사용 후 핵연료 처리,발등에 불! 다른 나라는 어떻게 하고 있을까?

사용 후 핵연료 처리,발등에 불!  다른 나라는 어떻게 하고 있을까?

한국 사용 후 액연료 처리문제 시급하다는 말로는 모자라는 위기에 처해 있습니다.

사용후 핵연료 임시보관 거의 포화상태 !!

How are other countries handling spent nuclear fuel?
사용 후 핵연료 처리 방식은 국가별로 상이하며, 크게 영구 처분(심지층 처분)과 재처리의 두 가지 주요 접근 방식으로 나뉩니다. 

많은 국가가 심지층 처분 방식을 선호하거나 고려 중이며, 일부 국가는 재처리 기술을 활용하고 있습니다.

사용 후 핵연료 습식 저장 시설,Spent Fuel Pool
사용후핵연료 저장조. 사진 출처 :NRC

주요 국가별 사용 후 핵연료 처리 현황.

1. 영구 처분 방식 (심지층 처분)

사용 후 핵연료를 지하 깊숙한 암반층에 묻어 영구적으로 격리하는 방식입니다. 현재 가장 안전한 관리 방법으로 주목받고 있으며, 많은 원자력 선진국이 이 방식을 채택하고 있습니다.

핀란드: 

세계 최초로 고준위 방사성 폐기물 영구 처분 시설인 '온칼로(Onkalo)'를 건설했습니다. 핀란드 남서부 올킬루오토섬 지하 400~450m 깊이의 결정질 기반암 내부에 위치하며, 2025년부터 본격 가동을 목표로 하고 있습니다. 사용 후 핵연료는 구리 용기에 밀봉되어 처분됩니다.

스웨덴: 

핀란드에 이어 세계에서 두 번째로 고준위 폐기물 영구 처분 시설 착공에 들어갔습니다. 스톡홀름 북쪽 포르스마르크 원전 인근 지하 500m 암반에 건설 중이며, 2030년대 후반 일부 가동을 목표로 합니다.

미국: 

유카산(Yucca Mountain) 영구 처분장 사업을 추진했으나 정치적, 사회적 문제로 장기 지연되거나 사업이 중단된 상태입니다. 현재는 통합 중간저장시설 추진 등 사용 후 핵연료 관리 문제에 직면해 있습니다.

스위스, 독일, 영국 등: 

이들 국가 역시 심지층 처분 방법을 채택하고 있습니다.

2. 재처리 방식

사용 후 핵연료에서 유용한 핵물질(우라늄, 플루토늄 등)을 회수하여 다시 핵연료로 만드는 방식입니다. 폐기물의 부피를 줄이고 자원을 재활용할 수 있지만, 기술적 난이도가 높고 핵확산 문제와 연관될 수 있습니다.

프랑스: 

사용 후 핵연료를 재처리하여 일부 재활용하고 있습니다. 그러나 프랑스 역시 고준위 폐기물을 영구적으로 보관하는 최종 처분 시설은 아직 없는 상황입니다.

일본: 

미국의 반대에도 불구하고 1970년대 후반부터 사용 후 핵연료 재처리를 진행해 왔으며, 1988년 미국과 포괄적인 재처리 권한을 보장받는 협정을 체결했습니다.

중국, 러시아 등: 

일부 국가에서 재처리 기술을 개발하거나 활용하고 있습니다.

3. 정책 결정 유보

대한민국: 

우리나라는 사용 후 핵연료 처리 정책 결정을 유보하고 있는 상태입니다. 현재는 원전 부지 내 임시 저장 시설에 보관하고 있으며, 이 시설들이 포화 상태에 이르러 문제 해결이 시급한 상황입니다.
대부분의 국가는 사용 후 핵연료 문제를 기술 주도가 아닌 정치적, 사회적 공론화를 통해 해결하려는 움직임을 보이고 있습니다.

한국 사용후 핵연료 보관 포화 정도

한국의 사용 후 핵연료 보관 시설은 포화 상태에 임박했으며, 현재 각 원전 부지 내 임시 저장 시설에 보관 중입니다.

구체적인 현황.

전체 포화율: 전국 원전의 사용 후 핵연료 저장 시설(습식 및 건식 포함)의 평균 포화율은 매우 높은 수준이며, 2025년 기준 고리 원전의 경우 93.5%, 내년(2026년)에는 95.1%에 달할 것으로 전망됩니다.

원전별 상황:

고리 원전: 가장 심각한 상황으로, 일부 호기(고리 3·4호기)는 이미 100%에 육박하는 포화율을 보이고 있습니다.
월성, 한울, 한빛 원전: 이들 원전의 일부 저장 시설 역시 91%에 달하는 높은 저장률을 보입니다.
포화 예상 시기: 현재 추세라면 2030년부터 한빛, 한울, 고리 본부 순으로 원전 내 습식 저장조가 순차적으로 포화될 예정입니다.
이러한 상황은 고준위 방사성 폐기물을 영구적으로 처분할 수 있는 최종 부지나 시설이 확보되지 않아 발생한 문제입니다. 현재 한국은 고준위 폐기물 관리 특별법 제정 등 장기적인 해결책 마련이 시급한 상황입니다.

심지층 처분의 개념?

심지층 처분(Deep Geological Disposal)은 고준위 방사성 폐기물(사용 후 핵연료 포함)을 인간 생활권으로부터 장기간 안전하게 격리하기 위해 지하 깊숙한 곳의 안정된 암반층에 묻는 영구 처분 방식입니다.
현재 기술 수준에서 고준위 폐기물을 관리하는 가장 안전하고 적합한 방법으로 인정받고 있습니다.

주요 개념 및 원리

장기 격리: 방사성 핵종이 자연적인 방사능 수준으로 감소하는 데 필요한 수십만 년 동안 인간 및 생태계로부터 완전히 격리하는 것을 목표로 합니다.
다중 방벽 시스템 (Multi-barrier System): 안전성을 확보하기 위해 여러 겹의 방어 체계를 구축합니다.

폐기물 형태: 방사성 물질을 안정된 고체 형태로 만듭니다 (예: 유리 고화체).
처분 용기: 고강도 금속(예: 구리)으로 된 용기에 밀봉하여 폐기물을 한 번 더 가둡니다.
완충재 및 뒤채움재: 벤토나이트와 같은 점토 광물로 처분 용기 주변을 채워 지하수의 접근을 막고 방사성 물질의 누출 속도를 늦춥니다.
천연 암반층: 지하 300m에서 1,000m 깊이의 안정된 지질 구조(화강암, 점토암 등)를 천연 방벽으로 활용합니다.
지하수 영향 최소화: 지하수의 유입과 방사성 물질의 유출을 최대한 억제하도록 설계됩니다.

처분의 특징

영구 처분: 한 번 시설에 넣으면 다시 꺼내지 않는 것을 전제로 합니다.
안전성: 자연재해나 인간의 실수로부터 독립적인 안전성을 확보하는 데 중점을 둡니다.
기술 성숙도: 핀란드, 스웨덴 등 여러 국가에서 실제 건설 및 운영이 진행 중이거나 활발히 추진되고 있습니다.

현재의 원전 부지 내 임시 저장 시설이란?

한국의 "원전 부지 내 임시 저장 시설"은 사용 후 핵연료를 최종 처분 시설로 옮기기 전까지 원자력 발전소 부지 내에서 일시적으로 보관하는 시설을 의미하며, 크게 습식 저장 시설과 건식 저장 시설 두 가지 방식으로 운영됩니다.

1. 습식 저장 시설 (Spent Fuel Pool)

대부분의 사용 후 핵연료는 먼저 습식 저장 시설에 보관됩니다.
✔ 원리: 사용 후 핵연료를 붕산이 포함된 깊은 물탱크(저장 수조) 속에 넣어 보관합니다.
✔ 목적: 핵연료에서 나오는 높은 열(붕괴열)을 식히고, 강한 방사선을 물로 차폐합니다.
✔ 특징: 원자로 건물 내에 위치하며, 모든 원전에서 사용되는 초기 단계의 저장 방식입니다. 보통 5~10년 정도 냉각 과정을 거칩니다.

2. 건식 저장 시설 (Dry Cask Storage)

습식 저장 시설에서 충분히 냉각된 사용 후 핵연료는 건식 저장 시설로 옮겨집니다.
✔ 원리: 사용 후 핵연료를 특수 제작된 금속 또는 콘크리트 용기(캐스크)에 밀봉한 후, 공기의 자연 대류를 이용해 열을 식히고 콘크리트나 금속 용기로 방사선을 차폐합니다.
✔ 목적: 장기적인 저장을 위한 것으로, 별도의 동력 없이도 안전하게 관리가 가능합니다.
✔ 특징: 습식 저장조가 포화 상태에 이르거나 원전 해체가 필요한 경우 대안으로 활용됩니다. 현재 월성 원전에서 '사일로(Silo)' 방식의 건식 저장 시설을 운영 중이며, 다른 원전들도 포화 문제 해결을 위해 건식 저장 시설 도입을 추진 중입니다.

현황 및 문제점

이러한 시설들은 본래 '임시'로 사용하기 위해 설계되었으며, 사용 후 핵연료를 영구 처분할 중간 또는 최종 시설이 마련되지 않아 원전 부지 내에 장기간 보관되고 있습니다. 앞서 언급했듯, 이 임시 저장 시설들의 포화가 임박하여 고준위 방사성 폐기물 관리에 대한 근본적인 해결책 마련이 시급한 상황입니다.

고준위 폐기물(사용후핵연료)에는 플루토늄 239와 같은 방사성 물질이 포함되어 있으며, 그 반감기는 22,000년 이상입니다. 

플루토늄이 완전히 붕괴되어 무해해지려면 최소 10번의 반감기가 필요하므로, 고준위 폐기물은 최소 200,000년 동안 저장해야 합니다.

우라늄 연료가 수명이 다하면 원자로에서 꺼내 현장의 사용후핵연료 저장조에 보관합니다. 이는 기존의 방사능이 높은 고온의 새로운 연료를 위한 공간을 마련하는 임시 저장 솔루션일 뿐입니다. 

사용후핵연료는 5년에서 10년 정도 보관한 후 일반적으로 건식 캐스크(csk) 저장조로 옮겨집니다. 건식 캐스크 저장은 사용후핵연료 묶음을 스테인리스 스틸 용기에 보관한 후 콘크리트로 둘러싼 것입니다.

사용 후 핵연료 건식 저장 시설,Dry Cask Storage
건식 캐스크 저장. 사진 출처: 포브스

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