텍사스주가 소형모듈원전(SMR) 기술의 주요 실험장으로 떠오르고 있다.

그레그 애벗 텍사스 주지사가 첨단 원자로 워킹그룹 창설을 발표한 지 3년도 채 안 돼 텍사스는 미국에서 SMR 기술을 시험하는 핵심 거점이 됐다. 오랫동안 논의됐지만 실제 사례는 거의 없는 이 기술이 본격적인 시험대에 올랐다.

텍사스 당국과 기업들은 소형 원자로가 전력망에 필요한 전력을 공급하는 동시에 투자와 일자리를 창출할 것으로 기대하고 있다. 다만 비용과 일정, 기술의 약속 이행 가능성에 대한 의문은 여전히 남아 있다.

텍사스대 오스틴캠퍼스 산하 비즈니스연구국은 데이터센터, 전기차, 퍼미언분지 유전의 전력화에 힘입어 2050년까지 전력망의 평균 수요가 거의 3배 증가할 것으로 추정했다.

수십 년간 텍사스에서 가동된 대형 원전과 달리 새로운 세대의 소형모듈원전은 공장에서 제작돼 현장으로 운반된 뒤 조립되도록 설계됐다. 지지자들은 이들 원전이 낮은 배출량으로 안정적인 전기를 공급할 수 있다고 주장한다.

비평가들은 이 기술이 정해진 시간 내에 경제적으로 타당한 비용으로 건설될 수 있다는 것을 아무도 아직 증명하지 못했다고 반박한다.

텍사스에서는 현재 일부 프로젝트가 연구 단계를 넘어서고 있다. 각 프로젝트는 서로 다른 기술을 사용하고 다른 용도를 목표로 한다. 올여름 이들 중 여러 프로젝트가 산업 전체의 궤도를 결정할 수 있는 시험대에 오른다.

텍사스전력신뢰성위원회(ERCOT)가 운영하는 텍사스의 주요 전력망은 2023년 전력의 약 45%를 천연가스에서, 24%를 풍력에서, 14%를 석탄에서, 9%를 원자력에서, 7%를 태양광에서 얻었다. 전력망은 지난 10년간 풍력과 태양광에 대한 의존도를 높여왔지만 둘 다 간헐적이어서 날씨에 따라 전력 생산이 좌우된다.

토머스 글리슨 텍사스 공익사업위원회 위원장은 지난 2월 11일 오스틴에서 열린 한 컨퍼런스에서 "향후 수십 년간 들어올 200~300기가와트의 부하에 대해 풍력과 태양광, 배터리 저장 시설이 충분할지 모르겠다"고 말했다. 그는 "청정에너지를 믿고 환경을 생각한다면 원자력이 그 해법의 일부가 돼야 한다"고 강조했다.

컨설팅업체 오로라 에너지의 올리비에 보필 미국 중부지역 책임자는 "원자력 발전의 차이점은 두 가지"라며 "천연가스 발전은 배출량이 많고 일단 건설되면 원전보다 운영비가 더 비싸다"고 설명했다.

다만 소형 원자로는 건설 비용이 비싸고 장기 전력구매계약(PPA)을 기꺼이 체결할 고객이 필요하다고 보필은 말했다. 경제성을 확보하려면 충분히 높은 가격으로 전력을 구매해야 한다는 것이다.

텍사스로 몰려오는 데이터센터의 폭발적 증가가 그 과제의 일부를 해결하는 데 도움이 된다. 대형 데이터센터는 대부분의 전력 소비자와 달리 24시간 가동되고 일관되게 많은 양의 전력이 필요하며 장기 전력구매계약을 감당할 수 있는 대형 기술기업이 건설한다.

소형모듈원전은 300메가와트 이하의 전력을 생산하도록 설계된 원자력 발전소다. 현재 텍사스에서 가동 중인 대형 원자로 2기가 생산하는 5000메가와트 이상의 전력과 비교하면 극히 일부다. 두 대형 원자로는 포트워스 남서부의 코만치 피크 발전소와 마타고다 베이 인근의 사우스 텍사스 프로젝트다.

이 기술은 완전히 새로운 것은 아니다. 소형 원자로는 1950년대부터 잠수함에 동력을 공급해 왔다. 하지만 현재 세대는 공장에서 제작되고 현장 조립을 위해 운송되도록 설계됐다.

엔지니어들은 여러 접근법을 탐구하고 있다. 흑연 구체에 우라늄을 넣은 고온 가스 원자로, 고체 연료봉 대신 액체 연료를 사용하는 용융염 원자로, 보다 컴팩트한 설계로 기존 연료를 사용할 수 있는 나트륨 냉각 고속로 등이다. 각각은 비용, 안전성, 확장성, 규제 준비 상태 면에서 장단점이 있다.

미국에서는 아직 상업 운전에 도달한 소형모듈원전이 없다. 2023년 소형모듈원전 설계에 대한 연방 인허가를 받은 첫 기업인 뉴스케일파워는 비용이 증가하고 충분한 유틸리티 약속을 확보하지 못해 아이다호주에서 계획된 프로젝트를 취소했다.

전 세계적으로 러시아는 2020년부터 부유식 원전을 운영하고 있고 중국은 2021년 고온 가스 원자로를 전력망에 연결했다. 캐나다에서는 2025년 온타리오주에서 전력망에 전력을 공급할 SMR 건설이 시작됐다.

텍사스는 상업 규모 원자로의 주요 입지로 자리매김하고 있다. 미국 에너지부의 첨단 원자로 실증 프로그램으로부터 12억 달러를 지원받은 X-에너지는 텍사스 해안의 다우케미칼 시드리프트 화학공장에 80메가와트급 원자로 4기를 계획하고 있다. 2030년대 초 공장에 전력을 생산하고 잉여 전력은 주 전력망으로 보낼 것으로 예상된다.

인공지능(AI)과 데이터센터 '골드러시'가 텍사스에서 이 기술에 대한 관심을 가속화했다. 주 차원의 원자력 에너지 추진은 2년도 안 돼 행정 지시에서 입법으로 이동했다.

2023년 8월 애벗 주지사는 공익사업위원회에 텍사스 첨단 원자로 워킹그룹 창설을 지시했다. 이 그룹은 산업계, 학계, 정부를 모아 텍사스를 첨단 원자력 허브로 자리매김하는 방법을 연구했다.

2025년 6월까지 텍사스 주의회는 원자력 프로젝트 개발을 장려하기 위해 3억5000만 달러 규모의 텍사스 원자력 개발 기금을 설립하는 하원 법안 14를 통과시켰다. 이는 미국에서 주 차원의 원자력 에너지 투자 중 가장 큰 규모다.

한편 2024년 7월 초당적 지지로 서명된 연방 차원의 ADVANCE법은 원자력규제위원회(NRC)에 검토 절차를 간소화하고 첨단 원자로 개발자에 대한 인허가 수수료를 절반 이상 삭감하도록 지시했다.

댈러스에서 서쪽으로 약 200마일 떨어진 애빌린에서 나투라리소스는 거의 40년 만에 미국 최초의 첨단 액체연료 연구용 원자로를 건설하고 있다. 이 프로젝트는 애빌린 크리스천대에 자리 잡고 있으며 2500만 달러 규모의 연구 시설이 2023년 9월 완공됐다.

나투라는 민간 자금 1억2000만 달러를 조달했고 주의회로부터 추가로 1억2000만 달러를 받았다.

나투라의 기술은 용융염을 연료이자 냉각제로 사용한다. 1960년대 오크리지 국립연구소에서 마지막으로 테스트된 설계다. 회사는 먼저 애빌린에 1메가와트급 연구용 원자로를 건설해 규제당국과 투자자들에게 이 기술이 작동하고 안전하다는 것을 입증할 계획이다.

아직 개발 중인 상업용 원자로는 100메가와트의 전력을 생산하도록 설계됐다. 이는 약 6만5000~7만 가구의 텍사스 가정에 전력을 공급하기에 충분한 양이다.

발전 과정에서 나오는 잉여 열은 열 담수화 시스템을 구동할 수 있다. 석유 및 가스 작업이 생산수로 알려진 오염된 물을 대량으로 생산하는 퍼미언분지에서 단일 원자로가 동시에 청정 전기를 생산하고 폐기물이 될 물을 처리할 수 있다는 의미다.

원자로의 열이 물을 증발시켜 염분과 기타 오염물질을 제거한 뒤 증기를 응축해 깨끗한 물로 만들 수 있다고 더글러스 로빈슨 나투라 창립자 겸 최고경영자(CEO)는 설명했다.

로빈슨은 "전기를 생산하는 동안 전기 생성에서 나오는 폐열이 담수화에 활용할 수 있는 열"이라며 "두 가지를 동시에 할 수 있다"고 말했다.

회사는 2026년 말이나 2027년 초까지 애빌린 연구용 원자로를 가동하기를 희망한다. 성공하면 다음 단계는 더 큰 100메가와트급 설계의 상업적 배치가 될 것이다.

알로 아토믹스는 다른 접근법을 취하고 있다. 캐나다 출신 엔지니어 매트 로작이 창립하고 오스틴에 본사를 둔 이 스타트업은 나트륨 냉각 고속로를 설계하고 있다. 이는 기존 원전처럼 고체 연료를 사용하지만 공장 대량 생산을 위해 특별히 제작된 기술이다.

각 장치는 10메가와트를 생산하며 텍사스의 약 6000~7000 가구에 전력을 공급하기에 충분하다. 원자로는 표준 트럭에 실을 수 있는 크기로 설계될 것이다. 알로의 상업 모델은 이들 장치 5개로 구성돼 총 50메가와트를 생산한다.

로작은 회사가 12월 말 프로토타입 테스트를 완료한 후 약 5개월 내에 첫 10메가와트급 테스트 원자로를 가동할 계획이라고 밝혔다. 상업 배치를 향한 노력의 일환이다.

로작은 "우리의 목표는 연간 20~30기가와트를 생산할 수 있는 공장을 갖는 것"이라며 "우리의 모든 결정은 공장 대량 제조라는 사고방식을 중심으로 이뤄졌다"고 말했다.

모든 모멘텀에도 불구하고 근본적인 과제는 남아 있다.

비용이 아마도 가장 큰 문제다. 텍사스대 연구를 위해 수행된 전력망 모델링 분석은 SMR이 풍력, 태양광, 천연가스와 경쟁할 때 ERCOT 시장에서 어느 가격대에 건설되기 시작할지 테스트했다.

결론은 선행 자본 비용이 메가와트당 300만 달러 이하로 떨어질 때만 원자력이 건설된다는 것이다. 하지만 미국 국립재생에너지연구소의 현재 산업 전망은 SMR 비용을 메가와트당 290만~1010만 달러 사이로 예상한다. 이는 규제 개혁, 건설 효율성 또는 금융 수단을 통한 상당한 비용 절감 없이는 2040년 이전에 텍사스에서 원자력이 비용 경쟁력을 갖추지 못할 수 있음을 의미한다.

텍사스대 비즈니스연구국의 연구원 매트 카머-커윅은 "주 차원에서 이 분야의 리더가 되기를 원한다면 참여를 장려해야 한다는 것에 대해 꽤 진지한 고민이 필요하다"고 말했다.

인허가는 또 다른 장애물을 제시한다. NRC의 검토 절차는 가장 빠른 경우에도 18개월 이상 걸린다. 더 새로운 원자로 설계를 개발하는 기업의 경우 NRC는 상업 인허가 승인 전에 실증용 원자로의 운영 데이터를 요구한다.

그리고 폐기물을 어디에 둘 것인가의 딜레마가 있다. 미국에는 핵폐기물에 대한 영구적 해결책이 없으며 사용후핵연료봉은 수천 년 동안 방사능을 유지할 수 있다.

애벗 주지사는 2020년 서부 텍사스에 사용후핵연료를 저장하려는 한 회사에 대한 연방 인허가에 반대하기 위해 환경운동가들 및 석유 회사들과 힘을 합쳤다. SMR 비평가들은 더 작은 발전소도 여전히 영구적으로 갈 곳이 없는 폐기물을 생산할 것이라고 주장한다.

카머-커윅은 신생 소형 원자력 산업의 이 순간을 현재의 급증 전에 수십 년간 허위 출발을 겪었던 인공지능의 역사에 비유했다.

그는 "지금 SMR을 받아들일 준비가 됐는가. 우리가 준비됐다는 많은 징후가 있다"며 "6개월 후에 이야기하자"고 말했다.