SMR과 고-저농축 우라늄(HALEU)

1. 원전은 54년 개발된 1세대 원자로를 시작으로 현재 4세대 원자로와 소형모듈원자로인 SMR 개발로 이어지고 있으며, 4세대 원자로에도 SMR 비중이 증가하고 있음.
- SMR: 부품을 공장에서 모듈로 생산해 현장에서 조립할수 있도록 설계(출력량 300MW 이하)
- 4세대: 3세대 원자로 대비 높은 안전성 및 경제성 목표

2. 원전의 밸류체인은 1)채굴 및 정광 2)변환 및 농축 3)원전 건축 4) 원전 유지 및 정비로 구분할 수 있음
- 1)채굴 및 정광: 우라늄 광석에서 우라늄 정광 추출
- 2)변환 및 농축: 가루 형태의 우라늄 정광에서 U-235 비중을 조절
- 3)원전 건축: EPC, 원자로 노형 설계, 주기계 제조, BOP 제조로 구분(국내는 각 사업부마다 존재하나 해외는 턴키 형태 수주)
- 4)원전 유지 및 정비: 정상 운전 점검인 경상 정비와 가동 정지한 상태에서 진행되는 계획예방정비
 

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The Value Chain of Power Industry

 

3. 기존에는 원자로 가동을 위해 천연 우라늄을 농축한 LEU를 사용했다면, 이제는 에너지 효율이 더 높은 HALEU를 사용해야 하며 미국에서 개발되고 있는 4세대 원자로 계획 10건 중 9건은 HALEU 사용을 명시하고 있음.
- LEU: 저농축우라늄(Low-Enriched Uranium, 우라늄-235의 농도가 3%에서 5% 사이)
- HALEU: 고농축 저농축 우라늄(High-Assay Low-Enriched Uranium, 우라늄-235의 농도가 5%에서 20% 사이)

4. 미국과 캐나다에서 개발중인 SMR을 포함한 선진 원자로 중 우라늄을 핵심연료로 사용하는 원자로 수는 28개, 이 중 HALEU를 탑재하는 원자로는 19기로 약 70% 비중임.

5. LEU 대신 HALEU를 사용하는 이유는 1)더 높은 에너지 밀도 2)차세대 원자로 설계 3)폐기물 감소 4)기존 원자로와의 호환성 5)비용 절감 가능성 6)핵확산 저항성 강화 등의 장점이 있기 때문임.
- 연료 교체 주기: 48개월(LEU에 비해 2배 이상)

6. 미국을 비롯한 여러 국가는 에너지 독립성 및 탈탄소화를 위한 전략으로 HALEU 기술 개발을 적극 지원하고 있지만 아직 대규모 상업 생산이 이루어지지 않았으며 관련 생산 인프라가 부족한 상황임.

7. 이미 미국은 SMR을 차세대 원전으로 점찍은 상태인데, 2022년 IRA 법안이 통과되며 SMR은 기존 대형 원전 대비 10달러 더 많은 1MWh당 25달러의 세액공제를, 신규 원전 건설 시 설비 투자금액의 30%에 대한 공제를 약속한 상황임.

8. 현재 테라파워, 엑스에너지, GE히타치, 뉴스케일의 4개사가 SMR 상용화 시점을 명시적으로 제시했음.
- 테라파워: 30년까지 Natrium 1기 상용화(24년 4월 착공)
- 엑스에너지: Xe-100 4기(29년 상용화)
- GE-히타치: BWRx-300 3기(29년 상용화)
- 뉴스케일: 루마니아에 VOYGR 6기(28년 상용화)

9. 결국 SMR의 본격적인 상용화가 다가옴에 따라 농축우라늄에 대한 수요도 가파르게 올라올 것으로 예상되는데, LEU는 러시아 46% / HALEU는 러시아 100% 일 정도로 러시아 의존도가 상당히 높았음.

10. 실제로 러우전쟁으로 HALEU를 확보하지 못한 테라파워가 원자로 실증 시기를 28년에서 30년으로 지연 발표하는 상황에 처했고, 이에 미국은 자국의 HALEU 생산에 집중하며, 5월 14일 러시아산 우라늄 수입을 공식 금지하는 법안까지 통과시켰음.

11. 최근 데이터센터 전력 수요의 가파른 증가와 더불어, 원전에 대한 관심이 커지고 있는 가운데, 현재 HALEU와 SMR에 대한 자국의 확실하고 적극적인 투자를 하는 국가는 미국밖에 없으며, 미국에서 HALEU를 공급할 수 있는 건 현재 Centrus Engergy Corp(LEU) 뿐임.