원자력의 장·단점

원자력에너지의 이용은 일반적으로 발전(發電)분야와 비발전분야인 방사선이용으로 구분한다. 발전은 원자력 에너지를 전기를 생산하는데 이용하는 것이고, 방사선이용은 방사성물질에서 방출되는 방사선을 산업적·의학적으로 이용하는 것이다. 발전과 비발전 분야 모두 우리 생활에 편익과 혜택을 주지만. 발전분야에서 원자력에너지 이용의 장·단점에 대한 논쟁은 끊임없이 계속되고 있다.

장·단점의 비교 대상

발전에서 원자력을 이용하는 개념과 기존의 화석연료를 이용하는 개념의 차이점은 단 하나이다. 즉, 발전소를 가동하여 전기를 만들기 위해서 필요한 에너지를 우라늄을 태워서 얻거나 화석연료(석탄, 석유 등)를 태워서 얻는가의 차이이다. 따라서 원자력의 발전이용에서의 장·단점은 화석연료 등 타 발전원과 상대적인 비교로 평가할 수 있다.

원자력발전의 장점

타 발전원과 비교하여 원자력발전의 장점으로 평가할 수 있는 요소는 정책적, 정성적 그리고 정량적인 요소로 구분할 수 있을 것이다. 에너지안보는 기술과 자원 확보의 정책·정성적 관점 요소이며, 친환경성과 경제성은 정량적으로 평가할 수 있는 요소이다.

에너지안보

에너지안보는 에너지의 중단 없는 확보에 다름 아니다. 에너지안보는 에너지 공급방법의 기술성, 에너지공급 안정성, 품질, 연료 확보 용이성 등에 크게 영향을 받을 수 있다. 따라서 한 국가가 당면할 수 있는 대내·외적 환경의 변화에도 불구하고 필요한 에너지가 우수한 품질로 안정적이며 지속적으로 공급될 때 에너지안보가 확보된다고 한다. 또한 에너지공급기술(방법) 및 에너지 생산에 필요한 연료 확보가 대내·외 환경에 의존적이거나 에너지 생산에서 차지하는 연료의 역할비중이 높으면 에너지안보를 크게 낮추게 된다. 따라서 에너지 공급기술의 독립성과 자립도가 매우 높아야 하며 연료 확보의 환경의존성이 매우 낮아야 에너지안보는 확실해진다.

연간 연료소요량 비교(1000 MW 발전소)

원자력발전소의 발전단가에서 연료비가 차지하는 것은 10% 전후이며 연료 소요량 또한 화석연료에 비할 바가 아닐 정도로 적다. 이는 석탄화력 대비 우라늄의 에너지 밀도가 엄청나게 크기 때문이다(우라늄 1g은 석탄 3톤과 같은 양의 에너지를 생산한다). 에너지 밀도가 크기 때문에 국가 비상시를 대비한 연료 비축도 훨씬 쉽고 비용도 적게든다.

또한 우라늄의 가격변동은 화석연료에 비하여 상대적으로 적으며 연료비 비중이 작기 때문에 가격이 오르더라도 전력 단가에 미치는 영향이 적다. 우리나라 연간 에너지원 수입에서 차지하는 비중은 매우 미미하다(2015년 에너지 수입액 1,027억불의 0.8%). 우리나라 경우, 우라늄연료의 장기수급 프로그램을 통해 10년 이상 수요를 확보해 두고 있다. 나아가 원자력발전기술을 완전히 자립하여 국내수요를 스스로 공급하고 있으며 2010년 12월 UAE에 우리가 개발한 원자로를 공급함으로서 기술수준은 세계적이다. 우리의 원자력에 의한 에너지안보의 우수성을 확인할 수 있는 명확한 증거이다.

친환경성

기후변화에 영향을 끼치는 대표적인 온실가스는 이산화탄소(CO₂)이다. 따라서 CO₂ 배출량이 친환경성의 척도로 간주되고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 원자력발전의 CO₂ 배출량은 단위전력(kWh) 생산 당 석탄발전의 약 1/1000에 불과하며, 태양광의 1/5 수준, 풍력과 유사한 수준이며 수력발전 다음으로 적다.

원자력발전의 CO₂ 배출은 우라늄 채광·정광·전환·연료제조 등의 공정에서 발생되는 배출량으로 발전 중에는 배출이 제로이며, 또한 석탄발전과 달리 미세먼지 방출도 제로이다. 원자력발전은 어느 발전에너지원보다 친환경적이며 기후변화에 대응할 수 있는 최선의 에너지원임을 알 수 있다. 파리기후변화협약(COP21, 2015. 12)에 따라 우리나라는 2030년까지 BAU(온실가스배출 전망치) 대비 37%의 온실가스를 감축해야 한다. 에너지생산·이용의 부문(발전, 산업, 수송, 상업, 가정 등) 중 특히 발전부문에서 CO₂ 배출감축량 부담이 가장 커서 원자력발전의 중요성이 더욱 부각되고 있다.

경제성

타 발전원과 비교하여 원자력발전의 장점을 정량적으로 가장 확실하게 확인할 수 있는 비교인자가 전기 값의 가격 경제성이다. 2015년 원자력의 발전원가는 55원/kwh로 두 번째로 원가가 싼 유연탄의 83% 수준이며 가장 비싼 태양광의 23% 수준이다. 이는 원자력발전 운영에서 연료비중이 10% 이내이며 우라늄 가격도 매우 낮은 수준으로 안정되어 있기 때문이다.

원자력발전의 사회적인 외부비용은 최소 약 6원/kwh에서 최대 28원/kwh로 추정된다. 나아가 원자력발전소 운전은 고장 등을 제외하고는 외부요소에 의한 영향을 전혀 받지 않고 전기를 안정적으로 공급할 수 있으므로 경제성 확보가 매우 우수하다. 고장 등으로 인한 우리나라 원자력발전소의 불시 정지횟수는 평균 0.3회/년으로 세계에서 가장 낮다.

원자력발전의 단점

아래에서 논의하는 단점들은 원자력발전에 특정적으로 한정되는 것이며 타 발전에너지원과는 무관하므로 비교·논의의 대상이 되지 않는다.

방사선피폭

원자력에너지 이용에서 편익과 불편의 양면성을 가진 것이 방사선 이슈이다. 핵분열로 생성되는 다양한 핵분열파편들은 아주 높은 방사능을 가지고 있다. 원자력발전소가 정상상태일 때는 이들 핵분열파편들은 핵연료에서 빠져 나올 수도 없고 철저하게 방호 및 차폐되므로 피폭에 대한 염려가 전혀 없다. 그러나 후쿠시마 원자력발전소 중대사고와 같이 핵연료가 용융되고 방어 및 차폐수단이 상실될 경우에는 엄청난 양의 방사성물질과 강력한 방사선이 환경으로 방출될 수 있다. 즉, 방사선 피폭문제가 발생할 수 있는 것이다. 핵분열에서 나오는 원자력에너지를 이용하자면 방사선 피폭문제가 발생하지 않도록 철저하고 안전한 조치가 이루어져야 하므로 원자력이용의 한 단점으로 인식되고 있다. 그러나 에너지가 낮은 방사선으로 의학적 진단·치료, 비파괴검사 등 공업적 이용, 품종개량이나 멸균과 같은 농·생명학적 이용으로 많은 혜택을 보고 있다.

붕괴열

핵분열로 생성된 핵분열 생성물들은 높은 방사능을 가진 방사성물질들로 방사붕괴를 하면서 많은 방사선(α, β, γ선 등)을 방출한다. 이들 방사선들의 운동에너지는 핵연료 내부에서 운동마찰로 열에너지로 전환된다. 원자로가 정지되어 핵분열이 일어나지 않아도 운전정지 전에 이미 생성된 핵분열파편들은 안정된 원소로 변환될 때 까지 방사붕괴를 하므로 계속해서 열이 발생하는 것이다.

이를 붕괴열이라 하는데 붕괴열은 최대 원자로 정격출력의 ~7%에 이르고 시간에 따라 급격하게 줄어든다. 그러나 만일 붕괴열을 냉각을 통해 노심에서 제거하지 않으면 엄청난 열이 누적되어 핵연료피복재를 녹이고 궁극적으로 핵연료자체를 녹이는 용융상태로 만들 수 있다. 바로 후쿠시마원전의 사고가 되는 것이다. 따라서 원자로 운전이 정지되어도 붕괴열을 지속적으로 제거하여 원자로를 일정온도 이하로 유지시켜야 한다. 붕괴열의 문제가 원자로의 안전과 직결되는 단점이라 할 수 있다.

방사성폐기물

원자력에너지를 이용하는 과정(연료물질 취급, 發電, 진단·치료, 산업이용, 연구 등)에서 발생하는 방사성폐기물을 관리하는 문제가 가장 큰 단점으로 지적되고 있다. 인체 및 환경에 심각한 위해를 끼칠 수 있는 방사선을 방출하기 때문이다.

특히 고준위 방사성폐기물로 구분되는 사용후핵연료(SNF, Spent Nuclear Fuel)관리가 핵심과제로 SNF의 방사능이 자연의 천연우라늄 수준으로 감소하는데 약 10만년 이상이 걸릴 정도로 높은 방사선을 방출하기 때문이다. 또한 사용후핵연료가 방출하는 핵분열 생성물들의 방사붕괴로 인한 붕괴열은 처분장 크기를 결정하는 핵심인자이다. 현재 사용후핵연료를 안전하게 처리·저장·처분하기 위한 관리기술 개발과 처분부지 확보에 국가적 노력이 진행되고 있다.

중·저준위 방사성폐기물은 원자력에너지 이용과정에서 많은 양이 발생한다. 이들은 고화, 압축 등의 특별한 공정을 거쳐 용기에 담아 경주의 중·저준위 방사성폐기물 처분장에 저장·처분된다. 경주 중·저준위 방사성폐기물 처분장은 200리터 규모 용기 10만 드럼 저장·처분에 58,000m²의 면적이 소요되었으며 향후 70만 드럼까지 저장·처분하는데 총 0.406km² 면적이 필요한 것으로 분석되고 있다.

원자력발전의 안전성

원자력발전의 안전성은 어느 발전방법과의 비교요소는 아니다. 굳이 안전성 문제를 들자면 후쿠시마 원전과 같은 중대사고가 발생했을 때 위 단점으로 지적한 방사선에 의한 인명과 환경에 대한 위험과 피해일 것이다. 100% 절대적 안전은 없다. 인간이 만든 모든 기계와 기기는 나름의 결점이 있지만 이용과정에서 결점으로 인한 경험을 반영하여 완전으로 발전해 나가는 것이다. 원자력발전소(원전)의 안전성 확보는 일반 기기를 만들 때 안전과 관련된 상황에 대한 가정과 대응하는 방법과는 다르다. 원전은 자연에서 발생할 수 있는 가정적인 심각한 요소를 허용할 수 있는 범위내로 반영할 뿐만 아니라 인위적인 오류에 대한 상황도 반영하여 설계·건설·운영한다.

후쿠시마원전의 중대사고는 지진과 쓰나미라는 자연현상으로 발생했지만 궁극적으로는 원자로의 구조적인 결함(약점) 보강에 미흡하였고 발생가능 상황에 대한 사전대처에 소홀했던 인위적인 사고로 본다. 1986년의 체르노빌원전 사고도 안전성확보를 위한 보호수단(원자로 격납용기) 미비 등의 인위적인 오류사고로 분류한다. 1979년의 미국 TMI 원전2호기 사고는 발생할 수 있는 사고에 완벽하게 대처할 수 있는 수단이 정상적으로 기능하였기에 생명과 환경의 안전을 확보할 수 있었다. TMI2 원전사고의 시스템적 대응기능이 바로 원전 안전성의 핵심이라고 할 수 있다.

후쿠시마원전 사고 이후 국내 원전은 안전성제고와 관련된 50여개의 기술적 항목을 도출하고 보강하여 안전의 신뢰도를 더욱 높인 것으로 평가받고 있다. 최신형 원전은 노심이 용융되는 중대사고는 10만~100만년에 1회 발생의 확률로 설계되고 대부분의 비정상 경우 인위적인 간섭을 배제하여 자연현상적으로 대처할 수 있도록 발전되었다. 원전의 부품은 기능적인 문제가 있으면 인간이 만든 다른 기계나 도구처럼 반드시 교체한다. 원전은 인간이 개발한 가장 안전한 시스템이라는 것을 과학과 기술이 인정하고 있다. 안전과 관련된 이슈는 사고결과의 규모 문제가 아니라 사고 그 자체이다. 작은 사고나 큰 사고 모두 안전의 문제이다.