속로가 중심인데, 금속나트륨은 수분이나 공기와 접촉하면 폭발 및 화재가 발생하는 취급상의 문제와 핵폭발로 이어지는 고속중성자 제어 문제 등의 안전상의 결함을 지니고 있다.

동급 원전의 8배 비용

1995년 나트륨 누출에 의한 폭발·화재사건으로 15년간 가동이 중지됐던 일본의 원형로 몬주(28만kW)가 빠르면 올해 전반기 중에 재실험에 들어갈 예정이다. 당초의 건설비용이 360억엔에서 2010년 4월 현재 5900억엔으로 늘어났으며, 개발비용까지 포함하면 9000억엔(약 10조8000억원)에 달한다. 100만kW급 원전의 건설비가 일본에서 3000억엔 정도이니 규모로 따지면, 동급 원전의 8배 정도 비용이 든 셈이다. 그런데도 재처리공장처럼 고장으로 언제 가동이 중지될지도 모르는 상황이라 개발 당사자 측도 3년 정도는 안전을 최우선으로 하는 실험 중심의 가동을 할 것이라고 발표했을 정도다. 백보 양보해 언젠가 고속로가 실용화된다고 해도, 경수로의 경제성과 안전성도 그만큼 진보할 것이다. 그러니 고속로가 경수로를 대체하는 원자로로서 어느 정도 경쟁력을 가질지 의문이다. 필자의 판단으로는 지금의 소형원자로 개발 추세 등을 봐도 도저히 경쟁이 될 것 같지 않다.

한편 추진파 일부에서는 플루토늄을 경수로에서 태우는 것도 고려하는 것 같다. 이는 경제성도 안전성도 무시하고 단지 핵 확산에 대한 국제적 우려를 피하려는 수단에 지나지 않는다. 일본은 2009년 11월부터 경수로에서 MOX연료를 부분적으로 이용하기 시작했는데, 이 연료봉 가격이 하나에 약 8억9000만엔(약 106억8000만원)으로 농축도 4.5% 우라늄 핵연료가격 1억~2억엔(시장가격의 변화)보다 훨씬 비싸다. 발전량은 오히려 우라늄핵연료의 약 80%에 지나지 않고 우라늄자원 절약효과도 겨우 10~20% 다. 더욱이 원자로 제어관리 곤란 및 연료봉의 낮은 용융점 등으로 경수로의 안전 여유도를 축소시키는 근본적인 문제가 있다.

해외위탁과 중간저장시설 확보

재처리공장 부지 확보 및 건설 기간 등을 고려하면, 추진파는 재처리의 해외 위탁을 전제하는 것으로 판단된다. 직접처분방식도 시간적으로 곤란한 상태다. 사용후 핵연료의 처리 및 처분방식이 결정될 때까지의 대안으로, 원전 부지 밖에 중간저장시설을 확보하는 방안이 있으나, 국내에서는 실행 움직임이 전혀 보이지 않는다.

일본은 1979년부터 시작한 재처리 해외 위탁을 국내 재처리공장이 완공될 때까지의 임시적인 조치라고 했지만, 실질적인 이유는 사용후 핵연료를 보관할 임시 장소 확보였다. 해외 재처리공장의 거대한 수조를 이용해 국내 저장시설의 한계를 일시적(기껏해야 10~15년)으로 극복할 수 있었기 때문이다. 또 당시 영국과 프랑스는 부피가 큰 중저준위 방사성 폐기물을 자국 내에서 처분해주는 대신, 그 발열량에 준하는 고준위 방사성 폐기물을 일본에 반환하는 계약을 맺었다. 이로써 일본은 중저준위 방사성폐기물 최종처분장 축소를 꾀할 수 있었다. 하지만 이후 영국과 프랑스의 법률이 개정되면서 중저준위 폐기물도 전부 반환하게 되었다. 결국 사용후 핵연료를 근본적으로 처분할 방안을 세우지 않고 원전만 확대해온 결과, 원전 부지 내 수조 시설의 한계를 극복하는 수단으로 비싼 재처리 해외 위탁을 선택하지 않을 수 없었던 것이다.

참고로 영국과 프랑스의 재처리산업은 독일, 스페인 등의 재처리 정책 포기와 일본의 해외위탁 중지(2000년) 등에 따른 대폭적인 수요 축소로 가동률이 저조한 상태다. 그렇기 때문에 새로운 시장으로 한국을 주목해 1995년 무렵부터 낮은 가격을 제안하는 등 로비를 해왔다.

일본이 건설 중인 롯카쇼무라 재처리공장의 처리 능력은 연 최대 800t으로 도카이 재처리공장의 6배 정도지만 수조 저장 능력은 22배나 크다. 재처리공장 건설 초기부터 “재처리시설은 필요 없으니 수조만 크면 된다”는 전력회사와 관계 부처의 발언이 자주 소개된 바 있다. 일본은 고준위 방사성 폐기물 최종처분장 확보 곤란 및 재처리공장 건설 차질 등에 따른 사용후 핵연료 누적 때문에 1999년 6월에 원자력법을 개정해 원전 부지 밖에 집중적인 중간저장시설을 설치하도록 했다. 2010년 4월 현재 도쿄전력과 일본원자력발전이 공동으로 시설을 짓고 있으며, 다른 회사들도 부지를 물색하고 있는데 총 3~4개의 시설을 계획하고 있다.

롯카쇼무라 재처리공장이 완공돼도 일본 내 사용후 핵연료의 60% 정도밖에 처리할 수 없는데다, 사고로 가동이 중지될 때를 대비해 중간저장시설이 불가피한 실정이다. 재처리공장의 처리능력 60%도 공장 가동률을 100%로 가정한 것으로, 원형시설인 도카이 재처리공장 가동률이 20%대였던 점을 감안하면 실제로는 총 발생량의 약 12% 처리에 지나지 않을 수도 있다. 그럼에도 일본이 재처리를 추진하는 이유는 ‘핵개발을 위한 기술과 시설의 유지’라고 단정할 수 있다.

국익을 위한 선택과 집중

최근 핵확산방지 및 핵무기감축에 관한 미국의 대응과 국제원자력기구(IAEA)가 제안한 농축 및 재처리시설 국제공동관리안 등이 적극적으로 논의되고 있는 국제 상황에 비춰볼 때, 한미원자력협정이 개정되더라도 한국의 사용후 핵연료 재처리를 미국이 승인할 것 같지 않다.

따라서 정부는 공론화를 통해 직접 처분을 우선 정책으로 정하고, 조속히 중간저장시설 확보에 힘을 쏟아야 한다. 단, 직접처분은 재처리 방식의 경제성과 안전성이 보장되면 최종처분장에서 사용후 핵연료를 꺼내 핵종분리 등을 한 후 다시 처분하는 방식을 택한다. 이를 위해서는 재처리에 대한 실험실 규모의 연구는 유지하되 영국, 프랑스, 일본, 러시아 등이 우리나라보다 먼저 폭넓은 연구를 진행한 만큼, 적극적으로 해외 정보를 입수하고 좀 더 신중하게 생각하는 시간적 여유를 가져야 한다. 그리고 고속로 개발이 아니라, 국제적으로 경쟁력이 있는 경수로 소형화 및 고온가스로 개발이라는 선택과 집중이 바람직하다.

마지막으로 재처리 추진파가 중간저장시설 확보를 위해 노력하지 않고 재처리, 특히 국제적인 비난이 예상되는 해외 위탁을 주장하는 이유는 무엇인가? 이데올로기와 개인 또는 산업의 이해관계를 떠나, 재처리가 국익에 도움이 되는지 재검토하길 바란다. 기술지상주의자는 포기할 줄 아는, 과학에 대한 겸손이 필요하다.