2024사용 후 핵연료 재활용의 역할 변화

모든 에너지원은 그 목적을 다하면 잔여물을 남깁니다. 수십 년 동안 원자력 잔류물의 안전한 처리는 전 세계에 어려운 경제적, 환경적 딜레마를 안겨주었습니다. 전 세계적인 전력 수요의 증가와 원자력에 대한 지속적인 의존으로 인해 사용 후 핵연료병의 재고는 지속 불가능한 속도로 계속 증가하고 있습니다.


다행히도 연료 재활용 프로그램의 형태로 잠재적인 해결책이 떠오르고 있습니다. 사용 후 연료 어셈블리를 재처리하면 폐기물의 양을 줄이고 장기 보관 장소의 필요성을 지연시킴으로써 실용적이고 안전한 이점을 제공합니다. 이 분야는 최근 상당한 투자를 유치하고 국경을 넘어 과학적 이해를 증진하고 있습니다.

원자로에서 제거된 연료봉에는 90% 이상의 미사용 우라늄과 플루토늄이 포함되어 있으며, 이를 재추출하여 재사용할 수 있습니다. 과거에는 많은 국가에서 사용 후 연료 어셈블리를 대부분 폐기했습니다. 하지만 전 세계적으로 고급 우라늄 매장량이 줄어들고 수요가 급격히 증가함에 따라 보다 지속 가능한 전략으로 재활용이 점점 더 선호되고 있습니다. 재활용은 폐기된 어셈블리에서 재사용 가능한 원료를 회수하여 새로운 혼합 산화물(MOX) 연료를 만드는 것입니다. MOX 연료는 기존 원자로를 더욱 발전시킬 수 있어 새로운 우라늄 채굴 및 처리의 필요성을 줄여줍니다.

전문가들은 전 세계 사용 후 핵연료 재활용 사업의 규모가 2023년 42억 달러에 달할 것으로 예상하며, 지금부터 2030년까지 연평균 5.6%의 성장률을 보일 것으로 전망하고 있습니다. 전 세계적으로 증가하는 전력 수요는 원자력 에너지의 창출을 촉진할 것으로 예상됩니다.

핵 폐기물의 양이 증가함에 따라 안전하고 내구성 있는 처리 방법이 필요합니다. 재활용은 직접 폐기에 대한 매력적인 대안이며 폐기물의 총량을 최대 95%까지 줄일 수 있습니다. 또한 사용 후 연료에서 잔여 에너지 가치를 추출하여 에너지 안보 목표를 지원합니다. 이러한 요인으로 인해 여러 원자력 선구국에서 재활용 기술에 대한 투자와 창의성이 증가하고 있습니다.

유럽에서는 각국이 지속 가능한 핵연료 주기를 확립하기 위해 노력하면서 재처리에 대한 인식이 확산되고 있습니다. 프랑스는 수십 년 동안 고갈된 연료에서 플루토늄과 우라늄을 회수하기 위해 산업 규모의 재활용 시설을 운영하는 글로벌 선구자 역할을 해왔습니다. 2021년에는 1,300톤 이상의 사용후핵연료가 오우안올라 헤이그 공장에서 재처리되었습니다. 영국은 또한 새로운 원자력 기술로의 전환의 일환으로 최첨단 재활용 능력을 적극적으로 개발하고 있습니다. 독일은 칼스루에 공과대학을 통해 고온 처리 연구 및 개발에 막대한 투자를 하고 있습니다.

아시아에서도 재활용이 탄력을 받고 있습니다. 일본에서는 로카쇼무라 재활용 공장이 수년간의 건설 지연 끝에 2021년에 본격적인 상업 가동을 시작합니다. 이 공장이 완전히 가동되면 연간 800톤의 사용후 연료를 재처리할 수 있는 능력을 갖추게 됩니다. 중국은 제14차 에너지 개발 5개년 계획에서 재활용을 전략적 우선순위로 삼고 있습니다. 중국핵공업집단공사(CNNC)와 같은 중국 기관은 고온 처리 및 용융염 원자로와 같은 혁신적인 재활용 연료 사이클에 대한 광범위한 연구 개발을 진행하고 있습니다.

미국에서도 재활용과 원자력에 대한 시각이 변화하고 있는 것으로 보입니다. 사용 후 연료의 직접 재처리는 여전히 제한되어 있지만, 바이든 행정부는 원자력 기술과 첨단 연료 주기에 대한 새로운 관심을 표명했습니다. 최근 초당적 인프라 법에는 재활용 방법과 같은 연료주기 연구 및 개발을 지원하기 위해 25억 달러 이상이 포함되어 있습니다. 

테라파워와 오클로 같은 민간 스타트업은 핵폐기물을 연료로 사용할 수 있는 최첨단 고속 원자로 설계를 개발하고 있습니다. 사용 후 핵연료 재고가 증가하고 원자력 발전에 대한 관심이 높아지면서 재활용은 지속 가능한 연료 솔루션 개발의 중요한 부분으로 인식되고 있습니다.

물론 사용후 핵연료 재활용에도 장애물이 있습니다. 재처리는 고준위 방사성 물질을 다루기 때문에 대중의 인식은 여전히 우려스럽습니다. 혁신적인 기술이 비용 절감을 목표로 하고 있지만, 산업 규모의 시설에서는 여전히 비용 문제가 남아 있습니다. 재처리는 핵무기에 사용될 수 있는 플루토늄을 분리하기 때문에 비확산도 중요한 요소입니다.

전문가들은 재활용의 확산 위험은 적절한 안전장치와 투명성을 통해 책임감 있게 관리할 수 있다고 생각합니다. 전반적으로 전력 수요가 증가하고 우라늄 매장량이 감소함에 따라 전 세계적으로 지속 가능한 핵연료 주기를 조성하는 데 있어 사용 후 핵연료 재활용의 역할이 점점 더 커질 것으로 보입니다.