에너지의 불편한 미래 - 라스 쉐르니카우 I - I

 

 

중동에 위치한 이란에서 대규모 석유가 발견되기 이전, 세계 최초의 상업적 석유 개발은 1859년 미국 펜실베이니아주 타이터스빌Titusville에서 시작되어 오하이오, 텍사스, 그리고 캘리포니아로 확장되었다. 기록으로는 고대 바빌로니아나 페르시아 지역에서 석유를 건축 자재나 방수제로 사용했으며, 에드윈 드레이크Edwin L. Drake가 석유 시추에 성공하기 전까지 석유는 “더럽고 쓸모없는 물질”로 여겼다. 대중을 흥분과 탐욕으로 물들인 오일 러시Oil Rush 이후 존 D. 록펠러가 Standard Oil Company를 설립하여 미국 내 석유 정제 및 유통을 거의 독점했는데, 1911년 미국 대법원에 의해 반독점법 판결로 Standard Oil이 해체되어 분사한 기업들의 다수가 20세기 중반까지 전 세계 석유 시장을 지배했던 7개의 서방 석유 회사들에 속한다. 말년에 베푼 자선으로 기부왕Father of Philanthropy으로 불리는 록펠러는 당시 미국의 독점 자본가들에게 붙여진 경멸적 표현 ‘로버 배런’Robber Baron으로 불리기도 했다. ‘칠공주’The Seven Sisters는 1950년대 이탈리아 국영 석유기업 ENI의 대표였던 엔리코 마테이가 처음 사용한 것으로, 당시 서구 제국주의 국가들에 속하는 영국, 미국, 그리고 네덜란드가 20세기 초부터 1970대까지 전세계의 석유를 거의 독점하다시피 관리했던 상황을 비판적인 어조로 바꿔 사용한 것이 계기였다. 당시 이들은 겉으로는 경쟁하는 것처럼 보였으나 실제로는 담합하여 가격, 유통, 그리고 생산량을 조절했으며, 이런 독점에 대한 반발로 1960년 OPEC이 창설되었다. 

 

1. Anglo-Iranian Oil Company (영국 British Petroleum에 의해 1908년 마스제드술레이만 유전 발견)
2. Gulf Oil (1901년 텍사스에서 시작, 1984년 Chevron에 합병, 이후 베네수엘라, 쿠웨이트로 확장)
3. Royal Dutch Shell (원형은 1890년대 네덜란드와 영국이 인도네시아, 루마니아, 이란, 나이지리아로 확장, 1907년 합병)
4. Standard Oil of California (1906년 지금의 Chevron가 캘리포니아에서 시작, 사우디아라비아로 확장) 
5. Standard Oil of New Jersey (1882년 지금의 ExxonMobil 뉴저지에서 시작, 베네수엘라, 중동 전역)
6. Standard Oil of New York (1911년 미국 지금의 ExxonMobil 뉴욕에서 시작, 중국, 필리핀, 인도네시아로 확장)

7. Texaco (1902년 텍사스에서 시작, 2001년 Chevron에 합병, 이후 베네수엘라, 사우디아라비아로 확장)

 

세계 최대 수준의 석유 매장량을 가진 베네수엘라의 경우, 초기 미국(Esso, Gulf, Texaco), 영국, 네덜란드(Royal Dutch Shell) 등의 외국 자본이 독점적으로 개발을 시작했고, 1976년 석유 산업을 국유화한 후 중동의 주요 산유국들이 모여 만든 석유수출국기구OPEC가 석유 무기화를 선언하자 원유 가격이 배럴당 3달러에서 12달러 이상 상승하여 국가 수입이 급증하였다. 1973년 10월 당시 미국과 서방이 욤키푸르 전쟁(이스라엘 vs 이집트·시리아)에서 이스라엘을 지원하는데, 이것에 반발한 중동 산유국가들이 1차 오일쇼크를 불러 전 세계적인 경제 침체와 물가 상승 또한 초래한 것이였다. 하지만 정부 예산이 석유 수입에 과도하게 (최대 90% 이상) 의존하는 상황에서 정치 불안과 독재화로 인한 국제 제재Economic Sanctions를 견디지 못한 베네수엘라는 생산량 급감과 노후화된 정유시설 파괴로 현재까지 혼란을 겪고 있다. 그 후 1979년 이란 혁명으로 인해 이란의 석유 생산이 급감하자 세계는 제 2차 오일쇼크를 겪는데, 원유 가격은 배럴당 15달러에서 39달러로 폭등해 세계는 또 한번 경제 불황과 인프레이션 심화를 겪게된다. 

 

 

 

그럼 자연에서 얻을 수 있는 지속 가능하고 재생 가능한 태양, 풍력, 수력, 지열, 해양, 바이오 등에서 에너지를 대량으로 만들어 저장해 놓으면 해결되지 않을까? 리튬이온이나 수소 같은 경우, 저장은 그리 간단하지 않다. 전기·전자 엔지니어 확보와 화학·재료공학자 같은 전문 인력이 있어야 하는 것은 물론, 안전한 장소를 물색해 설계하고 시스템 연계와 유지보수까지 하는데에는 상당한 시간과 비용이 들기 때문이다. 또한 양수 발전이나 태양발전으로 전기를 과다 생산하게 되면 우리의 생각과는 달리 전력 시스템에 과잉 문제를 일으킬 수도 있다. 전기는 저장이 어렵고 수요와 공급이 실시간으로 맞물려야 전압·주파수가 정상적으로 작동하고 과잉공급에 따른 설비 손상이나 대규모 정전으로 이어지지 않는다. 따라서 수요보다 공급이 너무 많으면 전기를 버려야 하는 상황이 발생하는데, 간혹 전기 소비를 권장하는 경우가 발생하기도 한다. 바람이나 태양이 강한 날이면 재생에너지 발전량이 급증하여 수요가 소비를 넘어서기 때문이다. 또한 원자력, 석탄, 가스같은 경우 우리가 원하는 시간에 쉽게 껐다가 다시 켤 수 있는 시설이 절대 아니다. 결국 AI 발전에 따라 고성능 기계들이 한순간에 소모하는 에너지 수요를 지속적이고 안정적으로 공급하는 에너지원이 필요한데, 그렇다면 과연 우리는 앞으로 무엇을 준비해야할지를 진지히 고민해 보아야 한다. 

 

“2019년에 전 세계에서 석탄, 가스 및 석유로부터 설치된 전력 용량은 전체 설치 용량의 57%에 달했다. 이 용량은 전 세계 전력의 약 62%를 생성하였다. 2020년에 석유, 석탄 및 가스 공급 및 발전에 대한 전 세계 투자는 약 7,000억 달러였으며, 그 가운데 약 1,000억 달러가 화석연료 발전에 투자되었다.”

 

°o° 2023 AI·데이터센터 전력 소비량 ≈ 약 460 TWh,전체 하루 석유생산량의 0.74%
°o° 2024 AI·데이터센터 전력 소비량 ≈ 약 600 TWh,전체 하루 석유생산량의 0.96%
°o° 2025 AI·데이터센터 전력 소비량 ≈ 약 774 TWh, 전체 하루 석유생산량의 1.25%
°o° 2026 AI·데이터센터 전력 소비량 ≈ 약 1000 TWh, 전체 하루 석유생산량의 1.61%

 

“에너지에 대한 안정적이고 경제적인 접근은 결코 정치적이어서는 안 된다. 유감스럽게도, 정치적 스펙트럼의 양쪽에서도 에너지가 정치적 목적을 위해 남용되어 왔다. 좋은 에너지 믹스를 유지하고, 의존성을 줄이고, 경제성과 신뢰성을 보장하고, 환경 발자국을 제한하는 것은 물론 모든 정부의 관심사이다. 불행히도 역사는 정반대의 사례로 가득 차 있다. 2022년 우크라이나 분쟁은 에너지와 정치가 얼마나 얽혀 있는지 보여준다. 그로 인해 상황이 악화되고 전 세계가 에너지 기아로 가는 과정이 가속화되었다는 점을 기억해야 한다.” 

 

2000년 대 초부터 독일은 ‘에너지 전환 정책’Energiewende을 펼쳤는데, 2024년 독일의 재생에너지 비중은 54.4% 정도였다. 하지만 겨울철 태양·풍력 생산 감소와 러시아 가스 의존 축소 이후 전기요금이 가파르게 상승하며 제조업 피해가 확산되었다. 결국 2025년 1월 1일부로 종료된 러시아 가스 수송 계약을 시작으로 재생에너지 의존도가 49.5%로 감소되고 화석 연료는 19%이상 상승한 50.5% 높아지는 결과를 초래했다. 이에 독일정부가 나서 철강과 화학 산업들에 전기요금 지원과 에너지 가격 안정 정책을 펼치기에 이르렀다. 매한가지 입장인 유럽연합 국가들 또한  2028년 1월 1일부로 모든 단기·장기 계약들이 종료될 것이여서, 다각적인 전략을 추진하려는 움직임이 여러곳에서 감지되고 있다. 가령 미국이나 카타르, 그리고 나이지리아와의 LNG 수입 확대나 가스 저장소 확보 및 대체 인프라 투자를 서두르고 있는 것이다. 여기에 포함 되는 열강들의 전략적 아젠다가 바로 북극항로와 북극해 북동항로 개발을 통한 천연자원 획득이다. 미국 지질조사국 보고서에 따르면 북극 지역에는 탐사되지 않은 전 세계 석유·가스 매장량의 약 22%가 있을 것으로 추정하며, 그 외 희귀금속과 광물도 풍부할 것이라 추측하고 있다. 한편 1973년 오일소크를 계기로 에너지 안보 위협을 느낀 프랑스는 대규모 ‘원자력 발전 프로그램’Messmer Plan을 가동하여 현재는 국가전력의 약 70%를 원자력으로 공급하는 국가로 변모했다.  

 

 

그럼 전쟁 발생시 에너지 쇼크가 오면 우리에게는 무슨 일이 발생하는가? 

물가 상승 → 생산비용 상승 + 이익 감소 → 소비자 가격 상승 → 지출 여력 감소 → 소비 위축 + 투자 축소 → 경기 침체 + 물가 상승 → 스태그플레이션

 

이스라엘과 분쟁 중인 이란의 경우 핵확산금지조약(NPT)의 회원국으로 “우라늄 농축은 원자력 발전을 위한 평화적 목적”이라 주장하며 민간용 핵개발 권리를 호소하는데, 이스라엘이나 미국의 입장에선 이란의 핵무기 개발 가능성에 대해 강하게 경계하며 중동의 안보 균형을 반대의견으로 내세우고 있다. 핵 보유국으로는 미국, 러시아, 영국, 프랑스, 중국이 있지만 NPT에 서명하지 않았거나 탈퇴한 국가로는 인도, 파키스탄, 이스라엘, 북한, 남수단이 있다. 일단 핵실험을 수행한 인도, 파키스탄, 그리고 북한은 핵보유국으로 볼 수 있는데, 이스라엘의 경우 핵 보유를 추정하고 있지만 공식 석상에서는 이를 부인하고 있다. 얼마전 5월초 인도와 파키스탄의 군사 충돌이 발생하자 전 세계가 그들의 행보를 유심히 관찰했던 이유도 두 국가 모두 핵 보유국이기 때문이다. 핵발전용 연료를 얻기 위해서는 3~5% 저농축 우라늄이 필요한데, 핵무기에 사용되는 군사적 용도에는 일반적으로 90% 이상의 농축이 필요하다. 우라늄 농축을 하려면 원심분리기Centrifuge가 필요한데, 이것은 일반연구실에서 사용하는 원심분리기와 같은 원리다. 전문가들이 걱정하는 ‘전술핵’Tactical Nuclear Weapons이란 전장에서 군사 작전용, 정치적·전략적 목적을 달성하기 위해 사용하는 소형 핵무기이다. 전술핵은 비교적 작은 폭발력으로 항공모함, 적의 전진 기지, 혹은 요충지 타격을 위함인데, 보복으로 전략핵 전면전으로 확대되거나 도시나 국가 전면 타격용인 ‘전략핵’Straegic으로 번질 수 있어 매우 위험하다. 독재국가들의 ICBM개발에 전세계 관심이 쏠리는 이유도 장거리 타격이 가능한 전략핵 사용가능성의 길이 활짝 열리기 때문이다. 고농축우라늄HEU 1kg 생산 총비용은 대략 100만불이며, 초기 개발시 실패 가능성은 높으나 충분한 자원과 기술을 보유한 경우 성공할 확률이 높아진다. 전술핵의 경우 10~15kg가 핵탄두에 사용되고, 미사일 같은 운반체와 합쳐져 실전적 무기가 된다. 

 

⁋ 천연 우라늄에는 우라늄-235 비율이 0.72%에 불과하다. 농축 우라늄이란 우라늄-238의 비율을 줄이고 우라늄-235의 비율을 높인 우라늄이다. 핵무기는 우라늄-235가 90% 이상 고농도 농축되어 있는 반면, 원자로는 우라늄-235가 3~5%만 농축되어 있으며 핵분열 연쇄반응을 자유롭게 조절할 수 있다. 핵무기는 순도가 높은 고농축우라늄, 즉 우라늄-235 비율이 20%가 넘어야 핵분열 연쇄반응을 일으킬 수 있다. 따라서 고농축 우라늄 원자로 기술로 핵무기를 생산할 수 있다. 농축기법들로는 기체확산법, 기체원심분리법, 레이저법, 플라즈마 분리법, 노즐분리법 등이 있다. 육불화우라늄을 용기에 넣고 돌리는 원심분리기가 대표적인 우라늄 고농축법에 속한다. 인공원소 플루토늄을 생산하기 위해서는 원자로에서 다 쓴 핵연료로부터 Pu-239을 분리해야 하지만, 고농축우라늄은 비교적 작은 공간에서 은밀하게 원심분리기를 통해 만들 수 있다. 하지만 고농축우라늄 경우 핵무기 하나를 만들기 위해 1000~2000개의 원심분리기가 1년간 가동되어야 한다. 나가시키에 사용된 ‘내폭형’ 핵무기 ‘리틀 보이’Little Boy가 플루토늄이고, 히로시마에 사용된 ‘포신형’ 핵무기 ‘팻 맨’Fat Man이이 농축 우라늄이다. 

 

발전용 원자로의 종류 및 주요 특성, 원자력재료종합정보시스템