원전해체 및 안전을 위한 독일 연구소의 성격과 개요

[Jongmin Choi]

원전해체 및 안전을 위한 독일 연구소의 성격과 개요

M. Brandauer, S. Gentes

원전의 해체와 경영을 위한 교수단

건설기술 관리 연구소

칼스루에 공과대학

개요. 독일원자력의 단계적 폐지를 이해하기 위해서 독일 원자력의 역사를 간략히 살펴본다. 체르노빌 이후의 독일 반핵운동을 이해함으로써 독일의 단계적 폐지를 더욱 잘 이해할 수 있을 것이다. 동시에 KIT와 같은 독일의 매우 강대하고 유명한 연구소를 살펴볼 것이다. 연구소를 소개할 때 해체와 핵 잔존물의 안전한 저장 등 정부의 정책결정에 채택되는 주요 연구 사안들도 함께 살펴볼 것이다. 뒷부분에서는 현재 독일에 있는 연구와 해체의 현장들에 대한 개요를 살펴 볼 수 있는 정보가 제공될 것이다.

1.독일 원자력 역사와 최종적인 단계적 폐지

독일에서 최초로 핵분열이 발견된 것은 1938년이지만 독일의 핵에너지 역사는 1957년 뮌헨에서 최초의 연구용 원자로가 지어진 50년대 중반부터 시작된다. 60년대에 독일 원자력법으로 법적 기초가 마련되었는데 이는 핵시설과 관련된 것이라면 목적과 규칙 등의 법률과 표준이 된다. 바로 직후에 칼스루에와 쮜리히에 연구시설이 생겼으며 이어서 최초의 독일 원전인 그룬더밍겐 1호기가 1966년 가동되었다. 이때부터 아래 도표에서처럼 많은 원전들이 가동되기 시작했다.

도표1. 년도별 핵발전소 숫자

독일에서 최초의 대규모 반핵운동은 1970년대 초에 시작되었으며 이후 70년대 말까지 더욱 격렬해져 갔다. 쓰리마일 섬의 사고와 70년대 말부터 80년대 초에 다시 시작된 핵무기 경쟁은 독일에서의 반핵운동을 더욱 강화시켰으며 결국 독일 녹색당을 탄생시켰다. 1986년 체르노빌 사고로 반핵시위대와 서독 경찰의 충돌은 흔한 장면이 되었다. 이는 결국 집권당의 약화와 녹색당의 영향력 증대를 가져왔다. 그럼에도 불구하고 새로운 핵발전소의 건설은 계속되었으며 체르노빌 사고 이후에도 6기의 핵발전소가 건설되었으며 마지막으로 1989년 넥카베스타임2호기가 세워졌다. 그림1에서 보여주듯이 1989년에서 1990년까지 원자로 숫자가 감소한 것은 1989년 독일의 통일 때문이었다. 이전에 동독에 세워졌던 발전소는 대부분 서독의 기준에 미치지 못하였으므로 1990년 가동에서 제외되었다.

독일 에너지시장의 민영화조치에 따라 모든 핵발전소는 E.ON, EnBW, RWE, 그리고 베텐폴(스웨덴 전력공사) 등 민간부분으로 이전되었다. 이것은 원자로의 안전, 해체와 폐기물처리 등 발전소의 모든 책임이 새로운 소유주에게 있음을 의미하는 것이었다. 독일 녹색당은 새로이 획득한 힘을 기반으로 사회민주당과 연합함으로써 1998년 정권을 획득하였다. 2000년, 이 연합정부는 독일에서 핵발전소의 이용을 종료하기로 결정을 내린 후 핵발전소의 소유주들과 함께 이른바 “핵 합의”라 불리는 결정을 내렸다. 그 내용은 더 이상 독일에서 법적으로 핵발전소가 건립될 수 없으며 현존하는 발전소는 수명이 다 할 때까지 생산할 수 있는 남은 에너지가 미리 정해져야 한다는 것이었다. 그러나 전력회사는 남은 에너지를 발전소 사이에 서로 이전할 수 있으며 연방정부는 이제 더 이상 발전소의 운영에 간섭하지 않는다는 보장을 받았다. 이 합의는 법으로 정해졌으며 2002년부터 효력을 발휘하는 “핵 퇴출 법”이라 불리어졌다. 이로써 핵에너지의 단계적 철폐가 조인되었으며 최후로 폐지되는 핵발전소는 남은 에너지의 이전으로 2021년으로 예정되게 되었다.

그러나 2005년 집권당의 교체와 대체에너지 (대부분 자연 재생에너지)의 문제점으로 핵발전소의 소유주들과 새로운 협상이 있었다. 그 결과 2010년, 새로운 집권 연방정부는 단계적 철폐계획을 바꾸어 남은 17기의 발전소의 수명을 연장하여 가동하기로 결정을 내렸다. 1980년 이전에 세워진 발전소는 8년 연장하며 1980년 이후에 세워진 10개의 발전소는 14년까지 연장한다는 계획이었다. 대신, 전력회사는 새로이 투입되는 연료에 높은 세금을 물기로 하였으며 이것은 2011년부터 발효되었다. 이러한 변경은 매우 중요한데 그 이유는 전력회사들이 높은 세금을 회피하기 위하여 2011년 이전에 엄청난 연료를 재 저장하였기 때문이다. 이러한 결정을 고려하여 마지막 가동되는 발전소는 2036년까지로 연장되었다.

최종적인 변경은 2011년 3월 11일 후쿠시마 다이치 원전사고 때문이었다. 사고 직후 며칠간 매우 격렬한 대규모 항의시위가 발생하였다. 이에 따라 메르켈 연방정부는 가장 오래된 7개의 핵발전소를 정지하였으며 3개월의 가동중단을 선언했다. 거센 여론과 그 해 많은 주의 선거와 윤리위원회의 권고에 직면하여 2011년 6월 6일 정부는 2010년의 결정을 다시 바꾸었다. 7개의 원전과 잠정 정지 상태에 있던 크루메 발전소는 즉각 가동 면허를 잃게 되었다. 남은 9개의 발전소는 마지막 가동날짜를 받게 된 반면(도표2), 최종 가동중단은 2022년으로 법제화되었다.

이런 일련의 조치로 독일은 지금 매우 어려운 상황에 처해지게 되었다. 수명연장과 함께 계획되었던 연료세로 인하여 2011년에 가동 중단된 대부분의 발전소들의 노심에 상당한 양의 연료봉을 두었다. 2개월의 매우 짧은 연소기간으로 봉의 냉각기간이 상당히 오래 지속되는 것이다. 이것이 의미하는 바는, 이러한 시설들이 실질적 해체로 들어가기 전에 5년이라는 매우 장기간의 전환국면이 필요하다는 것이다. 두 가지의 가능한 해체전략을 고려해볼 때(매립은 법적으로 허용되지 않으므로) 대부분의 전력회사들은 안전하게 봉하는 방법보다는 즉각적인 해체를 현재 고려하고 있다. 이러한 이유로 매우 많은 시설들이 동시에 해체에 직면하였고 내년에는 그 숫자가 더욱 불어나게 되어 이러한 도전적 상황을 타개하기 위한 장비와 인력의 공급을 어렵게 한다. 이 상황에서 또 다른 병목현상은 필요한 해체허가증을 발급하는 주정부와 연방정부의 관계당국이다. 이것은 매우 복잡하고 시간이 걸리는 과정으로서 해체를 더욱 더디게 만든다.

도표2. 2011년에 가동 정지하는 핵발전소와 나머지 2022년까지의 가동 정지계획

이것은 17기의 상업용 원전이 10년 내로 가동 중단되어야 하는 것을 분명히 보여준다. 오염물질제거와 시설물의 철거를 위한 기술은 어느 정도 되어있지만 이 방면에서 해야 할 것은 아직 많이 남아있다<참고1>

2. 칼스루에 공과대학

칼스루에 공과대학은(KIT) 대규모 연구기관인 헬름홀츠협회와 바덴뷔르템베르크 주립대학의 합병으로 2009년 우수독일 주도 프로그램의 일환으로 설립되었다. 둘 다 매우 오랜 역사를 가지고 있으며 전통적으로 친밀하게 공조해왔다. 칼스루에 대학은 1825년 기술 전문 공대로 설립 되었으며 자연과학, 엔지니어링, 경제학, 사회과학, 인류학 등 11개 분야로 발전해왔다. 칼스루에 연구센터는 1956년 원자로 건설 및 운영회사로 설립되었으며 이후 헬름홀츠 협회의 종합적인 대규모 연구센터로 방향을 바꾸었다. 이 협회는 11개의 과학적 기술적 프로그램 하에 연구를 수행한다. 오늘날 KIT의 구조는 3개의 주요 목적으로 특화되어 있다: 연구, 교육, 그리고 혁신이다.

그림2. KIT의 조직과 주요 목적

이 합병으로 KIT는 독일에서 가장 큰 교육과 기술기관의 하나가 되었다. KIT에는 9400명의 종업원, 346명의 교수, 24500명 이상의 학생이 있으며 일 년 예산은 7억 9500만 유로에 이른다. <참고2>

KIT는 탄탄한 핵 역사와 함께 몇 개의 원자로(FR2, MZFR, 그리고 KNK1,2호)를 보유하고 있으며 재처리 발전소, 방사성물질 차폐구역(HZ)과 유리 고화공장을 부지 내에 보유하고 있다. 1996년 안전 봉합된 FR2를 제외한 이 모든 시설들은 WAK GmbH에 의하여 현재 해체가 진행 중이다. 이에 상당한 해체기술이 KIT에 축적되어 있으며, 최초의 독일 핵시설 처리부문의 탄생을 이끌었다.

3.핵시설의 해체를 위한 기술과 경영 그리고 연구 분야

원전의 해체와 경영을 위한 교수단(TMRK)이 2008년 6월 KIT내에 설립되었다. TMRK는 이 분야 최초의 교수단으로서 건설기술 관리연구소(TMB)와 합쳐졌다. TMRK는 공학박사인 사샤 겐테스 교수가 이끌고 있으며 원전해체를 위한 교육과정을 개설하는 것을 주목적으로 하는 교육과 연구기관으로 스스로를 규정한다. 더 나아가서, 원전해체를 위한 창조적인 팀 구성, 기술의 증진과 새로운 기술개발, 시범(실험)작업 수행 등에 주력하고 있다. 해체연구는 주로 기술과 방법, 승인절차와 관리방법에 초점을 둔다. TMRK의 연구 분야는 다음과 같다.

가. 표면의 오염제거

현재 오염제거에 사용되는 방법은 주로 손으로 잡는 장치를 사용한다. 따라서 스텝들을 지치게 할 뿐 아니라 방사능에 오래 노출케 한다. 제거율, 원격조종, 2차 폐기물, 자동화 등 전반적인 면에서 발전과 최적화의 잠재력이 있다 <참고3>. 이러한 요구조건들은 특정된 연구프로젝트에서 다루어지고 최적화된다. 새롭게 개발된 모든 장치들은 TMRK내에 있는 6헥타르의 시험장에서 실물크기로 시험할 수 있다.

핵시설내의 방의 높이로 인하여 보조 장치 없이는 오염물에 닿지 못할 수도 있다. 따라서 보통 많은 시간이 소요되는 비계가 필요하게 된다. 이러한 번거로움을 피하기 위하여 스텝들의 수를 줄이고 제거율을 높이는 동시에 이런 닿기 어려운 부분에 쉽게 도달할 수 있는 특별한 지지 시스템이 개발되었다. 이런 목적으로 과거부터 진행되어왔던 프로젝트가 “오염제거를 위한 자동조절기”(AMANDA)<참고4> 와 “레이저 제거기”(MANOLA)이다. 둘 다 진공흡입장치를 이용하여 올라가는 로봇으로서 밀링이나 레이저 기술을 사용하여 표면의 오염을 제거한다.

나. 대량의 철근 콘크리트 구조물 해체

또 다른 중요한 부분은 철근 콘크리트 구조물의 해체 방법을 개선하는 것이다. 이미 콘크리트 구조물을 부수거나 철근을 해체하는데 사용하는 장비는 있다. 그러나 두 작업을 한꺼번에 수행할 수 있는 장비는 아직 없으며 현재로서는 많은 시간이 소요되는 장비를 교체하는 방법뿐이다. 30mm깊이로 구조물의 오염을 하나의 작동으로 제거하기 위해서 새로운 프로젝트가 TMRK에서 수행되고 있다. “철근 콘크리트 구성물의 혁신적인 제거”라고 명명된 이것은 헤렌크나흐트 회사와 긴밀한 공조아래 수행되었다. 게다가 절삭된 폐기물을 바로 흡입, 운반, 패키지 하는 것도 가능하게 된다. 진동 원판을 사용하여 절삭함으로써 재래의 방법보다 힘이 훨씬 덜 들고 철근 없는 콘크리트 철거작업에 높은 실적을 나타낸다.

다. 폐기물 처리 기술들

핵 시설물을 철거하는 과정에서 많은 양의 폐기물이 관리되고 처분되어야 한다. 핵폐기물 처리에 드는 고 비용 때문에 가능한 한 많이 폐기물을 줄이려는 노력을 하고 있으며 따라서 매우 중요한 연구 분야이다. TMRK의 프로젝트 중 하나는 원자력 압력용기와 그 내장된 구성요소의 절단과 관련 있으며 물을 사용하여 현탁액을 연마제로 절단하는 기술이다. 이것은 원격조종장치를 사용하여 물에 잠긴 부분을 절단하는데 적합한 기술이다. 이것은 부위가 매우 복잡하고 협소해서 소재절단을 위해 장비가 직접 접촉이 안 되어 힘을 다시 세팅하지 못해 소재에 불균형적인 인장을 가하게 하는 부위에 또한 적용이 가능하다. 이 기술의 유일한 큰 결점은 증가된 연마제로 인하여 2차 폐기물이 많이 발생한다는 것이다.

이 폐기물 처리 프로젝트를 통하여, 2차 폐기물을 없애기 위해 새로운 처리 기술이 개발 중이다. 사용된 연마제와 방사능 금속의 혼합물을, 새롭게 개발된 분리 시스템 방법을 사용하면 첫 번째 단계에서 오염물을 획기적으로 줄이며 분리 할 수 있다. 남아있는 방사능 폐기물은 소위 KONRAD 컨테이너라고 부르는 용기 속에서 절단물을 안정화 시키고 차폐시키는데 사용되는 콘크리트의 일부로 나중에 두 번째 단계에서 순차적으로 처리된다.

그림7. 현탁액 폐기물처리 프로젝트

라. 해체 이후의 영향과 결과

핵에너지를 철폐하기로 한 독일의 결정은 앞으로 20년 동안 독일을 매우 바쁘게 할 것이다.

뿐만 아니라, 핵발전소를 무대로 일하는 활동적인 기업들, 그 고용자들, 그리고 지자체들은 핵발전소가 가동되지 않는 이후 상황에 잘 대처할 수 있도록 미리 준비 하여야 한다. TMRK에서 하고 있는 어떤 기술과 경영 연구 프로젝트의 목적은 핵 시설 해체의 기술적, 경제적, 사회적, 정치적 결과를 지역적, 지방적 차원으로 투자하는 것이다. 이 프로젝트로, 지방의 인구와 산업을 위하여 핵발전소 해체의 경제적, 사회적 결과를 예측할 수 있는 미래의 해체를 위한 모델이 개발되어야 한다.

마. 핵 시설 해체 관련 교육

해체와 철거에 주안점을 둔 강의코스가 독일의 학생들을 위하여 교수단과 함께 창조되어 왔다. 강의는 연구소 자체의 기술과 다양한 회사의 초청연사인 외부강사로 구성된다. 특히 오염제거, 철거, 관리방법, 폐기물관리, 새로운 기술의 발전 등의 주제에 우선권이 주어진다. 강의는 서로 다른 분야의 연구들 - 예를 들면 문화적, 기계적 그리고 산업적인 공학기술-을 위하여 설계되어 있다. 과학과 실용공학이 연결되면 현재 진행되고 있는 해체와 철거의 경험을 전달하며, 지식을 학생들에게 전하고, 취업전망을 보여준다.

. 핵발전소의 입문기초와 현 독일의 핵에너지 상황

. 방사능, 방사선 방호와 측정기술

. 승인절차와 계획

. 핵발전소 해체원리와 관리개념

. 독일의 현재 진행중인 D&D 프로젝트의 예 (Demolition & Decommission의 약자 인 듯_번역자)

. 철거와 해체기술

. 오염제거와 표면처리기술

. 폐기물 관리

. 원자로 사고와 결과( 체르노빌, 후쿠시마)

. 가동중인 발전소 해체중인 발전소 등 서로 다른 핵발전소 견학

이러한 강의와 더불어 학생들은 유일무이한 독특한 트레이닝의 혜택을 누린다. 게다가 KIT에 있는 아레바 핵 직업학교에서 더욱 심화된 코스가 제공된다. 이는 지식을 늘리기를 원하는 전문직종자를 대상으로 한다. 이 연례행사는 5일간의 코스로 진행된다. 게다가, 현재 진행되고 있는 연구 프로젝트에 포함된 박사 10명이 지도받고 있다.

4. 독일 핵 해체분야에서 현재 이루어지고 있는 다른 활동들

핵시설의 해체와 처리의 법적인 책임이 독일의 전력회사에 있기 때문에 대부분의 전력회사들은 자신들의 핵시설의 해체를 위해 자체의 유능한 해체 팀을 설립했다. 그래서 그들은 대부분의 조정과 인허가업무를 넘겨받는데, 특정 현장별로 구성된 소규모 팀 단위로 처리한다. 이러한 활동들은 매우 다양한 큰 회사들로부터 지원을 받는데, AMNT(매년 열림)<참고6>와 같은 국회 회의에서 그런 회사를 만날 수 있다. 그리고 그 회의는 주로 CONTEC (2년마다 열림,다음회의는 2015년 3월에 있음)의 해체에 초점을 둔다<참고7>.

나아가서, IAEA가 정기적으로 조직하는 워크샾과 같이 해체기술과 작업의 부문에서 배경을 쌓을 수 있는 많은 워크샾을 독일 시장에서 이용할 수 있다. 민간이 조직한 회의와 교과과정을 찾을 수도 있는데 주 정부 소유의 연구시설의 해체를 다루며 주정부가 출연한 회사인 “Energie-werke Nord GmbH”, 독립된 감리회사이자 기술제공자로서 세계적 활동을 펼치는 “TuV Nord”, 아아첸의 민간 훈련기관인 “AiNT”, AREVA GmbH 회사와 KIT(TMRK포함)에 의하여 조직된 전문직종자를 위한 훈련과 교육기관인 “AREVA 핵 직업학교”가 있다.

연구소와 대학에서 현재 진행되고 있는 핵 해체 연구는 독일 연방정부의 교육 연구부(BMBH)에서 주로 재정지원을 받는다. 연방 정부에서 나오는 이 기금의 조정은 KIT내의 칼스루에에 있는 칼스루에 독립 프로젝트 관리 에이전시가 한다. 독일의 모든 대학과 연구기관은 이 에이전시에 연구 프로젝트를 신청할 수 있는데 보통 핵 해체분야에서 잘 알려진 기업체와 공조하여 수행한다. 이 에이전시는 현재 독일에서 진행중인 모든 프로젝트에 관하여 6개월마다 리포트를 출간한다. 완료된 것과 현재 재정 지원을 받고 있는 진행중인 리스트를 훑어봄으로써<참고8>, 현재 진행중인 연구를 포함된 실체를 개관할 수 있다. <참고8에 있는 링크>

독일의 모든 핵시설(주와 민간소유)과 진행되고 있거나 완료된 해체 프로젝트를 잘 살펴볼 수 있는 매우 흥미로운 책이 S. Therfeldt et al 박사에 의한 논평이다. 그의 책은 독일 연방정부의 교육 연구부의 자금으로 출간되었으며 따라서 <참고9>에 있는 링크에서 무료로 다운로드 받을 수 있다.

5. 참고

영문번역 : 이완식 <lws8898@hanmail.net>