배출가스 없는 원자력 에너지, 위험을 감수할 가치가 있을까?
- Robin Whitlock
- 3월 12일
- 6분 분량
최종 수정일: 3월 18일
- 방사성폐기물 보관과 우라늄 방사선이 주요 관심사
*로빈 휘틀록(Robin Whitlock)
원자력(핵에너지)은 이미 32개국의 재생 에너지 포트폴리오에 포함되어 있다. 이는 원자력이 탄소 배출이 없고, 방대한 양의 에너지를 생산할 수 있으며, 다른 종류의 재생 에너지와 달리 날씨의 영향을 받지 않는다는 점에서 신뢰할 수 있기 때문이다[The Earth & I, 2023년 12월/2024년 1월 「핵에너지의 '현재' 사례」 참조].
미국 에너지부는 원자력의 유망한 개발 분야로 손이 닿기 어려운 지역에 저렴한 에너지를 공급할 수 있는 소형 '모듈형 원자로'와 원자력 애플리케이션을 꼽았다. 또한 원자력 발전에 사용된 우라늄의 상당 부분은 재활용이 가능하다.
그러나 이 같은 대중의 인식 속에서도 여전히 원자력은 몇 가지 도전에 직면해 있다. 여기에는 높은 건설 비용, 안전성 문제, 방사성폐기물 처리, 방사능 누출 위험, 수질 오염, 핵무기 확산에 대한 우려 등이 포함된다.
원자력의 위험성이 청정 에너지의 이점보다 더 클까? 후쿠시마 제1 원자력 발전소 사고는 이 질문에 답하기 어려운 이유를 보여주는 좋은 예이다.
후쿠시마: 원전 사고의 실제 사례
일본 태평양 연안에 위치한 이 원전은 "1967년 인구와 경제가 호황을 누리면서 인근 도쿄에 전력을 공급하기 위해 건설되었다. 처음에는 일자리를 창출하고 지역에 돈을 가져다준다는 찬사를 받았다."고 ‘디플로맷’(*The Diplomat) 매거진은 2023년 기사에서 말한다. 하지만 2011년 3월 11일 대지진으로 쓰나미(지진해일)가 후쿠시마 제1 원자력 발전소를 덮치면서 모든 것이 바뀌었다. 세계원자력협회(WNA)에 따르면 바닷물이 "후쿠시마 제1 원전 원자로 3기의 전력 공급과 냉각을 중단"시켰고, 이로 인해 사고 발생 3일 동안 노심이 "대부분 녹아내렸다"고 말한다.
원자로는 사고 발생 2주 만에 안정화되었지만, 그 과정에서 3일간 방사능이 방출되었다. 이로 인해 대규모 주민 대피와 수년간의 세심한 정화 작업이 필요했고, 일부 지역은 '출입 금지' 구역이 남게 되었다. 그러나 사고 발생 12년이 지난 지금, 중국은 여전히 이 지역의 오염된 물에 대한 우려를 표명하고 있지만 "출입 금지 구역 밖의 마을에 대한 오염 제거는 대부분 완료되었다"고 ‘디플로맷’ 매거진은 보도했다.
원자력 현황
후쿠시마 제1 원전은 폐쇄되었지만 일본에는 현재 14기의 원자로가 가동 중이다. 국제원자력기구(IAEA)에 따르면 현재 전 세계 32개국에서 417기의 원자로가 운영되고 있다. 프랑스와 중국이 가장 많은 57기를 보유하고 있다.
미국에는 2023년 현재 94기의 원자로가 가동 중이며 총 순용량은 9만6952MWe(메가와트)이다. 원자력은 같은 해 미국 전력 생산량(4조1780억 kWh 킬로와트시)의 18.6%를 차지했으며, 단일 에너지원으로는 천연가스(43.1%)에 이어 두 번째로 높은 비중을 보였다.
국제원자력기구(IAEA)에 따르면 62개의 원자력 발전소가 건설 중인데, 이는 이 재생 에너지 기술에 대한 관심이 지속되고 있음을 보여준다. 그러나 부적절한 방사성폐기물 처리와 방사성 우라늄 채굴 및 취급의 위험성으로 인해 원자력의 위험이 보상할 만한 가치가 있는지에 대한 논란은 여전히 계속되고 있다.
우라늄 채굴에 대한 우려
핵 에너지는 약한 방사능 금속인 우라늄을 채굴, 정제, 농축하여 만들어진다.
농축 우라늄 235는 에너지 밀도가 높기 때문에 에너지 생산에 있어 강력한 경쟁력을 갖는다: 우라늄 펠릿 1개(연필 지우개 크기)는 약 48만 리터(1만7000세제곱피트)의 천연가스, 약 454리터(120갤런)의 석유 또는 1톤의 석탄과 맞먹는 에너지를 가지고 있다.
우라늄에는 핵의 중성자 수에 따라 세 가지 동위원소가 있다. 우라늄-238(U-238, 146개), 우라늄-235(U-235, 143개), 우라늄-234(U-234, 142개)가 그것이다.
에너지를 생산하기 위해 원자로에 연료를 넣으면 원자가 분열하면서 열이 발생한다. 이 열은 물을 고온으로 가열하여 증기를 생성하는 데 사용되며, 증기는 터빈을 회전시켜 발전기에 동력을 공급하는 데 사용된다.
U-235는 쉽게 분열(‘핵분열’)되어 많은 에너지를 생성하는 반면, U-238은 고에너지중성자로만 핵분열이 가능하다. 이러한 차이가 중요한 이유는 채굴 우라늄에서 선호도가 높은 U-235는 1% 미만, 즉 약 0.7%에 불과하기 때문이다. 나머지 약 99.3%는 U-238이고 U-234는 0.01% 미만의 미량에 그치고 있다.
우라늄 채굴에는 환경 및 건강 문제가 수반된다.
미국 나바호 인디언보호구는 1944년부터 1986년까지 우라늄 광산을 운영했지만 현재 500개가 넘는 우라늄 폐광이 있다. 2017년 기사에 따르면 광산 운영이 중단되고 수십 년이 지났음에도 이 지역 600가구 85%의 집안 먼지, 나바호족 산모 700명과 아기 200명의 소변에서도 우라늄 성분이 발견되었다. 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 "60개 주택 마당에서 오염을 제거하고 47개 건물의 철거 작업을 완료했다"고 밝혔지만 더 많은 정화 노력이 필요하다고 보고하고 있다.
EPA는 우라늄과 접촉하면 신장이 손상될 수 있고 고혈압, 자가면역, 생식 관련 질환의 위험이 높아질 수 있다고 경고한다.
한편 우라늄 및 기타 자연 원소에서 나오는 방사선은 폐암, 골암 및 신장 기능 문제를 일으킬 수 있다. 1969년부터 1993년까지 나바호족 남성의 폐암 발병률에 대한 2000년 연구에서 94건의 암 발병 중 63건이 전직 우라늄 광부에게서 발생했으며, 연구 저자에 따르면 "흡연은 폐암과 우라늄 채굴 사이의 강한 연관성을 설명하지 못했다"고 보도했다. 다만, 나바호족은 개인적인 용도 외에 의식 및 문화적 목적으로 흡연을 하기도 한다.
나바호인디언보호구에 우라늄이 많이 집중되어 있지만, 워싱턴 동부, 몬태나 남서부, 와이오밍, 네바다, 캘리포니아 남부 등 여러 지역에서 우라늄 채굴이 이루어지고 있다. 자세한 내용은 2020년 미국 스탠퍼드 대학교의 우라늄 광산 지도를 참조해보라. 우라늄 채굴에 대한 우려는 계속되고 있다. 유타주의 화이트 메사 우라늄 공장은 미국에서 "완전히 허가를 받고 운영 중인 유일한 재래식 우라늄 공장"이다. 하지만 2024년 10월, 우테 마운틴 우테 부족의 시위가 있었다. 화이트 메사 우려 공동체의 조직자인 욜란다 배드백은 "[이 공장은] 우리 보호구역에서 북쪽으로 불과 8km(5마일) 떨어진 곳에 있다.”면서 "나는 우리 공동체를 위해 깨끗한 환경을 원한다."고 주장했다.
이에 대해 제분소 운영사인 에너지 퓨얼 리소스는 "공장이 건강이나 환경에 악영향을 끼친다는 증거는 없다"고 밝혔다. 활동가 단체들이 지역사회에 근거 없는 불안감을 조성하려고 이용하는 신화, 낡은 믿음, 명백한 허위 사실에 근거하여 공장과 당사의 재활용 프로그램에 반대하는 것은 매우 유감이다."라고 반박했다.
우라늄 핵분열 생성물과 건강에 대한 위험
IAEA에 따르면 사용후 핵연료는 약 96%의 우라늄(우라늄-235는 1% 미만), 1%의 플루토늄, 3%의 고준위 방사성 물질로 구성되어 있다고 발표했다.
우라늄과 플루토늄은 재처리하여 연료로 사용할 수 있고, 고준위 방사성 물질은 유리화(*琉璃化: 용융로에서 유리 형태로 변환되는 과정)되어 고준위 폐기물 처리 시설에 보관한다.
다양한 핵분열 생성물 중 요오드-131, 스트론튬-89, 사마륨-153이 핵의학에 사용된다. 기타 고준위 방사성 물질로는 미국 에너지부에서 관리하는 세슘-137과 스트론튬-90이 있다.
그러나 이러한 원소에 노출될 경우 환경 및 건강과 관련된 다양한 부정적인 영향이 발생할 수 있다.
미국 질병통제예방센터(CDC)는 예를 들어 플루토늄은 폐암과 신장 손상을 유발할 수 있기 때문에 흡입할 경우 매우 위험하다면서도, 음식이나 물을 통해 플루토늄을 섭취하는 것은 "대변을 통해 체외로 배출되기 때문에 인간에게 심각한 위협이 되지 않는다"고 말한다.
사람들은 방사성 스트론튬에 오염된 공기를 마시거나, 오염된 음식을 먹거나, 오염된 물을 마시는 등의 과정에서 방사성 스트론튬에 노출될 수 있다.
방사성 스트론튬은 그에 오염된 공기를 마시거나, 오염된 음식을 먹거나, 오염된 물을 마시는 등의 과정에서 사람들에게 노출될 수 있다.
아이러니하게도 일부 제품은 의료용으로 사용되기도 한다: 스트론튬-89는 뼈암 통증 완화용 주사로 사용된다. 방사성 물질인 스트론튬 염화물 sr 89의 형태로 사용되며, 일시적으로 백혈구와 혈소판 수를 감소시킨다. 이는 사마륨-153에도 적용되어 사마륨-153은 사마륨 sm 153 렉시드로남의 형태로 주사된다.
세슘-137과 같은 다른 원소에 다량 노출될 경우 화상, 급성 방사선 질환, 사망을 유발할 수 있으며, 흡입하거나 섭취할 경우 암 발생 위험을 높일 수 있다. 긍정적인 측면에서 세슘-137은 암 치료를 위한 의료용 방사선 치료 장치와 액체의 흐름이나 물질의 두께를 측정하는 일부 산업용 장치에서 사용된다.
방사성 폐기물의 방사선
핵폐기물 자체도 분해되는 데 수천 년이 걸릴 수 있다. 따라서 잘못 처리하면 농경지, 어장, 담수 공급원 및 인간의 건강에 악영향을 미쳐 환경에 매우 해롭다.
감마선은 인체 조직에 침투하여 DNA를 손상시키는 가능성이 있기 때문에 가장 위험한 형태의 방사능이다. 감마선은 인체를 통과하며 수많은 암을 유발하고 세포 구조를 훼손할 수 있다. 그러나 감마선은 납과 같은 고밀도 물질 2.5cm 이상이나 0.3m 높이의 콘크리트에 의해 차단된다.
베타 방사선은 마찬가지로 피부를 침투하여 DNA와 조직을 손상시킬 수 있다. 이 역시 얇은 금속판이나 나무 블록, 또는 알루미늄 층으로 효과적으로 차단할 수 있다.
방사성 폐기물 처리
방사성 폐기물을 처리하는 일반적인 방법은 원자로가 비활성화된 원자력 발전소 안이나 근처에 보관하는 것이다.
영국의 셀라필드(Sellafield: 영궁에 있는 원자력단지)는 방사성 폐기물 처리, 해체, 저장의 대표적인 사례이다. 하지만 이러한 방식으로 저장하는 것은 많은 비용이 들며, 셀라필드를 정리하는 데 영국 납세자들이 약 206조 원(1360억 유로 또는 1,425억 달러)의 비용을 떠안을 것으로 예상된다. 셀라필드는 납세자 세금으로 운영되는 원자력 해체 당국이 소유하고 있다.
유럽 국가들도 방사성폐기물을 지하에 저장하기 위해 준비를 하고 있다. 스웨덴은 포르스마르크에 약 12조 원(84억 유로 또는 88억 달러) 규모의 지하 저장고를 준비 중인데, 2030년대까지 완공될 것으로 예상하고 있다. 한편 핀란드는 올킬루오토 섬에 약 400~430미터(약 1,312~1,411피트) 깊이에 온칼로 저장소를 건설 중이며 현재 시험 가동을 진행 중이다.
러시아, 중국, 일본처럼 방사성폐기물을 재처리하여 더 많은 전력를 공급할 다른 원자력 발전소에 사용할 수 있다.
회수된 플루토늄은 핵무기 생산에 사용할 수 있으며, 사용하지 않은 우라늄은 원래 채굴된 우라늄 연료에서 약 25~30%의 에너지를 더 추가한다.
미국은 현재 이 분야에 적극적이지 않다: 미 원자력규제위원회(NRC)에 따르면, 미국에는 사용후 핵연료의 상업적 재처리 시설이 없다. 사용후 핵연료 재처리에 관한 규칙 제정 중단에 관한 2021년 메모에서 NRC는 "고급 원자로 설계자를 포함한 재처리 시설의 잠재적 신청자들이 재처리된 사용후 핵연료의 단기적 사용에 대해 밝히거나 기대하는 관심은 제한적"이라고 말했다. NRC는 ‘확산’에 대한 이해관계자들의 우려가 규칙 제정 절차를 중단하는 이유라고 언급했는데, 이는 ‘비확산, 군축, 원자력의 평화적 이용’이라는 세 가지 기둥을 가진 핵확산금지조약(NPT)의 일부가 될 수 있다.
방사성 폐기물 처리는 여전히 과제로 남아 있지만, 영국의 제4 세대 원자로와 영국의 첨단 연료주기 프로그램에 의한 수성 및 열화학적 접근법과 같은 개발은 미래의 지속적인 에너지원으로서 원자력을 개선하는 데 한 걸음 더 나아갈 수 있다.
*로빈 휘틀록은 영국에서 환경 문제, 기후변화, 재생 에너지를 전문으로 다루는 프리랜서 저널리스트로, 친환경 교통 등 다양한 분야에 관심을 갖고 있다.
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