올해 초 미국 어바인 캘리포니아대학 연구진은 흥미로운 내용의 논문 한 편을 미 국립과학원회보(PNAS)에 발표했다. 그 논문은 중국에서 생산되어 전 세계로 수출되는 휴대전화, 텔레비전 및 다른 소비자 제품 등으로부터 발생하는 오염이 미국 서부 해안에 얼마나 많이 도달하는지를 정량화한 최초의 연구였다.
그에 의하면 지난 2006년 중국에서 배출된 인위적인 이산화항의 36퍼센트, 질소산화물의 27퍼센트, 일산화탄소의 22퍼센트, 블랙카본의 17퍼센트가 수출을 위한 제품의 제조와 관련에 있는 것으로 나타났다. 또한 미국 서부 해안에 나타나는 황산염 오염의 4분의1은 중국 수출과 연관이 있다는 내용도 포함되었다.
선진국들이 환경을 위해 자국에서 사용하는 공산품에 대한 제조를 세계의 굴뚝인 중국에 위탁하고 있지만, 그로 인해 발생하는 대기오염 중 일부는 편서풍을 타고 다시 그들에게로 돌아가고 있다는 의미다. 중국 바로 옆에 위치한 우리나라에서 이 같은 연구가 진행될 경우 훨씬 더 높은 수치가 나올 것이다.
중국의 스모그 때문에 가장 심한 피해를 입는 이들은 바로 중국 국민들이다. 지난 3월 베이징에서 오염과의 전쟁을 선포하며 화력발전소의 폐쇄를 포함한 문제 등을 언급할 만큼 중국 정부도 이에 대한 대책 마련으로 골머리를 앓고 있는 눈치다.
지난해 중국에서 사용한 전기량의 약 70퍼센트는 화력발전소에서 생산되었다. 석탄은 중국의 전력 생산에 있어 비용 대비 가장 효과적인 연료이다. 이에 비해 원자력발전 비율은 단 1퍼센트를 차지했을 뿐이다. 만약 중국 전기의 5~10퍼센트를 원자력이 생산할 경우 스모그가 현저하게 감소될 것으로 추정한다. 따라서 중국은 스모그에 대한 한 가지 해결책으로 원자력발전을 적극 모색하고 있는 것으로 알려졌다.
하지만 2011년 일본에서 발생한 후쿠시마 원전 사고 이후 중국 정부는 신규 원전에 대한 승인을 중단했다. 원자력발전소가 화력발전소보다 그 같은 사고에 취약해 더 심각한 오염을 발생시킬 수 있다는 우려가 커졌기 때문이다.

대지진이 일어나도 안전한 토륨 원자로

그럼 원전이 어떻게 중국 스모그의 새로운 해결책이 될 수 있을까. 여기서 중국이 가리키는 원전은 우라늄 기반의 기존 원전이 아니라 토륨을 사용하는 원전을 말한다.
방사성원소인 토륨은 핵분열성 물질이 아니므로 우라늄과 달리 자발적으로 핵연쇄반응을 일으키지는 못한다. 그러나 중성자와 충돌하면 핵분열성 물질인 우라늄-233으로 전환돼 중성자에 의한 핵분열로 에너지를 생성할 수 있다.
우라늄의 경우 사용이 끝나더라도 끊임없이 핵분열을 일으키면서 방사능과 고열을 방출하므로 이를 식히기 위한 냉각장치가 필요하다. 따라서 대지진 같은 불의의 사고가 발생하면 냉각장치가 고장 나고, 그로 인해 노심 용융이 일어나 방사능이 유출될 수 있다. 후쿠시마 원전에서의 사고도 바로 그 같은 경우였다.
하지만 토륨은 자체적으로 핵분열을 일으키지 않아 연쇄반응이 나오지 않으므로 불의의 사고로 인해 정전이 될 경우 핵분열을 자동으로 멈춘다. 때문에 토륨 원전은 지진과 쓰나미 등으로 인한 노심 용융의 위험이 없어 매우 안전하다.
더구나 토륨으로 이루어지는 핵반응에서 거의 모든 토륨은 소비되고 소량의 폐기물만 남게 되므로 방사성 폐기물도 거의 나오지 않는다. 또한 그 독성도 30년 내에 사라지므로 아주 오랜 기간 동안 사용후핵연료를 관리해야 하는 우라늄 원자로보다 훨씬 편리하다.
토륨은 지구상 모든 곳의 토양과 암석에 소량 존재하며, 우라늄과 비교할 때 4배 이상 많은 것으로 추정된다. 특히 중국의 경우 2만년 동안 전기를 생산할 수 있는 토륨을 가지고 있다. 이에 따라 중국 과학아카데미는 지난 1월 토륨 용융염 기술을 사용해 세계 최초의 상업용 원자로를 개발한다는 목적 하에 상하이에 고등연구센터를 설립했다.
거기에 소속된 신규 원자로설계팀에 의하면 중국은 애초 25년 이내에 세계 최초의 토륨 원자로를 개발한다는 계획이었으나 최근에 그 기한이 10년 이내로 변경되었다고 한다. 그만큼 스모그에 대한 새로운 대안으로 기대를 걸고 있다는 뜻이다.
하지만 기술적인 어려움 때문에 이 프로젝트에 관련된 중국 연구원들이 ‘전쟁과 같은’ 압력에 시달리고 있는 것으로 전해졌다. 가장 어려운 문제 중의 하나가 용융염이 원자로를 손상시킬 수 있는 플루오라이드와 같은 부식성 화학물질을 생성한다는 것이다. 또한 토륨 원자로는 매우 높은 온도에서 운전되어야 하므로 안전성과 관련된 또 다른 문제가 발생할 수 있다. 아직까지 토륨의 물리적․화학적 본질에 대한 지식이 제한적이라는 점도 기술개발을 가로막는 장애사항 중 하나로 꼽힌다.

인도는 2016년 토륨 원자로 건설 착수 계획

사실 토륨 원자로는 원자력 태동기부터 적극 검토된 설계 방식이다. 미국 오크리지 국립연구소는 실제로 1960년대에 용융염 원자로를 건설한 바 있다. 그러나 닉슨 정부에서 폐쇄되고 말았다. 이에 대해 일부 분석가들은 냉전시대였던 당시에는 우라늄이 핵무기 제조를 위해서 더 적합한 재료였기 때문에 그렇게 된 것이라 추정한다.
그런데 당시의 기술 수준으로는 상용화가 어려웠고 너무 많은 비용이 들어 우선순위에서 우라늄 원자로에 밀렸다고 보는 시각이 더 우세하다.
토륨이 에너지원으로 가능한 것인지의 여부는 지난해 노르웨이의 민간기업인 토르에너지가 토륨을 이용한 실험용 원자로에서 에너지를 생산하기 시작함으로써 증명됐다. 토르에너지의 CEO인 오이스타인 아스프젤은 당시 로이터통신과의 인터뷰에서 “토륨 진화에 있어 기본적인 첫 단계를 기록한 것”이라고 밝혔다.
전 세계 토륨 매장량의 25퍼센트를 지닌 인도에서도 토륨 기반의 신형 원자로 설계를 진행 중이다. 이 원자로는 토륨을 핵연료로 사용하는 인도의 최신 차세대 원자로로서, 우라늄-233과 플루토늄-239의 혼합 핵연료를 사용할 것으로 알려졌다.
원자로 건설은 2016년에 착수될 계획인데, 인도 뭄바이가 가장 유력한 건설 부지로 꼽히고 있다. 왜냐하면 토륨 원자로는 우라늄 원자로보다 훨씬 안전해 뭄바이 같은 인구가 밀집된 대도시에도 건설할 수 있기 때문이다. 인도 연구진은 토륨 원자로가 건설되면 향후 7~8년 내에 이를 이용해 전기 생산이 가능할 것으로 예상하고 있다.
최근 서방 국가들에서도 토륨에 대한 관심이 증가해 미국, 프랑스, 일본 등의 국가에서 토륨 관련 연구 프로젝트가 추진되고 있다.