강양구의 에너지 톡톡 ⑪ 원자력 족의 '미션 임파서블'?!

핵 에너지를 다루는 마지막 시간입니다. 오늘은 핵 발전 이후 나오는 쓰레기에 대해서 말해 보려고 합니다. 지난 7월에 경주 방폐장이 준공되어 가동을 개시했다고 하지만, 막상 핵 발전 이후에 나오는 고준위 방사성 폐기물은 여전히 갈 곳이 없습니다. 그렇다면 그 많은 핵 발전소에 있는 사용 후 핵연료들을 어떻게 처리해야 할까요? 핵폐기물 문제를 해결하지 못하면, 핵 발전을 지속할 수 없는 것이 당연한 것 아닌가요?

이번 ｢강양구의 에너지 톡톡｣은 핵 폐기물 처리 문제가 인류의 한계를 뛰어 넘는 과업이라는 경고의 메시지를 담고 있습니다. 수천, 수만 년에 걸쳐 유해한 방사선을 내뿜는 핵폐기물과의 공존을 선택할 것인지, 아니면 새로운 에너지 시대로의 전환에 앞장설 것인지 고민해 보는 유익한 시간이 되길 바랍니다. 감사합니다.

핵폐기물은 어디로​ 가는가?​

핵에너지와 핵 발전소를 놓고서 사람과 대화를 나누다 보면 서로 놀란다. 듣는 사람은 “어떻게 그럴 수가 있어요?” 하고 놀라고, 말하는 나는 “어떻게 모를 수가 있어요?” 하고 말이다. 예를 들어, 방사성 폐기물 그러니까 핵 발전소에서 나오는 쓰레기를 둘러싼 진실을 언급할 때가 그렇다.

국제 원자력 기구(IAEA)의 통계를 보면, 2015년 11월 18일 현재 전 세계의 가동 중인 핵 발전소 숫자는 441기이다. [관련 링크] 미국 99기, 프랑스 58기, 일본 43기, 러시아 34기, 중국 31기, 한국 24기, 인도 21기 등 핵 발전소를 20기 이상 보유한 일곱 나라부터 아르메니아, 이란, 네덜란드, 슬로베니아 등 1기씩 보유한 네 나라까지 총 서른한 나라가 핵 발전소를 가동 중이다.

아주 거칠게 말하면, 핵 발전소는 방사성 물질 우라늄-235를 태울 때 나오는 열을 이용해서 물을 끓인 다음에, 그 증기로 터빈을 돌려서 전기 에너지를 얻는 인공물이다. 그런데 우라늄-235를 태우면, 즉 핵분열 반응을 일으키면 그 부산물로 열에너지만 나오는 것이 아니라 다양한 방사성 물질이 발생한다.

즉 핵 발전소에서 우라늄을 태우고 나면 방사성 쓰레기가 나온다. 이것이 우리가 흔히 ‘사용 후 핵연료’ 혹은 ‘고준위 방사성 폐기물(핵폐기물)’이라고 부르는 것이다. 생활 폐기물이든 음식물 찌꺼기든 각종 쓰레기를 처리해야 하듯이 이 방사성 쓰레기 역시 땅에 묻든, 바다에 버리든 어떤 방법을 쓰든 간에 처리를 해야 한다. 방사성 폐기물 처리장이 필요한 것이다.

그렇다면, 지금 전 세계에서 우라늄-235를 태우고 남은 방사성 쓰레기를 처리하는 장소는 몇 곳이나 될까? 양식 있는 시민, 기업 또 국가라면 누구나 ‘오염자 부담 원칙(polluters pay principle)’을 알고 있다. 이런 오염자 부담 원칙을 염두에 두면, 적어도 핵 발전소를 가동하면서 방사성 쓰레기를 배출하는 서른한 나라가 처리장을 한 곳씩 가지고 있어야 한다.

그런데 지금 전 세계에서 고준위 방사성 폐기물을 처리하는 곳은 단 한 곳도 없다. 그렇다. ‘0’이다.

2011년 3월 11일, 후쿠시마 사고 때도 아찔한 순간이 있었다. 고준위 방사성 폐기물 처리장이 없다 보니, 일본도 이 방사성 쓰레기를 핵 발전소 곳곳에 임시로 보관해 두고 있었다. 후쿠시마 사고 때는 이렇게 임시로 보관해 둔 방사성 쓰레기가 통제 불능 상태로 외부로 유출되기 일보직전까지 갔다.

1954년 (구)소련에서 처음으로 핵 발전소가 가동된 이래 반세기가 훌쩍 지났는데도 핵 발전소에서 나온 쓰레기를 처리하는 곳이 없는 현실. 도대체 이런 어처구니없는 일이 벌어진 이유는 무엇일까?

사용 후 핵연료, 어떻게 처리하면 좋을까? Christian Fischer/wiki

에너지 팁팁!

경주에 있는 방폐장은 뭐지?

경상북도 경주에 있는 방사성 폐기물 처리장은 핵 발전소에서 우라늄-235를 태우고 남은, 그러니까 핵분열 후에 남은 방사성 쓰레기(사용 후 핵연료)를 처리하는 곳이 아니다. 이곳은 핵 발전소 작업자들이 쓴 장갑이나 옷처럼 방사능 수치가 비교적 낮은 폐기물을 보관하는 중·저준위 방사성 폐기물 처리장이다.

한국 정부는 1990년 안면도, 1994년 굴업도, 2003년 위도 등에 중·저준위 방사성 폐기물 처리장을 지으려다 주민의 격렬한 반발로 실패했다. 결국 2005년 특별 지원금 3000억 원, 한국 수력원자력(주) 본사 이전, 양성자 가속기 연구 센터 건립 등을 약속하면서 경주 시민의 마음을 사고서야 경주시에 중·저준위 방사성 폐기물 처리장을 추진할 수 있었다.

하지만 이런 부지 유치에 급급한 나머지 정작 방사성 폐기물 처리장이 갖춰야 할 필수 요건인 안전성을 무시했다는 비판이 계속 제기되고 있다. 특히 이곳 공사 과정에서 솟아 나온 지하수가 문제다. 중·저준위 방사성 폐기물을 수십 년에서 수백 년 이상 보관하는 과정에서 지하수가 유입될 경우, 방사성 물질이 지하수에 섞여서 인근 지역으로 유출될 수 있기 때문이다.

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이집트 피라미드의 교훈

우라늄-235가 핵분열을 일으키면 30개 이상의 다양한 방사성 물질이 나온다. 그중에는 반감기가 불과 며칠에 불과한 요오드-131(8.03일), 반감기가 수십 년이어서 피해가 큰 세슘-137(30년) 스트론튬-90(28.9년), 그리고 반감기가 2만 4000년이나 되는 플루토늄-239 등이 포함된다.

후쿠시마 사고 이후에 방사성 물질의 ‘반감기’는 익숙한 용어가 되었다. 이 반감기는 방사성 물질의 방사능이 원래 값의 절반이 되는데 걸리는 시간을 확률적으로 계산한 것이다. 예를 들어, 후쿠시마 사고 이후에 핵 발전소에서 누출된 우라늄-235의 핵분열 물질 가운데 하나인 방사성 세슘-137의 반감기는 약 30년이다.

즉 30년이 지나야 방사성 세슘의 방사능이 절반으로 줄어든다는 것이다. 60년이 지나면 방사성 세슘의 방사능은 4분의 1로 줄어들 것이다. 그러니 30년, 60년이 지나도 세슘은 안전하지 않다. 나머지 절반 또 4분의 1의 세슘이 여전히 방사선을 내뿜을 테니까 말이다. 보통 방사성 물질은 반감기를 서른 번 정도 지나야 완전히 방사능을 잃는다. 그러니 세슘이 안전해지려면 900년(30년☓30)이나 걸리는 셈이다.

그렇다면, 이제 핵 발전소의 핵분열 물질 가운데 플루토늄 239에 주목하자. 앞에서 언급한 대로, 플루토늄 239의 반감기는 2만 4000년이다. 반감기가 2만 4000년이니, 플루토늄이 방사능을 잃는 데 걸리는 시간은 실제로는 수십 만 년(!)이다. 수십만 년. 도대체 얼마나 긴 시간인지 가늠이 되는가?

사실 말로는 수천 년, 수만 년, 수십만 년 해봤자 실감이 나지 않는다. “10년이면 강산이 변하는” 보통 사람의 시간 감각으로는 수천 년, 수만 년, 수십만 년 동안 통제해야 할 위험이라는 것을 생각하기 어렵다. 한번 생각해 보자. 인류가 만든 가장 오래된 유적 가운데 하나가 이집트의 피라미드다.

약 4000~5000년 전에 만들어진 것으로 추정되는 피라미드에 대해서 우리가 아는 것은 거의 없다. 단지 수십만 명이 동원되어 만들어진 왕의 무덤이라고 추측할 뿐이다. 이집트의 피라미드로도 실감이 안 난다면 만들어진 지 1000년도(!) 채 지나지 않은 캄보디아의 앙코르와트는 어떤가?

이런 고대 유적을 염두에 두면, 과연 우리가 고준위 방사성 폐기물 처리장을 만드는 것이 가능한 일일까? 인류가 핵 발전소를 가동한 지 반세기가 지난 지금까지 고준위 방사성 폐기물 처리장을 단 한 곳도 짓지 못하는 까닭이 바로 여기에 있다. 고준위 방사성 폐기물 처리장은 인류에게는 불가능한 임무다.

현재 고준위 방사성 폐기물은 핵 발전소 내부 대형 수조 안에 보관되고 있는 실정이다. Nuclear Regulatory Commission/wiki

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방폐장의 지킴이 원자력 족의 탄생

우리는 어떻게든 고준위 방사성 폐기물을 처리할 방법을 찾아야 한다.

실제로 핀란드는 고준위 방사성 폐기물을 10만 년 이상 보관할 수 있는 처리장을 짓는 ‘온칼로 프로젝트(Onkalo Project)’를 진행하고 있다. ‘온칼로’는 핀란드 어로 ‘숨겨진 장소’라는 뜻이다. 핀란드는 수도 헬싱키에서 서쪽으로 약 240킬로미터 떨어져 있는 올킬루오토 섬 500미터 지하에 고준위 방사성 폐기물을 보관하려고 한다.

물론 고준위 방사성 폐기물 가운데 하나인 플루토늄의 격리가 필요한 시간인 수십 만 년에 비하면 10만 년으로도 부족하다. 10만 년은 우리의 시간 감각이 닿을 수 있는 최대치의 의미 정도일 것이다. 그렇다면, 지금으로부터 10만 년 전에 지구에서 무슨 일이 있었을까? 그 때는 현생 인류(호모 사피엔스, Homo Sapiens)가 유럽 등에서 네안데르탈인(Neanderthals)과 공존하던 시기였다.

(현생 인류와 네안데르탈인의 관계는 여전히 미스터리다. 최근의 연구 성과는 두 가지 역설적인 사실을 일깨운다. 오늘날, 모든 인류는 유전체 내에 1~3% 정도의 네안데르탈인 DNA를 가지고 있다. 즉 아프리카에서 이주해 나간 현생 인류가 과거의 어느 시점(5만~6만 년 전)에 네안데르탈인과 교잡했던 것이다. 즉 현생 인류와 네안데르탈인은 때로 사랑을 나눴다.

또 다른 역설은 끔찍하다. 약 5만 년 전부터 네안데르탈인은 자취를 감추기 시작해 약 3만 년 전에 멸종했다. 네안데르탈인의 멸종 원인을 놓고는 여전히 의견이 분분하다. 하지만 멸종의 중요한 이유 가운데 하나는 바로 현생 인류와의 경쟁이었다. 우리의 조상은 네안데르탈인을 죽이고 때로는 먹었다.)

현생 인류가 네안데르탈인과 공존했던 10만 년 전의 시간을 염두에 두면, 앞으로 10만 년 후에 지구에서 현생 인류가 문명을 유지하면서 살 것이라는 예측은 지극히 인간 중심적인 사고방식이다. 그렇다면, 당장 10만 년 후에 지구에서 살아갈 인간이든 또 다른 무엇에게 방사성 폐기물의 위험을 어떻게 경고할 수 있을까?

허균의 『홍길동전』은 1612년에 쓰였다. 우리는 고등학교 국어 교과서에 실린 이 소설의 원문을 선생님의 도움 없이는 독해할 수 없다. 400년의 시간 동안 한글의 모습이 변한 탓이다. 실제로 언어는 수백 년만 지나도 해독 불가능할 정도로 변하기 일쑤다. 그러니 현대 핀란드 어, 한국어, 영어로 경고를 해 봤자 수백 년, 수천 년, 수만 년 후에 그 의미가 제대로 전달될 리가 없다.

방사성 폐기물을 둘러싼 이런 사정은 우리 시대의 가장 명민한 지성 가운데 하나인 움베르토 에코의 호기심을 자극했다. 그는 프랑스의 작가 장클로드 카리에르와의 대담을 실은 『책의 우주』에서 방사성 폐기물을 둘러싼 이런 사정을 언급하면서, 자신만의 아이디어를 이렇게 내놓는다.

“그냥 나 혼자만 해 본 생각입니다. 핵폐기물을 묻되, 매우 희석된 상태, 즉 방사능이 아주 약한 상태의 폐기물을 맨 위층에 두고, 점차로 방사능이 강한 층들을 깔아 나가는 겁니다. 만일 외계인(혹은 미래 세대)의 실수로 그 폐기물이 손이나 혹은 손처럼 사용하는 다른 기관이 닿는다 하더라도, 그는 단지 손가락 한 마디를 잃게 될 뿐입니다.

만일 더 해 본다면 손가락 하나를 잃게 되겠죠. 하지만 그가 더 이상 파 보겠다고 고집을 부리는 일은 없으리라고 확신할 수 있습니다.” (『책의 우주』, 198~199쪽)

물론 이런 식의 방사성 폐기물 처분이 가능할 리 없다. 그렇다면, 어떤 방법이 있을까? 나의 해법은 말 그대로 ‘원자력 족(族)’을 만드는 것이다. 그러니까 방사성 폐기물 처리장을 지키는 종교 조직을 만드는 것이다. 시간이 흘러서 설사 그들이 외부로부터 지키는 것이 무엇인지 잊더라도 ‘금기’는 남을 테니까 말이다.

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궁극의 일기 예보

문제는 이뿐만이 아니다. 애리조나 대학교에서 기후와 날씨를 가르치는 랜디 체르베니의 『날씨와 역사』를 보면, 흥미로운 대목이 나온다. 어느 날, 그는 미국 정부로부터 “어떤 사람들은 완전히 바보짓이라고 할 것이고, 어떤 사람들은 ‘궁극의 일기 예보’라고 할 만한” 의뢰를 받았다.

한때 미국 정부가 고준위 방사성 폐기물 처리장 부지로 검토했던 네바다 주 유카 산의 1만 년 동안의 날씨를 예측하는 과제가 떨어진 것이다. 이제 우리는 이런 과제가 무슨 의미인지 안다. 10만 년이 넘도록 방사선을 내뿜는 방사성 폐기물을 격리하려면, 처리장이 앞으로 어떤 날씨에 놓이게 될지는 중요한 문제다. 정말로 “궁극의 일기 예보”가 필요한 것이다.

유카 산에 지으려고 했던 고준위 방사성 폐기물 처리장 설계도 U.S. Department of Energy/wiki

체르베니는 태양을 도는 지구의 궤도 변화와 빙하기의 도래 사이의 관계를 따진 연구 결과를 보여 주면서, 앞으로 1000년(!) 뒤에는 지구에 빙하기가 도래할 가능성을 제시한다. 그러나 그는 이런 일기 예보를 선뜻 내놓지 못한다. 지구 기후의 변화를 예측할 때, 고려해야 할 변수가 한둘이 아니기 때문이다.

그 가운데 하나는 지구의 기후에 중요한 영향을 끼치는 대양의 순환이다. 태평양, 대서양에는 더운 곳의 열을 추운 곳으로 이전하는 복잡한 순환 체계가 있다. 할리우드 영화 「투모로우」(2004년)는 지구가 더워져 빙하가 녹은 찬물이 북대서양으로 흘러 들어가 이 순환 체계가 망가질 때 나타날 참사를 그렸다.

이 순환 체계가 지구의 궤도 변화와 같은 다른 요인에 어떻게 반응하고, 그 결과 지구 곳곳의 날씨가 어떻게 변할지는 아주 불확실하기 때문에 1000년, 1만 년, 10만 년 후 특정 지역의 기후를 예측하는 일은 조심스러울 수밖에 없다. 체르베니는 한 걸음 더 나아가 ‘파국의 가능성’을 경계하라고 겁을 준다.

소행성 충돌이 원인인 공룡의 멸종, 태양 흑점 활동의 중단이 원인인 소빙하기에 얽힌 미스터리에서 확인할 수 있듯이, 지구 기후는 예측할 수 없는 큰 변화에 갑자기 바뀔 수 있다. 그렇다면, 장기적인 기후 예측은 사실상 불가능하다. 필연과 우연이 겹겹이 중첩된 이 모든 변수를 모두 고려하는 것은 인간이 하기에 너무 어려운 일이다.

우리가 지금 시점에서 방사성 폐기물 처리장 부지로 최적이라고 평가한 곳이 수만 년 후에는 예측할 수 없는 기후 변화 때문에 최악의 장소가 될 수도 있다. 그런 점에서 온칼로 프로젝트를 비판적으로 소개하는 미카엘 마센 감독의 다큐멘터리 「영원한 봉인」(2010년)은 역설적이다. 왜냐하면 ‘영원한 봉인’은 인류가 감당할 수 없는 불가능한 임무이기 때문이다

여기까지 읽고 나서 이렇게 반문하는 이들이 있을지 모르겠다. “그냥 우주로 보내 버리면 되지 않을까?” 실제로 그런 순진한 생각을 했던 이들이 있었다. 하지만 지금은 그 누구도 방사성 폐기물을 우주로 보내자고 주장하지 않는다. 왜냐하면, 체르노빌 사고(1986년 4월 26일)가 일어나기 3개월 전인 1986년 1월 28일에 이 사고가 일어났기 때문이다.

이날 여교사 크리스타 매콜리프를 비롯한 일곱 명의 승무원을 태운 챌린저 호가 이륙한 지 73초 만에 공중 폭발했다. 만약 방사성 폐기물을 잔뜩 싣고 우주로 향하던 우주선이 대기권에서 공중 폭발한다면 어떤 일이 발생할까? 핵에너지는 이처럼 인류에게 ‘불가능한 임무’를 부여한다.

에너지 책책!

☞ 『책의 우주』(움베르토 에코, 장클로드 카리에르 지음, 임호경 옮김, 열린책들, 2011)

이탈리아와 프랑스를 대표하는 두 지성 움베르트 에코와 장클로드 카리에르가 책에 대하여 함께 대화를 나눈 대담집이다. 디지털 시대의 책의 의미, 책의 미래에 대한 두 지성의 진지한 고민과 재치를 담고 있다.

☞ 『날씨와 역사』(랜디 체르베니 지음, 김정은 옮김, 반디출판사, 2011)

세상 곳곳의 신비하고 흥미로운 기상 현상을 찾아 과거와 현재를 넘나들며 그 해답을 풀어나가는 책이다. 공룡 티라노사우루스의 죽음, 인류 멸종위기, 홍해가 반으로 갈라졌다는 출애굽기 내용, 태평성대에 얽힌 이야기 등 역사적으로 화제가 되었던 여러 기상 현상을 과학적으로 풀어나가고 있다.

｢강양구의 에너지 톡톡｣, 다음 시간에는 12편 「태양 에너지와 풍력 에너지에 대한 오해​​」에서 태양 에너지와 풍력 에너지에 대해 일반적으로 알려져 있는 정보들이 얼마나 잘못된 것인지 짚고 넘어가도록 하겠습니다.

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강양구 연세 대학교 생물학과를 졸업했다. 1997년 참여연대 과학 기술 민주화를 위한 모임(시민 과학 센터) 결성에 참여했으며, 2003년부터 《프레시안》에서 과학·환경 담당 기자로 일하고 있다. 부안 사태, 경부 고속 철도 천성산 터널 갈등, 대한 적십자사 혈액 비리, 황우석 사태 등에 대한 기사를 썼으며, 특히 황우석 사태 보도로 앰네스티언론상, 녹색언론인상 등을 수상했다. 『세 바퀴로 가는 과학 자전거 1, 2』, 『아톰의 시대에서 코난의 시대로』등을 저술했다.

※ ｢강양구의 에너지 톡톡｣은 다음과 같은 목차로 진행될 예정입니다.

(필자와 당사의 사정에 따라 변경될 수 있습니다.)

1. 석유 가격에 숨겨진 비밀 [바로가기]

2. 석유 시대의 종말?! [바로가기]

3. 여섯 번째 대멸종을 알리는 전주곡 [바로가기]

4. 기후 변화, 그 누구도 부정할 수 없는 현실 [바로가기]

5. 원자력 르네상스는 없다 [바로가기]

6. 원자력 제국의 희생자들 [바로가기]

7. 후쿠시마 사고는 피할 수 없었다 [바로가기]

8. ​방사선 오염 물질을 먹이는 나라 [바로가기]

9. 디젤 자동차의 몰락, 녹색 교통의 시작? [바로가기]

10. 전기 자동차, 또 다른 ‘녹색 거짓말’ 아닐까?​​ [바로가기]

11. 원자력 족의 '미션 임파서블'?!​

​12. 태양 에너지와 풍력 에너지에 대한 오해

13. 똥의 재발견

14. 수소 에너지와 핵융합 에너지의 진실