우라늄을 대체할 수 있는 토륨과 토륨 발전

가끔 새로운 청정에너지를 언급하는 내용 중에 등장하는 낯선 단어가 있는데, 바로 토륨 (thorium)과 토륨 원자로이다. 그러면서 함께 따라가는 말들이 우라늄을 대체하는 안전한 청정연료라는 표현이다. 요즘 청정연료라고 하면 집단 최면처럼 떠드는 수소가 아니였던가?

일단 결론부터 말하면, 토륨을 전기 발전용 연료로 사용하려면 몇십 년이 더 필요하다. 아직 초기 단계의 기술이며, 에너지 분야에서 그다지 미래 에너지로서 각광받고 있는 대상도 아니다.

토륨은 우라늄과 많이 닮았지만, 자연 상태에서는 방사선이 거의 나오지 않는 금속으로, 지구 상에 비교적 흔한 광물이다. 특정 지역에 편중되어 있지도 않아서 여기저기서 오래도록 채굴이 가능하다고 한다. 정제된 토륨은 납처럼 물렁물렁하고, 색깔도 은색으로 납과 비슷하며, 납보다도 사람에게 무해하다고 한다. 손으로 만져도 된다.

이해를 쉽게 하기 위해, 우라늄과 토륨을 캠핑 가서 사용하는 연료용 나무장작에 비유하자면, 우라늄 (천연 우라늄이 아니고, 연료용으로 만든 정제 우라늄) 은 불이 잘 붙고 한번 불이 붙으면 꺼지지도 않는 잘 건조된 나무라면, 토륨은 웬만하면 불이 잘 붙지 않는 물먹은 장작 정도로 생각할 수 있다.

불이 잘 안 붙는 토륨에 불을 붙이기 위해 필요한 기술이 증식로 (breeder reactor) 기술이다. 그중에서도 천천히 불을 붙이는 열증식로 (TBR: thermal breeder reactor) 기술이 사용된다고 한다. 토륨은 일단 불이 붙었다고 해도, 계속 불을 붙여주는 장치를 꺼버리면, 얼마 지나지 않아 불이 저절로 꺼진다. 그리고 다 타고 남은 재 (폐기물) 도 그 양이 우라늄보다 훨씬 적고, 300년만 땅속에 매립하면 독성 (방사능) 도 거의 없어진다고 한다.

토륨과 토륨 원자로 기술에 관심이 있는 나라는 비교적 우라늄 매장량이 적은 미국과 인도 정도이며, 최근 언론에 따르면 중국이 가장 먼저 토륨 기반 원자로 실증실험을 실시하기로 했다고 한다. 중국 SINAP (Shanghai Institute of Applied Physics) 에서 개발한 소형 2MWe 급 시험용 토륨 원자로는 중국의 Wuwei 에 만들어지고 있으며, 조만간 시운전이 가능할 것으로 예상했다. (출처: 2021년 9월, Nature 잡지, China prepares to test thorium-fuelled nuclear reactor)

출처: Thorium Energy Association (요약: 적은 양의 토륨으로 전기를 만들 수 있고 우라늄보다 폐기물도 적게 나옴)

일부 자료에서는 토륨으로는 핵무기를 만들 수 없기 때문에 정치적인 이슈가 없는 연료라고 설명하는데, 이것은 사실이 아니다. 실제로 토륨을 재처리하면, 우라늄을 정제해 낼 수 있고, 여기서 고순도 우라늄이나 다시 플루토늄을 합성하여 핵무기에 사용할 수 있기 때문이다. IAEA (국제 원자력 기구) 는 핵무기 확산에 사용될 수 있는 플루토늄 (plutonium) 과 동일하게 위험한 광물로 토륨을 분류하고 있다. 일반적으로 8kg 정도의 고순도 우라늄 (U-233) 이 있으면 핵무기를 만들 수 있다고 한다.

현재까지 알려진 토륨을 연료를 사용하는 데 있어, 유일한 장점은 우라늄보다 상대적으로 높은 안전성과 비교적 손쉬운 폐기물의 처리방법 정도이고, 발전효율이나 경제성에 대해서는 검증된 것이 없다고 봐야한다. 좀 더 상세한 관련 정보는 토륨 에너지 연합 (TEA: Thorium Energy Alliance) 등에서 무료로 다운로드하여 볼 수 있다. TEA 는 금융 회사와 함께 토륨 관련 펀드 (예: Thorium ETF) 를 만들어, 모인 자금으로 토륨 기술에 투자할 계획이라고 한다.

※ Thorium Energy Alliance 홈페이지 : https://thoriumenergyalliance.com/

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