"원자력 수소생산은 마치 수소생산 공장을 돌리는 것"

[이데일리 이승현 기자] ‘수소경제’의 현실화 여부는 무한하고 청정한 수소를 저렴한 비용에 안정적으로 대량생산할 수 있느냐에 달렸다. 이 기술을 확보하는 나라가 향후 수소경제의 주도권을 쥘 게 분명하다.

김용완 한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부장

이런 점에서 원자력발전의 고온과 촉매물질을 이용, 물(H₂O)을 열화학적으로 분해해 수소를 얻는 이른바 ‘원자력 수소생산’ 방법이 주목을 얻고 있다. 이 방법은 탄화수소가 아닌 물에 대한 분해이기 때문에 이산화탄소(CO₂) 배출이 없는 데다 기존의 물 전기분해 방식에 비해서도 비용과 에너지 효율 측면에서 경쟁력이 있는 것으로 알려졌다.

김용완 한국원자력연구원 수소생산원자로기술개발부장(원자력수소핵심기술개발 대과제 책임자)은 40여명의 직원을 이끌며 원자력 수소생산에 몰두하고 있다. 연구진은 최근 수소생산의 용기 역할을 하는 ‘초고온가스로’(VHTR)에 사용되는 핵연료 시제품의 연소성능시험을 성공시켜 이 가스로의 국산화 기반을 마련했다. 우리 기술로 원자력을 이용한 수소 대량생산의 길이 열린 것이다.

김 부장은 14일 이데일리와의 인터뷰에서 “물을 전기분해하면 (수소생산의) 효율이 10%이지만 원자력 이용 열화학적 방법은 50%까지 올라간다”며 “수소 대량생산에 적합하다”고 강조했다. 그는 “전극을 사용하면 대량화가 어렵지만 원자력 이용 열화학적 방법은 마치 공장을 돌리는 개념으로 안정적으로 생산할 수 있다”고도 덧붙였다.

비용 면에서도 효율적이다. 포스코경영연구소에 따르면 원자력 이용 수소의 제조단가는 전기분해 방법에 비해 40% 수준이다.

이 기술은 물이 섭씨 4000도까지 올라가면 저절로 수소와 산소로 분해되는데 열화학적 방법을 이용하면 900도 수준에서도 나눠지는 성질을 이용한 것이다. 원전 기반의 초고온가스로를 통해 물에 950도의 열을 계속 공급하고 요오드(I)와 황(S) 등 촉매를 투입해 수소와 산소로의 분해를 이끌어내는 게 핵심이다.

이 가스로는 헬륨(He)과 흑연(C)을 각각 냉각재와 감속재로 사용하며 일반 경수로 원자로의 공급열(320도) 보다 3배 높은 열을 지속적으로 낼 수 있다.

김 부장은 “기술개발을 위해 원자력연구원과 한국과학기술연구원과 에너지기술연구소, 포항산업과학연구원 등 4개 기관이 협력하고 있다”고 전했다.

안전성에 대해서도 자신감을 나타냈다. 전력차단으로 원자로에 냉각수 공급이 끊겨도 공기순환에 따른 원자로 표면의 복사냉각으로 잔열이 제거된다는 것이다. 가스로 내부는 세라믹 코팅의 효과로 2000도 이상의 온도에도 파손되지 않는다고 했다. 다만 안전성 문제 때문에 가스로를 크게 만들지는 못 한다.

김 부장은 수소경제의 미래를 밝게 보고 핵심인 대량생산 기술 개발에 적극 나서야 한다고 강조했다. 그는 “우리나라와 함께 중국과 일본 등이 원자력을 통한 수소생산 기술 개발에 각축을 벌이고 있다”고 전했다.

초고온가스로(VHTR)와 원자력 이용 수소생산 시스템. 한국원자력산업회의 제공