김지훈 한미 원자력협력TF 부대표 링크드인 글“美 SMR 핵연료 확보, 韓에 농축권한 주면 해결”정부가 미국과의 우라늄 농축 협상에서 기존 공급망 논리를 한 단계 확장했다. 그동안 러시아·중국 의존을 줄이는 핵연료 공급망 구축을 강조했다면, 이제는 한국의 민수용 농축 역량이 미국의 첨단 원자로와 소형모듈원자로(SMR) 공급망에도 도움이 된다는 점을 앞세우고 있다. 김지훈 한미 원자력협력 태스크포스(TF) 부대표는 9일 링크드인에 올린 글에서 한미가 핵연료 협력을 강화하면 SMR 도입과 양국의 에너지 안보에 도움이 된다고 밝혔다. 그는 “한국과 미국은 핵 비확산 원칙에 부합하는 우라늄 농축 역량 확대도 협의하고 있다”며 “민수용 농축 역량 확보에 합의하면 안정적이고 신뢰할 수 있는 농축우라늄 공급망 구축에 도움이 될 것”이라고 강조했다. 핵심은 고순도저농축우라늄(HALEU)이다. HALEU는 우라늄-235 농축도가 5%를 넘고 20%에는 못 미치는 저농축우라늄이다. 작은 노심으로 더 오래 운전할 수 있어 미국에서 개발 중인 여러 첨단 원자로의 핵심 연료로 꼽힌다. 김 부대표는 “HALEU는 더 작은 노심과 긴 연료 교체 주기를 가능하게 하지만 상업적 공급이 제한돼 SMR 도입의 병목이 될 수 있다”고 설명했다. 한미 원자력협력 TF는 우라늄 농축과 사용후핵연료 재처리 권한 확보를 위해 미국과 협상하는 조직이다. 원자력 자립에 필수적인 우라늄 농축과 사용후 핵연료 재처리는 1974년 한·미 원자력협정 체결 이후 50년 넘게 허용되지 않고 있다. 2015년 한미 원자력협정이 개정돼 한국도 원칙적으로는 저농축 우라늄을 생산할 수 있지만 미국과의 협의를 거쳐야 한다. 사실상 ‘불가능’이라는 게 정부와 원자력업계의 시각이다. 재처리는 아예 불가능하다. 美 첨단 원자로용 HALEU 공급 부족2030년까지 40t 필요…생산 1t 안팎러시아 의존 낮추려 서방 공급망 확대미국 에너지부(DOE)와 원자력규제위원회(NRC)에 따르면 미국의 여러 비경수로형 첨단 원자로와 일부 차세대 SMR은 HALEU를 연료로 사용한다. 다만 모든 SMR이 HALEU를 쓰는 것은 아니다. 일부 경수로형 SMR은 5% 이하 일반 저농축우라늄(LEU)을 사용한다. HALEU 부족은 SMR 산업 전체보다 이를 채택한 첨단·비경수로형 원자로의 병목에 가깝다. DOE는 첨단 원자로 도입을 위해 2030년까지 40t이 넘는 HALEU가 필요할 것으로 전망한다. 그러나 센트러스에너지가 오하이오주 피케턴 시설에서 생산한 물량은 2025년 중반 기준 누적 1t 안팎에 그친 것으로 알려졌다. 미국이 공급망 구축을 서두르는 배경에는 러시아 의존이 있다. 러시아는 세계 우라늄 농축역무의 약 44%를 담당하는 최대 공급국이다. 미국은 인플레이션감축법을 통해 HALEU 공급망에 7억 달러를 투입하고 영국·프랑스·일본·캐나다 등과 농축·변환 능력 확대를 추진하고 있다. 한미 원자력협정상 농축엔 美 사전 동의 필요제3국 SMR 협력 성과가 농축 협상 신뢰 좌우한국은 원전 설계·건설과 운영, 핵연료 가공 분야에서는 경쟁력을 갖췄지만 민수용 우라늄 농축은 여전히 미국과의 협의가 필요한 영역이다. 현행 한미 원자력협정 아래에서는 미국산 핵물질·장비·기술과 관련된 농축이나 재처리를 추진하려면 미국의 사전 동의와 국내 절차를 거쳐야 한다. 2015년 협정 개정으로 연구개발 목적의 농축과 파이로프로세싱에 일부 여지가 생겼다. 2025년 한미 공동 팩트시트에는 미국이 자국 법률과 양국 협정에 부합하는 범위에서 한국의 민수용 우라늄 농축과 사용후핵연료 재처리로 이어지는 절차를 지지한다는 문구가 담겼다. 당장 상업적 농축을 허용한다는 뜻은 아니지만 협상의 목표가 공식 문서에 명시됐다는 점은 의미가 있다. 한국 정부는 여기에 미국의 산업적 필요를 결합했다. 한국이 민수용 농축 역량을 확보하면 미국은 첨단 원자로용 연료 공급처를 늘리고, 한국은 원전 수출에서 연료 공급까지 경쟁력을 넓힐 수 있다. “한국에도 허용해 달라”는 요구를 “한국을 공급망에 편입하면 미국에도 도움이 된다”는 제안으로 바꾼 것이다. 지난 7일 체결된 한미일 SMR 협력각서는 이런 주장을 뒷받침할 협력 실적을 쌓는 계기가 될 수 있다. 3국은 제3국 SMR 도입을 촉진하기 위해 기업 간 협력과 금융·기술 지원을 확대하기로 했다. 농축 협상과 직접 연계된 합의는 아니지만 한국이 미국·일본과 제3국 SMR 사업에서 성과를 낼수록 공급망 파트너로서 신뢰를 높일 수 있다. 한국의 민수용 농축 역량이 미국 SMR 산업의 성패를 좌우하는 것은 아니지만 러시아 의존도를 낮추고 인도태평양 원전·SMR 시장을 함께 공략할 선택지를 넓힐 수 있다. 미국이 이를 비확산 부담보다 동맹 공급망의 자산으로 받아들일지가 한미 원자력협상의 다음 쟁점이다.

미국의 한 원자력 기술기업이 앞으로 인류가 이웃 행성인 화성으로 가는 우주여행 기간을 3개월까지 줄일 수 있는 원자력 엔진 개념을 고안했다고 미주간지 뉴스위크가 26일(현지시간) 전했다. 보도에 따르면, 시애틀에 본사를 둔 울트라세이프뉴클리어 테크놀로지스(이하 울트라세이프뉴클리어)라는 이름의 기업은 우주 진출을 위한 핵열추진(NTP) 엔진체계에 관한 연구의 일부분으로 미국항공우주국(NASA) 측에 설계 개념을 전했다고 밝혔다. NTP 엔진체계는 이른바 핵분열로 알려진 원자의 분열 과정에 의해 작동한다. 이 엔진체계는 원자들이 쪼개져 열을 발생하는 원자로심(노심)을 통해 액체 추진제를 펌프질해 작동하게 하는 경향이 있다. 이 과정은 추진제를 가열해 기체로 바꿔 밀쳐 나가는 힘인 추력을 일으킨다. NTP 엔진체계는 또 기존 화학 로켓보다 많은 추력을 제공하며 효율도 높다. 기술자들은 서로 다른 추진 체계의 성능을 평가하기 위해 비추력량을 계산한다. 비추력은 로켓 추진체의 성능을 나타내는 기준이 되는 값으로, 추진제 1㎏을 1초간 연소했을 때의 추력을 말한다. 즉 비추력량이 클수록 좋다는 것. 울트라세이프뉴클리어의 수석기술자 마이클 에아데스 박사는 이날 성명에서 “우리의 새로운 개념은 기존 NTP 엔진 설계보다 신뢰성이 높았으며 비추력량은 화학 로켓보다 2배 이상 많다”면서 “우리는 우주의 새로운 개척지를 열기 위한 노력을 주도하고 그것을 빠르고 안전하게 이루길 원한다”고 말했다. NTP 엔진체계는 비록 로켓을 궤도까지 보내도록 설계되지 않았고 발사 이후에만 사용할 것이지만, 우주에서의 이동 시간을 크게 줄여 오늘날 가장 발전한 화학 로켓보다 무거운 탑재물을 운반할 것으로 기대된다.이런 엔진은 예를 들어 현재 화성까지 가는 데 걸리는 예상 시간인 약 7개월을 절반 이상 줄일 수 있다. 이는 달은 물론 화성까지 유인 임무를 계획하고 있는 NASA에 좋은 소식인 것이다. 울트라세이프뉴클리어는 이번에 고안한 새로운 개념은 육지에서 에너지를 공급하기 위해 사용하는 원자로의 설계 측면을 포함한다고 밝혔다. 파올로 벤네리 울트라세이프뉴클리어 최고경영자(CEO)는 성명에서 “우리 설계의 핵심은 지상 원자로 기술과 우주 원자로 기술 사이의 의도적인 중복”이라면서 “이는 우리가 지상 원자력 체계로부터의 핵기술과 기반 시설의 발전을 이용해 이를 우주 원자로에 적용할 수 있게 한다”고 말했다. 관련 사례 중 하나로 개념에는 원자로에 동력을 공급하기 위해 사용하는 핵연료가 있는데 이를 전세라믹미세입자핵연료(FCM·Fully Ceramic Microencapsulated)이라고 한다. FCM 핵연료는 실제로 민간 원자로에서 나오는 재처리 물질인 고순도 저농축 우라늄(HALEU·High-Assay Low Enriched Uranium)에 기반을 둔다. 이 회사는 FCM 연료를 탄화지르코늄의 코팅 조각으로 감쌀 것을 제안하면서 이 연료는 기존 핵연료보다 견고하며 고온에서 작동할 수 있어 더욱더 안전한 엔진 개념을 만들 수 있다고 설명했다. 윤태희 기자 th20022@seoul.co.kr

냉전 시대인 1950년대 미국과 소련은 핵을 파괴 무기로만 사용하는 것이 아니라 잠수함, 항공모함, 비행기, 우주선 등의 동력원으로 사용하는 연구를 진행했습니다. 원자력의 힘을 빌면 오랜 시간 연료 보급 없이 움직일 수 있는 군함과 비행기, 로켓을 만들 수 있기 때문입니다. 미국은 1955년부터 1972년까지 미 항공우주국(NASA)와 미국 원자력 위원회 (AEC)를 중심으로 다양한 형태의 프로토타입 핵열추진(Nuclear Thermal Propulsion, NTP) 로켓 엔진을 개발했습니다. 핵열추진 로켓 엔진은 핵연료에서 나오는 열에너지로 추진체를 가열해 분사하는 방식의 로켓 엔진입니다. 추진체로 사용되는 물질은 대개 액체 수소입니다. 차가운 액체 수소를 고온의 핵연료봉 사이로 주입해 고온 고압 상태의 수소 가스로 만든 후 로켓 엔진을 통해 분사해 추진력을 얻는 것입니다. 이 방법은 1950년대 개발된 원자로 기술로도 실현이 가능해 수십 개의 프로토타입 엔진이 개발되고 테스트됐습니다. 당시 NASA는 달보다 훨씬 멀리 떨어진 화성 탐사 우주선에 이 원자력 로켓 엔진을 사용할 계획이었습니다. 하지만 천문학적인 비용 문제와 더불어 사고 시 방사능 유출 문제 때문에 결국 취소되기에 이릅니다.그러나 NASA가 핵열추진 로켓 개발을 완전히 포기한 것은 아니었습니다. 몇 년 전부터 NASA는 민간 업체와 협력으로 더욱 안전하고 신뢰성 높은 차세대 핵열추진 로켓을 개발하는 프로젝트에 착수했습니다. 우주 비행사를 화성처럼 먼 장소까지 보내기 위해서는 기존의 화학 로켓이나 이온 로켓을 뛰어넘는 강력한 로켓이 필요하기 때문입니다. 화학 로켓은 추력은 강력하지만, 효율이 매우 낮아 먼 장소까지 대형 우주선을 보내려면 엄청난 양의 연료가 필요합니다. 대안으로 개발된 이온 플라스마 엔진은 효율은 좋은 편이지만, 대신 추력이 매우 약해 소형 우주선에서만 사용할 수 있습니다. 원자력 로켓은 효율도 좋고 추력도 강해 우주 비행사를 화성이나 그보다 더 먼 장소로 보낼 장거리 대형 우주선에 적합합니다. 따라서 NASA가 여러 가지 어려움에도 핵열추진 로켓을 계속해서 시도하는 건 당연해 보입니다. 그런데 원자력 우주선에 관심이 있는 미국 정부 기관은 나사 하나만이 아닙니다. 미국 방위 고등 연구 계획국(DARPA) 역시 핵열추진 로켓 엔진에 관심을 보이고 있습니다. DARPA는 고순도 저농축 우라늄(HALEU, High-Assay Low Enriched Uranium)을 이용한 핵열추진 로켓 엔진 개발을 위해 그리폰 테크놀로지스(Gryphon Technologies)사와 1400만 달러에 계약을 맺었다고 발표했습니다. 그리폰 테크놀로지스가 개발하는 원자력 로켓에 대해서는 핵열추진 방식이라는 것 이외에 공개된 내용이 거의 없습니다. 다만 DARPA의 DRACO(Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations) 프로그램의 일부로 개발된다는 점을 생각하면 지구–달 선회 궤도를 신속하게 이동할 수 있는 핵열추진 우주선 개발이 가능한지 알아보려는 것으로 보입니다. 현재 NASA는 여러 다국적 파트너와 함께 인류를 다시 달로 보내는 아르테미스 계획을 추진하고 있습니다. 달 위성 궤도에 최초의 달 우주 정거장인 루나 게이트웨이를 건설하고 2024년에는 우주 비행사를 달 표면에 착륙시킬 계획입니다. 지구와 달 사이를 오가는 아르테미스 임무에는 모두 재래식 화학 로켓이 사용됩니다. 하지만 그런 만큼 상당히 많은 연료가 필요해 적지 않은 비용이 들어갑니다. 만약 원자력 로켓이 있다면 핵추진 항공모함이나 잠수함처럼 수시로 연료를 보급하지 않아도 되기 때문에 민간 탐사 임무는 물론 군사 목적의 우주 비행도 수월해질 것입니다. DARPA의 의도는 결국 미국의 군사 행동 범위를 달을 포함한 더 먼 우주로 확장하려는 것으로 볼 수 있습니다. 다만 실용적이고 안전한 핵열추진 로켓을 개발하는 일은 쉽지 않은 과제가 될 것입니다. 원리는 간단하지만, 기본적으로 외부로 노출된 원자로나 마찬가지라 안전성 문제가 항상 따라다닐 수밖에 없기 때문입니다. 갑자기 팽창하는 수소 가스의 압력을 몇 년간 지속적으로 견딜 수 있는 엔진 역시 어려운 과제입니다. 1400만 달러의 연구비로는 쉽게 극복할 수 없는 기술적 문제가 있기 때문에 이번 연구 개발 프로그램은 타당성을 검토하기 위한 초기 연구로 생각됩니다. 하지만 이런 연구에 투자한다는 것 자체가 미국이 미래 우주 진출 프로그램을 진지하게 생각하고 있다는 의미입니다. 사실 DARPA가 진행한 많은 연구 프로그램이 결국 성공하지 못하고 중단되긴 했지만, 실패할 가능성이 있더라도 그럴 만한 가치가 있다면 도전하는 것이 DARPA의 목적이기도 합니다. 이런 도전 정신이 여러 가지 어려움에도 불구하고 미국이 오랜 세월 초강대국의 지위를 유지할 수 있는 이유 중 하나일 것입니다. 고든 정 칼럼니스트 jjy0501@naver.com