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원자력, 무엇이 문제일까?

10대가 꼭 읽어야 할 사회·과학 교양 16
김명자 지음
동아엠앤비

2023년 07월 10일 출간

종이책 : 2023년 01월 20일 출간

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ISBN 9791163636441
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작품소개

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모든 에너지원은 장단점이 있다. 완벽하고 이상적인 에너지원은 아직 존재하지 않는다. 친환경적이라 알려진 에너지원은 비용이 많이 든다든지, 저렴하게 운용 가능한 에너지원은 치명적인 사고의 위험을 내포하고 있다는 식이다. 그러나 환경과 에너지, 안전의 문제는 어느 것 하나 중요하지 않은 것이 없다.
우리나라는 화석연료를 전적으로 수입에 의존하고 있으며, 에너지 자립을 위해 정책적으로 원자력 발전 기술개발에 공을 들여왔다. 그리하여 에너지 부존자원은 없지만 원자력 기술경쟁력을 갖춘 국가이다. 유럽연합이 원자력을 녹색분류체계에 포함시키자 환경부는 기 발표한 내용을 수정해 원전을 포함하는 개정안을 발표했다. 주요 내용은 원전 신규 건설과 계속운전의 경우 2045년까지 건설 및 계속운전을 허가받은 설비에 대해서 녹색분류체계에 포함되는 활동으로 인정한다는 것이다.
우리나라의 에너지 해외 의존도는 세계 5위의 원유 수입국이다. 또한 재생 에너지 자원이 풍부하지 않다. 국토 면적도 좁고 인구밀도도 높아 재생 에너지 이용에서 매우 불리한 상태이다. 태양광 패널과 풍력 발전기로 전 국토와 해안을 뒤덮다시피 해도 현재 발전량의 60%를 차지하는 석탄과 천연가스 발전을 대체할 수 없다. 하지만 기후위기 시대 국제사회의 온실가스 감축 요구는 지극히 마땅한 현실이다. 우리 상황에서 탄소중립 달성 수단으로 현존하는 탈탄소 에너지 기술인 원자력을 경시할 수가 없다. 따라서 국가 에너지 안보 차원 등의 압력을 해소할 수 있는 합리적인 에너지 믹스 설계가 어느 나라보다 중요하다.
들어가는 말 · 4

1부 왜 다시 원자력인가

기후위기와 탄소중립 · 12
기후변화에서 기후위기로 · 15
기후변화의 원인 · 18
기후위기의 충격 · 20
지구촌 2050년 탄소중립 목표와 원자력 · 23
* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 27

2부 원자력의 과학

방사선의 영향 · 30
원전과 방사능 오염 · 33
원자로 유형: 감속재와 냉각재에 따른 분류 · 35
* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 41

3부 원자력의 실용화: 아인슈타인 방정식으로부터 핵무기 개발과 원자력 발전까지

제2차 세계대전과 원자탄 개발 · 44
종전 후 원자력의 평화적 이용 · 58
우리나라 원자력 산업의 역사 · 64
한반도와 원자력 · 70

* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 75

4부 원전 사고: 원자력 르네상스 전망으로부터 침체로
1979년 미국 스리마일섬 사고 · 78
1986년 구소련 체르노빌 사고 · 83
2011년 일본 후쿠시마 원전 사고 · 86
원자력 이미지: 공포의 사회문화적 유전자 · 92
1950년대 반전·반핵 운동 · 102
* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 107

5부 원전 정책의 변화와 산업 동향
국가별 원전 운영현황 · 110
국가별 원전 정책의 변화 · 113
후쿠시마 사고 이후의 국가별 원전 정책의 변화 · 128
세계 원전 산업 수출시장 동향 · 146
원자력 신기술 · 151
* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 165

6부 원자력 산업의 과제와 합리적 에너지 믹스 설계
사용후핵연료 관리 정책, 원자력 산업의 최대 난제 · 168
사용후핵연료 재처리 쟁점 · 170
한국의 사용후핵연료 관리 정책의 과제 · 174
해외 사용후핵연료 관리 정책 사례 · 178
탄소중립 실현과 재생 에너지 · 183
한국, 원자력 없이 탄소중립 가능한가 · 188
합리적 에너지 믹스 설계 · 192
* 꼭꼭 씹어 생각 정리하기 · 197

맺음말 · 198

2

2022년 2월에는 EU 집행 위원회가 녹색분류체계를 결정하면서 원자력과 천연가스를 포함시켰다. 녹색분류체계란 온실가스 감축과 기후변화 적응에 기여하는 활동을 분류한 목록으로 환경적으로 지속가능한 경제활동과 금융투자의 기준이 된다. 최종 결론을 도출하는 과정에서 EU 회원국은 원자력 포함 여부를 놓고 두 갈래로 갈렸다. 회원국 중 원전 의존도가 높은 프랑스·폴란드·체코·핀란드 등은 원전을 포함시킬 것을 주장했다. 반면 독일·오스크리아·룩셈부르크·덴마크 등은 반대했다. 양측의 국가들은 원전의 역사적 배경과 현황에서 차이가 있었기 때문이다. 녹색분류체계에 원전이 포함되면서 까다로운 조건도 달렸다. 신규 원전의 건축 허가를 2045년 이전에 받아야 하고, 조달 자금이 있어야 하며, 2050년까지 사용후핵연료를 안전하게 처분할 수 있는 계획과 자금이 있어야 한다는 것 등이다.
p23 1부 왜 다시 원자력인가?

원자력 발전에서는 여러 종류의 방사성 동위원소가 생성되므로 감마선, 베타선, 알파선 등의 방사선이 많이 방출된다. 그러나 핵분열 반응이 일어나는 원자로는 특수장치로 차폐해서 방사선이 외부로 누출될 수 없도록 설계 제작된다. 안전관리를 철저히 한다면 원전 가동에서는 방사성 물질을 제어할 수가 있다.
p33 2부 원자력의 과학

사용후핵연료에는 우라늄-238과 플루토늄-239가 들어있다. 플루토늄-239는 핵무기의 원료가 된다. 따라서 이를 연료로 태우는 고속증식로는 핵무기 확산 우려를 차단할 수 있다. 경수로는 물의 열전달 효율을 높이기 위해 150기압에서 작동시키지만, 고속증식로는 1기압에서 작동하므로 안전성에서 유리하다.
p40 2부 원자력의 과학

1941년 여름, 어니스트 로런스는 버니바 부시와 제임스 코넌트 등과 논의한 끝에 원자탄 개발이 실현 가능하다는 결론을 내린다. 당초 제2차 세계대전에서 미국 과학자들은 레이저 무기 개발에 관심을 두고 있었다. 그 목표가 원자탄 개발로 바뀐 것이다. 루스벨트 대통령의 과학고문이기도 한 부시와 코넌트는 대통령에게 원자탄 개발의 필요성에 대해 설득한다. 그 결과 1942년 8월에 원자탁 개발의 코드명 ‘맨해튼 프로젝트’가 출범한다.
p48 3부 원자력의 실용화

제2차 세계대전 종전 직후 1946년 미국은 원자력 위원회를 설립하고 맨해튼 프로젝트 시설과 장비 등의 관리를 맡긴다. 당시 원자력 공장 수는 37개였고, 인력은 3만 7,800명이었다. 원자탄 연구개발에 쏟은 예산은 22억 달러였다. 인류 역사상 국가가 무기 개발을 위한 군사과학기술에 그처럼 막대한 투자를 한 적은 없었다. 1940년대 말 미소 양 진영의 냉전시대로 진입하면서 표면적으로는 원자력의 평화적 이용을 내세웠지만, 실제로는 핵무기 개발 경쟁이었다. 원자탄 개발의 후발국이던 소련은 1949년 카자흐스탄 사막에서 최초의 원자탄 실험에 성공한다.
p54 3부 원자력의 실용화

원자력이 일상생활에 직접 이용된 것은 원자력의 상업적 발전이 계기였다. 세계 최초로 소련은 1954년 소규모 실증로를 건설했으나 관련 정보가 공개되지 않아 알려진 바가 없었다. 두 번째 원자력 발전은 1956년 영국의 콜더홀 원전에서 이루어졌으나 군사용도 겸했다. 따라서 본격적 상업용 원전은 1957년 시험 가동에 들어간 미국 십핑포트 원전으로 기록된다.
p60 3부 원자력의 실용화

한국은 2020년 기준으로 가동 가능한 원자로 기수는 24기, 원자력 전기의 비중은 30%이다. 국내에서 4기, UAE에서 4기를 건설하고 있다. 한국 원자력 정책의 시작은 1950년대 이승만 정부 때부터였다. 수력과 화력 발전만으로는 에너지 수요를 감당할 수 없다고 판단한 이 대통령은 1956년 미국의 전기 기술 전문가 시슬리 박사의 원자력 자문을 받아들여 원자력 발전을 시작하기로 결정한다.
p64 3부 원자력의 실용화

후쿠시마 사고는 세계 원전 산업 정책에 지각변동을 일으켰다. 독일, 스위스, 벨기에 등 여러 나라가 신규 원전 건설의 모라토리엄을 선언했기 때문이다. 독일은 1990년대에 탈원전을 선언했으나 계획대로 추진하지 못했었다. 그러다가 후쿠시마 사고로 가장 노후화된 7기 원자로 폐쇄를 단행했다. 그런가 하면 중국은 12기 원자로를 신설하는 계획을 그대로 추진했다. 후쿠시마 사고 이후 원전의 안전기준은 재차 강화되고, 자연재해 대응 보호장치 개선 등 비용이 상승하게 된다. 따라서 글로벌 원전 산업의 경제성은 더 떨어졌다. 그리고 사용후핵연료 저장시설에 들어있는 연료의 관리에 대한 안전이 새로운 이슈로 부각되었다.
p90 4부 원전 사고

2021년 12월, 바이든 대통령은 2050년 탄소중립 달성을 위한 행정명령에 서명하고, 원자력을 탈탄소 전력에 포함시켰다. 구글 등 일부 기업이 전력수요의 100%를 재생 에너지로 전환한다는 RE100에 원자력을 추가해 CE100으로 바꾼 것이 눈에 띈다. 미국의 원자력 전략 비전은 우리에게도 시사적이다. 원전의 경제성 악화와 설계수명 만료로 인한 경쟁력 약화를 극복하고 원자력 리더십을 유지하는 것을 목표로 기존 대형 원전의 계속운전 유지, 차세대 원자로 실증, 차세대 연료주기 개발을 추진하고 있다.
p115 5부 원전 정책의 변화와 산업 동향

원전과 다른 에너지원은 운영상 특성이 다르다. 원전은 건설 기간이 길고 자본 투입은 매우 크지만, 십여 년이 지나 장기간이 될수록 수익이 높아진다. 연료 비용은 상대적으로 낮다. 한편 천연가스 발전소는 원전 대비 공사 기간이 짧고 자본 투입이 적다. 그러나 장기 수익은 떨어지고 연료비용이 비싸며 가격 변동 폭이 크다.
p194 6부 원자력 산업의 과제와 합리적 에너지 믹스 설계

원전, 정부는 신뢰를 바탕으로 국민은 오픈 마인드로!

〈지하 500m 방폐장의 비밀〉이란 다큐멘터리가 방영되었다. 세계 최초로 고준위 방폐물 처분장을 건설한 핀란드 ‘온칼로’ 시설에 관한 이야기이다. 핀란드는 1983년 처음 원자력 발전을 시작했을때부터 고준위 방폐물 처분장에 대한 고민을 시작했다고 한다. 올킬루오토는 발트해에 인접한 평평한 섬으로 이곳에 사용후핵연료를 10만 년간 보관 가능한 세계 최초이자 유일한 저장소가 있다. ‘온칼로’는 10만 년 정도 운영될 예정이다. 10만 년이란 시간은 정말 긴 시간이다. 인간이 만든 어떤 구조물도 10만 년이 된 것은 현재까지 없다. 핀란드는 어떻게 이러한 시설을 세계 최초로 가질 수 있었을까? 고준위 방폐장 건설은 안전성에 대한 국민들의 신뢰가 있었기에 가능했다. 원전 운영 기업과 관련 기관은 언제나 투명한 정보를 공개하고 개방적인 의사소통을 원칙으로 주민들과 신뢰를 쌓았다. 무려 40년간의 소통과 축적된 주민 신뢰를 바탕으로 온칼로 시설 유치에 성공한 것이다. 정부와 관련 기관은 신뢰 향상과 정보 공개를 원칙으로 하고 국민은 오픈 마인드로 소통한 결과이다.
원자력은 발전 단가가 저렴하고 이산화탄소 발생량이 적어 환경친화적이라는 장점이 있지만 사고 발생 시에는 엄청난 재앙이 되고, 수명을 다한 원자로 해체 과정에는 막대한 비용이 소요되며 사용후핵원료 재처리 또한 해결해야 할 문제이다. 또한 다른 에너지원과 달리 초기 건설 기간이 길고 자본 투입이 크지만 장기간이 될수록 수익이 높아진다. 원전 운영에 있어서는 아직까지 풀어야 할 난제가 많이 있다. 원전 내 저장 수조가 포화되고 있어 사용후핵연료 관리 정책도 더 이상 미룰 수 없는 단계이다. 재생 에너지와 기타 에너지원이 미약한 우리 입장에서 원전 운영에 관한 합리적인 해법을 찾아 나가야 할 것이다.

작가정보

저자(글) 김명자

서울대 화학과 졸업 후 미국 버지니아대를 거쳐 1972년부터 숙명여대 교수, 명지대 석좌교수, 서울대 기술정책대학원과정 CEO 초빙교수, KAIST 과학기술정책대학원 초빙특훈교수를 역임했다. 김대중 정부에서 환경부 장관(1999~2003년)을 지냈으며, 비례대표 국회의원(2004~2008년)으로 국방위원회 간사, 국회윤리특별위원장 등을 맡았다. 2016년 한국과학기술단체총연합회 50년 사상 최초 여성 회장으로 선출되어 300여 회 국내외 포럼을 추진했다. 현재 (사)서울국제포럼 회장, 한국과총 명예회장, 한국환경한림원 이사장, 효성이사회 의장, 서울대 총장자문위원, 아산사회복지재단 이상 등 30여 개 기관에서 봉사하고 있다. 저서로는 《팬데믹과 문명》(우수과학도서, 2020), 《산업혁명으로 세계사를 읽다》(우수과학도서, 2020), 《원자력 딜레마》《사용후핵연료 딜레마》 등 20여 권이 있다. 2020년 대한민국 과학기술유공자로 선정되었으며, ‘삼성행복대상 여성선도상’(2020), ‘과학기술훈장 창조상’(2015), ‘자랑스러운 서울대인상’(2015), ‘서울대 자랑스러운 자연대인상’(2014), ‘청조근정훈장’(2004), 2001~02년 제1·2회 최우수부처 대통령 표창, 제1회 ‘닮고 싶고 되고 싶은 과학기술인상’(2002), ‘대한민국 과학기술상 진흥상’ 대통령상(1994년) 등을 수상했다.

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