최근 2, 3세기동안의 산업 활동과 문명생활을 영위하는 데 필요한 에너지는 기본적으로 석유나 석탄, 천연가스 같은 소위 화석연료에 대부분 의존해왔다. 그러면 앞으로 얼마나 오랫동안 화석연료가 지속될 수 있을까?

이런 질문에 대해 전문가들은 확인된 화석연료 매장량을 연간 채굴량으로 나누면 석탄은 148년, 석유는 43년, 천연가스는 61년 만에 소진된다고 한다. 새로운 탐사노력으로 해마다 추정매장량이 늘어왔기 때문에 아주 낙관적 추정매장량으로 계산하면 석탄과 천연가스는 417년, 167년으로 늘어나지만 석유는 늘어나지 않는다 한다.

인구증가 소득증가에 따른 에너지 수요증가는 생산량 증가로 이어질 것이므로 화석연료가 소진되는 날은 상당히 앞당겨질 것이고, 그 생산량이 정점을 지나 줄어들면 에너지가격의 가파른 상승으로 나타나는 위기는 훨씬 더 일찍 올 수도 있을 것이라 한다.

화석연료의 치명적 단점은 지구온난화를 일으키는 이산화탄소가스의 배출이다. 2000년도 통계로 미국인은 1인당 연간 평균 24톤, 한국인은 11톤을 배출한 것으로 되어있다. 현재 전 세계 에너지수요의 81%가 화석연료로 충당되고 있으며 석유와 석탄이 각각 탄소가스 배출의 40%, 천연가스가 20%를 차지하고 있다한다.

탄소가스의 방출을 줄이기 위해 전력생산과 운반수단용 석유 석탄을 천연가스로 대체하는 단기적 노력이 진행되고 있으며 궁극적으로는 탄소가스방출이 없는 태양에너지, 풍력, 조력, 지열 등의 무한재생, 지속이 가능한 소위 지속가능한 재생에너지의 활용연구가 최근 급속히 활발해지고 있음은 주지하는 바이다. 우라늄(원소기호 U)을 연료로 사용하는 원자력 에너지의 응용은 앞 칼럼에서도 논의한 후쿠시마원전의 참담한 사고로 한동안 찬 서리를 맞을 것 같으나 여러 가지 장점들 때문에 다시 떠오를 것으로 보인다. 우라늄이 지속가능한 에너지자원인가 하는 질문의 답은 긍정적이다.

천연우라늄은 주로 0.7%의 방사성 동위원소 U235와 99.3%의 비방사성 동위원소 U238 두 성분으로 구성되어 있다. 전력생산에는 U235의 농도를 4, 5%정도로 올린 저농축 우라늄 핵연료를 가압경수로에 쓰는 것이 일반적인 방법이다.

1, 2년간 원전 속에서 태워지는 연료봉은 처음 핵연료 량의 95, 6%에 해당하는 U238의 1, 2%가 두 가지이상의 방사성 플루토늄(원소기호 Pu)의 동위원소들로 핵변환 된다. U235와 마찬가지로 방사성 플루토늄도 발전용 핵연료물질로 쓸 수 있으나 핵확산위험 때문에 미국과 한국 등에서는 한번 쓴 핵연료봉은 다시 쓰지 않고 영구 폐기하고 있는 데 플루토늄의 방사능 반감기가 24,000년이라 폐기물의 잔류방사능이 안전수준으로 떨어지려면 수십만 년을 걱정해야하는 안전보호대책이 필요하다.

그러나 불란서, 일본 등은 사용 후의 핵연료 봉에서 플루토늄을 추출하여 핵연료로 다시 쓰는 재처리 재사용 방식을 채용하고 있는 데, U238이 완전히 소진될 때까지 거의 60번 가량 재처리할 수 있으며 최종 폐기물의 잔류방사능이 300- 400년 지나면 안전수준으로 떨어지는 참으로 뛰어난 장점 때문인 것이다.

현재 알려져 있는 경제성 있는 채굴 가능한 우라늄 매장량이 약 500만 톤이고, 2007년도 전 세계의 원전에 의한 발전용량이 3억8천만 킬로와트이며, 100만 킬로와트 용량의 원전을 1년간 가동하는데 162톤의 우라늄이 소모된다 한다. 우라늄연료를 한번만 쓰고 폐기하는 방식으로는 앞으로 80년 정도밖에 지속될 수 없지만 60번이나 가능한 재처리방식을 따르면 4,800년 지속될 수 있다는 계산이 나온다.

채굴비용이 더 비싼 저품위 우라늄광 2,200만 톤의 매장량이 알려져 있고, 또 지구의 바다물속에 45억 톤의 우라늄이 녹아 있는데 일본 과학자들이 추출방법을 발견했으나 아직 경제성이 알려지지 않았다 한다. 저품위 지하 우라늄광과 해수중 우라늄에 대한 경제성 있는 추출법이 개발된다면 원전의 수요가 2007년 수준보다 훨씬 늘어나더라도 우라늄은 영구 지속적 에너지 자원으로 자리매김하게 될 것이다.

(공학박사)