왜 원자력은 지구온난화에 대한 답이 되지 않는가
원자력 에너지에 관한 견해는 날카롭게 나뉘고 종종 다소 감정적이다. 아래 존 버스비(John Busby)의 사려깊은 분석은 순 에너지(net energy) 논점을 지적한다. 이는 우라늄 매장량의 유한한 본질과 함께 원자력 에너지를 생산하는데 간접적으로 사용되는 기존 화석연료의 양이 매우 크다는 것을 강조한다.
왜 원자력은 지구온난화에 대한 답이 되지 않는가
모든 과학자들이 동의하는 것은 아니지만, 화석연료(대부분 석유, 천연가스, 그리고 석탄) 연소로 발생하는 이산화탄소 배출은 임박한 지구온난화를 야기하는 주요한 원인으로 여겨진다. 감당할 수 없는 기온 상승은 극지방 얼음을 녹여 해수면 상승을 가져오고, 동반하는 기후변화는 기후변화가 아니었으면 온대였을 지역의 동식물 생태에 영향을 줄 것이다.
기술 향상은 에너지 수요의 증가를 경제성장률보다 1%정도 낮게 줄이지만, 세계 에너지 수요는 기하급수적으로 계속 상승할 것으로 예상되는데, 특히 중국과 인도와 같은 신흥 경제들에 관련해서 그러하다. 바람직한 것은 소위 “온실 가스”를 거의 혹은 전혀 배출하지 않기에 “깨끗한” 수많은 재생가능에너지원이다. 이는 (화석연료가 그러한 것과 달리) 자원 고갈에 제한을 받지 않는다. 재생가능에너지원은 바람과 해류의 힘을 포함하지만, 원자력은 반드시 제외되어야한다. 원자력은 온실 가스를 배출하지 않고, 또 화석연료의 고갈에 제한을 받지 않는다고 주장되지만, 실제로는 그렇지 못하다.
대체에너지원에 대해 생각해보기 전에, 현재 세계 에너지 소비를 엄밀히 알아보며 문제의 규모를 이해할 필요가 있다. 에너지 단위들은 전혀 일률적이지 않지만, 줄(joule) 단위는 분석을 하기에 보편적으로 받아들일만하다. 큰 숫자들을 세계 에너지 파라미터를 표현할 때 사용할 수밖에 없는데, 예를 들면 엑사줄(joule x 1018)과 페타줄(joule x 1015)가 있는데, 각각은 줄여서 EJ, PJ로 쓴다. 2003년 세계 에너지 소비는 409 EJ인데, 이 중 화석연료가 1차에너지로 90%를 차지한다. 이 중 60 EJ이 전기 에너지인데, 그 중 단 10 EJ만이 원자력 발전으로 공급된다.
철도나 전차선로와 같은 고정된 유도 시스템에 고정된 교통수단은 집전체(current collector)에서 직접 전기 에너지를 이용할 수 있지만, 도로나 거친 지형에서 움직일 수 있는 이동 교통수단은 대부분 석유에서 나오는 액체연료를 이용한다. 석유 매장량이 고갈되어감에 따라, 경제적으로 뽑아낼 수 있는 화석연료가 모두 고갈될 때까지 액체연료는 천연가스에서 그 다음에는 석탄에서 점점 더 합성될 것이다.
이동교통수단에 기존 액체연료를 대체하는 것으로 전기에너지를 이용하려면 전기분해를 통해 수소를 생산하고 차량내부 저장소에 극저온으로 액화하는 것이 필요하다. 이로 인해 1차 연료에서 만들어진 연료에는 처음부터 에너지 불이익이 있고, 수소연료를 생산하는 전기를 재생가능에너지나 “깨끗한” 에너지원으로 얻지 않는다면, 당연히 수소는 지구온난화에 만병통치약을 주지 못한다. 이동교통수단은 세계 에너지의 40%가 필요한 것으로 가정하고 에너지 변환의 에너지 손실을 고려하면, 세계 전력 생산은 700 EJ까지 상승해야 한다. 문제는 어떤 수단으로 발전을 하던 전기 에너지는 화석연료에서 얻어지는 융통성 있는 1차에너지를 대체하기에 초라하다는 것이다.
전형적인 1200 MW 원자력 발전소는 연간 32 PJ을 생산하는데, 그러므로 700 EJ을 생산하려면 약 2만개의 원자력 발전소가 지어져야 한다. 이 만큼의 발전소에 연료를 공급하려면, 대략 매년 4백6십만 톤의 우라늄이 필요하다.
현재 세계의 연간 우라늄 광산의 전체 산출은 고작 3만6천 톤(이 중 캐나다가 1만 톤, 호주가 8천 톤을 생산한다)이다. 원자력 발전에 필요한 연간 6만6천 톤 수요에서 모자라는 나머지 3만 톤은 재고, 과거 무기 재료, MOX, 그리고 재가공한 광산의 선광 부스러기에서 나온다. 그런데, 현재의 세계 에너지 수요를 원자력으로만 채우려면 우라늄 생산은 140배 늘어야 한다.(WNA Symposium 2004, Dzhakishev)
그러나 중국과 인도의 신흥 경제들은 성장과 증가하는 에너지 수요에 대한 보폭을 설정하고 있는데, 이들의 열망에 부응하기 위해서 2만개의 원자력발전소 건설에 필요한데, 이를 위해 필요한 초기 조건은 채워지지 못할 것이다. 현실은 부차적인 우라늄 원천들이 2012년까지 고갈될 것으로 예상되고 추가적인 채굴로 공급 부족을 채울 수 없게 됨에 따라 현재의 별로 많지 않은 새로운 원자력 발전소 건설 계획에 연료를 공급할 수 있을 가능성은 없다. 그래서 지속가능성의 첫 번째 기대되는 특성은 획득될 수 없다.
다음으로 원자력이 무(無)탄소(carbon-free)라는 주장은 거짓으로 판명되었다. 이산화탄소는 원자로에서의 핵분열 과정을 제외한 모든 핵연료 사이클의 구성 부문에서 방출된다. 채광, 광석 제분(milling) 그리고 광석 농축과정에, 연료캔 준비 과정에, 발전소 건설, 사용 중단, 폐로(demolition) 과정에, 핵폐기물 관리와 핵폐기물 재처리 과정에, 그리고 핵폐기물 보관을 위한 암반을 뚫는 과정에 화석연료가 필요하다.
광석의 순도가 낮을수록, 연료 가공 과정에 더 많은 에너지가 소모된다. 그래서 연료 순환 주기에서 방출되는 이산화탄소의 양은 광석의 순도에 좌우된다. 단지 캐나다와 호주에만 과도한 탄소 배출을 피하고 적절한 에너지 이득을 공급할 수 있는 충분히 높은 순도의 광석이 존재한다. ‘무른(soft)’ 광석의 경우 0.01% 이하 그리고 ‘단단한(hard)’ 광석의 경우 0.02% 이하 순도에서는 같은 규모의 가스 발전보다 더 많은 이산화탄소를 배출하고, 연료 순환 주기에서 얻어지는 에너지보다 더 많은 에너지가 소모된다. 인도의 0.03% 순도 광석처럼 “경계” 지점에 가까운 광석의 경우, 연료 순환 주기에 다소 “매끄럽지 못한 일”이 발생하면 에너지 이득이 마이너스가 될 위험이 있다.(Storm van Leeuwen and Smith)
핵산업계는 탄산수나 해수에 우라늄이 존재한다고 지적하지만, 농도가 너무 낮아 우라늄을 추출하는데 필요한 에너지가 어떠한 원자력 발전에서라도 얻을 수 있는 에너지보다 여러 배를 초과할 것이다.
아마 세계는 이산화탄소 배출을 전부 중단할 필요는 없을 것이다. 그러나 원자력 발전 용량을 두 배로 늘리더라도 단지 20 EJ, 말하자면 세계 에너지 소비의 5%만 공급할 것이다. 원자력 용량을 확대하여 의미있는 정도로 지구 온난화 문제를 해결할 수 있을 가능성은 없다.
원자력발전은 지속가능성과 무(無) 혹은 저(低) 탄소 배출의 특성을 만족시키고, 그래서 화석연료가 고갈되면 화석연료를 대체할 수 있다고, 그리고 동시에 어느 정도 온실가스 배출을 피할 수 있다고 주장되어 왔다. 그 주장은 근거가 없다.
결론적으로, 아마 지구온난화의 규모는 화석연료의 고갈을 고려하지 않아 과장되어 왔을 것이다. 화석연료가 유한하다면, 화석연료 연소로 발생하는 최대 이산화탄소 배출량에 관한 지침이 계산될 수 있다. 첨부된 그래프(http://www.after-oil.co.uk/energy3.gif)는 경제성장이 지금처럼 계속 될 경우 석유, 가스, 그리고 대부분의 석탄 매장량이 이번 세기가 끝날 때까지 고갈된다는 것을 보여준다. 이 세 가지 연료의 탄소 함량에 대한 지식에서 배출될 수 있는 이산화탄소의 총량을 계산할 수 있다.
이 총량은 5 엑사그램(50조 톤)으로 계산된다.
지구과학자들은 이 유한한 양이 대부분 앞으로 50년에 걸쳐 방출됨에 따라 야기할 기온 상승을 계산할 수 있어야 한다. 이 최종 이산화탄소 배출량을 줄일 수 없는 쓸모없는 방법으로 세계를 괴롭히기 전에, 지금 화석연료를 무절제하게 개발하고 소모하여 발생할 궁극적인 결과를 추정해보는 것이 더 적절할 것이다.
번역: 허진혁
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