3-8. 차세대 에너지 소형 모듈 원자로의 필요성 : 고온가스로(HTGR)의 산업열 활용 기술

서론 : 산업 열원을 바꾸는 고온 가스로의 에너지 혁신

고온가스로(High Temperature Gas-cooled Reactor, HTGR)는 차세대 원자력 기술 중에서도 특히 고온의 열을 직접 공급할 수 있는 능력으로 주목받고 있습니다. 산업용 열은 제조업, 화학 공정, 수소 생산, 철강산업 등 다양한 분야에서 막대한 에너지를 소비하는 핵심 요소로, 이 에너지원이 화석연료에 과도하게 의존하고 있는 현실은 탄소중립 달성에 큰 걸림돌이 되어 왔습니다. HTGR은 기존 원자력 발전이 주로 전력 생산에 국한됐던 것과 달리 직접적인 고온 열 공급을 통해 산업 프로세스 자체를 탈탄소화할 수 있다는 점에서 에너지 전환의 새로운 패러다임으로 떠오르고 있습니다. 특히 HTGR은 작동온도가 최대 950도에 달해 수소 생산, 석유정제, 담수화 등 고온이 필요한 분야에 에너지를 효과적으로 공급할 수 있고, 탄소배출이 없는 청정 열원으로 차세대 산업의 지속가능성을 견인하고 있습니다. 이 글에서는 HTGR의 핵심 작동 원리, 산업적 활용 가능성, 그리고 이러한 기술이 에너지 전환 시대에 갖는 전략적 의미를 다룰 것입니다.

 

 

차세대 에너지

 

 

- HTGR의 기술적 원리와 구조적 특징

HTGR은 고온의 열을 안정적으로 생산하기 위해 헬륨가스를 냉각재로 사용하는 독특한 설계를 채택하고 있습니다. 이는 수소나 물과 달리 화학적으로 반응성이 없고 고온에서도 안정성을 유지하는 헬륨의 특성 덕분. 고온 가스로의 핵심 구성요소는 흑연을 이용한 중성자 감속재, 피복된 연료 입자(TRISO fuel), 그리고 헬륨가스를 통한 열전달 시스템으로 이루어져 있습니다. 특히 TRISO 연료는 우라늄 산화물을 탄소와 세라믹으로 다층 코팅해 고온에서도 연료 손상을 최소화하고 방사성 물질 누출을 원천적으로 차단할 수 있도록 설계됐습니다. 이 기술은 기존 경수로에 비해 훨씬 높은 열적 안정성을 제공하며, 구조적으로도 보다 간단하고 사고 발생 시 자력 냉각 기능까지 갖춰 매우 높은 수준의 수동 안전성을 구현할 수 있습니다. HTGR의 작동 온도는 700~950도에 달하기 때문에 전력 생산을 넘어 직접 산업 공정에 열을 공급하는 데 이상적입니다. 기존 원전이 가진 전기 생산 이외의 유틸리티 한계를 극복하고 에너지 활용 효율을 극대화하는 것이 HTGR의 핵심 기술적 장점이라 할 수 있습니다.

- 산업용 열에너지 공급 분야에서의 HTGR 응용 가능성

HTGR이 특히 주목받는 이유는 산업현장에서 전력보다 많이 소비되는 열에너지를 공급할 수 있기 때문. 현재 많은 산업이 고온 열을 얻기 위해 천연가스, 석탄, 석유 등의 화석 연료를 직접 연소시키고 있습니다. 이러한 방식은 전 세계 이산화탄소 배출의 약 30% 이상을 차지하고 있어 탄소중립 목표에서 가장 어려운 부분 중 하나로 평가됩니다. HTGR은 이러한 산업 열원을 무탄소 방식으로 대체할 수 있다는 점에서 결정적인 역할을 할 수 있습니다. 예를 들어 철강 공정에서는 고온의 가스가 직접적으로 철광석을 환원하는 데 사용되고, 석유화학 산업에서도 수증기 개질 공정 등에서 800도 이상의 열원이 필수적. HTGR은 이러한 요구 조건을 모두 충족하며, 심지어 수소 생산에서도 고온수 증기 전기분해 방식(High-Temperature Steam Electrolysis)을 통해 매우 높은 효율을 자랑합니다. 이러한 점은 단순한 원자력 발전이 아닌 에너지 인프라 전반을 변모시킬 수 있는 기술적 토대로서 HTGR의 위치를 공고히 합니다.

- HTGR 기반 에너지 시스템의 전략적 가치와 상용화 가능성

HTGR의 또 다른 강점은 다양한 형태의 에너지 수요에 유연하게 대응할 수 있는 '멀티 에너지 플랫폼'으로 활용할 수 있다는 점입니다. 기존 원전이 오직 전력 공급에만 집중됐지만 HTGR은 전기, 열, 수소의 복합적 공급이 가능해 지역 기반 에너지 자립형 모델 구축에도 적합합니다. 특히 분산형 에너지 시스템 구축이 강조되는 시대에 HTGR은 중소규모 산업단지, 항만, 스마트시티 등에서 독립적으로 작동할 수 있는 고효율 에너지 공급원으로 주목받고 있습니다. 또한 HTGR은 탄소세 부과 및 탈탄소 정책이 강화될수록 산업계에 경제적 유인을 제공하고, 정부 및 대기업의 투자 유치를 통해 상용화 속도를 높이고 있습니다. 현재 중국, 일본, 미국 등은 실증로 건설 또는 운용을 진행하고 있으며, 대한민국도 고온 가스로 기반의 수소 생산과 산업 열공급 모델 구축을 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다. 결국 HTGR은 차세대 원자력 기술 진보 자체를 넘어 산업 전반의 에너지 수요 구조를 바꾸는 게임 체인저 역할을 할 수 있는 위치에 도달하고 있는 셈.

결론 : 고온 가스로의 산업열 활용, 지속 가능한 에너지 사회로의 열쇠

HTGR은 단순한 발전 기술을 넘어 산업구조의 근본적인 에너지 소비 방식을 변화시킬 수 있는 핵심기술로 자리 잡아 가고 있습니다. 특히 산업용 열공급이라는 난제를 해결할 수 있는 유일무이한 청정에너지원으로 HTGR은 탄소중립 시대의 전략적 해결책으로 떠오르고 있습니다. 이 기술은 화석연료의 직접 연소 없이도 고온의 열을 제공함으로써 산업 공정에서의 온실가스 배출을 획기적으로 줄일 수 있고, 에너지 효율성과 안정성, 그리고 경제성을 동시에 확보할 수 있습니다. 무엇보다 HTGR은 수소경제, 스마트팩토리, 탈탄소 산업단지 구축과 같은 미래 산업 생태계와 자연스럽게 연결되어 새로운 에너지 패러다임의 중심축으로 자리잡고 있습니다. 다만 아직 상용화를 위한 실증 테스트, 규제 개선, 경제성 확보 등의 과제가 남아 있어 이를 해결하기 위한 국가 차원의 장기 전략 수립이 요구됩니다. HTGR을 중심으로 한 산업 열공급 구조의 전환은 결국 우리 사회가 청정하고 지속 가능한 에너지 체제로 이행하기 위한 핵심 경로임이 분명합니다. 미래의 산업은 전력만으로는 움직이지 않습니다. 다양한 형태의 에너지를 무탄소로 공급할 수 있는 시스템, 바로 HTGR이 그 해답을 제시하고 있습니다.