중국, ‘토륨 원자로’ 연료화 실증 성공… 건설비 kW당 2500달러로 원전 판도 흔든다

중국이 차세대 원자력 발전의 게임 체인저로 불리는 ‘토륨(Thorium) 원자로’ 기술 검증에 성공하며 에너지 안보의 판도를 뒤흔들고 있다.

폴란드의 대표적인 에너지 전문 매체인 글로브너지아(GLOBEnergia)는 6일(현지시각) 보도와 원자력 업계에 따르면, 중국과학원 상하이 응용물리연구소는 최근 간쑤성 우웨이 실험용 원자로(TMSR-LF1)에서 토륨을 핵분열이 가능한 우라늄-233으로 전환해 실제 가동하는 데 성공했다. 이는 단순한 기술 진보를 넘어 건설 단가를 서방 국가의 4분의 1 수준으로 낮춘 중국의 ‘원전 굴기’가 상업화 단계에 진입했음을 의미한다.


중국이 이번에 성공한 실험은 토륨 연료 사이클의 핵심인 ‘연료화 실증’이다. 특히, 토륨 기술 자체보다 더 중요한 것은, 중국이 이 기술을 ‘싸게 반복 생산할 수 있는 체계’까지 확보했다는 점이다.

토륨은 자연 상태에서 스스로 핵분열을 하지 못해 중성자를 흡수시켜 우라늄-233으로 변환하는 과정이 필수적인데, 중국은 이 기술적 문턱을 넘어서며 세계에서 유일하게 토륨 연료를 실제 운용한 국가가 됐다. 이 과정은 외부 연료를 거의 추가하지 않고 핵연료를 자체적으로 생산하는 ‘증식로’ 개념에 가깝다.
중국 연구진은 내몽골 지역의 토륨 매장량이 현재 소비량 기준으로 약 6만 년 수준의 전력 생산 잠재력을 가진 것으로 추산한다. 우라늄 수입 의존도가 높은 중국에 토륨은 전략적 요충지인 셈이다. 중국 정부는 2035년까지 100MW급 시범 발전소를 짓고, 2040년경 상업 운영을 시작한다는 로드맵을 확정했다.

특히 이 원자로는 냉각수로 물 대신 ‘용융염(Molten Salt)’을 사용한다. 물이 부족한 사막에서도 가동이 가능하며, 사고 시 냉각재가 스스로 굳어 방사능 유출을 차단하는 수동 안전 시스템을 갖췄다. 다만, 우라늄-233 취급 시 발생하는 강력한 감마선 방호 문제와 용융염의 금속 부식 문제는 향후 상업화를 위해 해결해야 할 과제로 꼽힌다.


기술적 진보보다 더 위협적인 것은 중국의 압도적인 가격 경쟁력이다. 최근 통계에 따르면 중국의 원전 건설 비용은 1킬로와트(kW)당 평균 2500달러(약 370만 원) 수준이다. 이는 세계 평균인 8500달러(약 1280만 원)의 30% 수준에 불과하다. 특히 서방 원전의 경우 총비용의 30~50%가 금융비용과 지연 리스크에서 발생하는 반면, 중국은 국가 주도의 저금리 자금과 표준화 공정으로 이를 최소화했다.

반면 서방 국가는 ‘비용 폭증의 늪’에 빠졌다. 영국 힝클리 포인트 C는 건설 기간을 무려 13년 초과했고 총비용 역시 500억 달러(약 75조 원) 돌파했다. 미국 보글(Vogtle) 4호기도 가동까지 11년, 건설비 약 350억 달러(약 52조 원)가 소요된다.
그러나 중국 원전은 평균 건설 기간 6년에 비용은 kW당 2500달러에 불과하다.

샹웨이 류(Shangwei Liu) 루즈벨트 연구소 연구원은 “중국은 원전 건설을 개별 공학 프로젝트가 아닌 하나의 ‘산업 조립 라인’으로 표준화했다”며 “자국 공급망 국산화와 숙련된 노동력 대량 투입이 비용을 낮춘 핵심”이라고 분석했다. 서방의 높은 건설비는 기술력 부족보다 과도한 규제 지연과 금융비용, 프로젝트 리스크 프리미엄이 반영된 결과라는 해석이다.


현재 전 세계에서 중국의 독주를 견제할 수 있는 국가는 한국이 사실상 유일하다. 한국의 원전 건설 비용은 kW당 3500~4500달러(약 528만~679만 원) 수준으로, 중국보다는 높지만, 서방보다는 현저히 낮다. 이는 표준화된 설계(APR1400)와 설계·조달·시공(EPC) 일괄 수행 능력을 유지해온 덕분이다. 한국은 ‘건설 경쟁력’에서는 중국과 유사한 체계를 갖췄지만, 토륨·SMR 등 차세대 기술에서는 아직 승부가 나지 않은 상태다.

반면 원전 도입을 타진 중인 폴란드 등 유럽 국가들은 자원과 기술 부족으로 고심하고 있다. 현지 매체 글로브너지아(GLOBEnergia)는 “폴란드 내 토륨 자원은 경제성이 낮아, 차세대 원전 논의는 당분간 학술적 수준에 머물 것”이라고 평가했다.


중국의 토륨 원자로 성공은 우라늄 중심의 기존 공급망을 흔드는 신호탄이다. 중국은 압도적인 건설 단가를 앞세워 세계 원전 수출 시장까지 장악하겠다는 의도를 분명히 하고 있다. 향후 원전 경쟁은 단순한 발전 기술의 우위가 아니라 ‘누가 더 공장처럼 정교하게 찍어낼 수 있는가’라는 제조업적 역량 싸움으로 바뀔 것으로 보인다.

시장 참여자들 사이에서는 AI 시대의 폭발적인 전력 수요를 감당하기 위해 원전 공급망을 선점하는 국가가 미래 패권을 쥘 것이라는 해석이 나온다. 우리나라는 건설 단가 경쟁력을 유지하는 동시에, 중국이 선점하려는 토륨 및 소형 모듈식 원자로(SMR) 분야에서 기술적 돌파구를 찾아야 하는 기로에 섰다.

원전 산업은 더 이상 에너지 산업이 아니라 ‘중공업 기반 플랫폼 산업’으로 변하고 있다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com