2024-08-15
한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina
2024년 6월 10일, Microsoft 창립자 Bill Gates가 투자한 원자력 에너지 회사인 TerraPower는 차세대(차세대, "4세대"라고도 함) 원자력 발전소인 나트륨 원자로의 비용이 최대 40억 달러에 달한다고 발표했습니다. 와이오밍주 케머러(Kemmerer)에서 침입. 이 프로젝트는 전력망이 필요할 때 출력을 500MW까지 늘릴 수 있는 용융염 에너지 저장 시스템을 갖춘 345MW급 나트륨 냉각식 고속 원자로로, 2030년 가동될 예정이다.
빌 게이츠는 2006년 설립된 테라파워(TerraPower)가 2021년 버핏의 버크셔 해서웨이 자회사인 퍼시픽파워컴퍼니(Pacific Power Company)와 협력해 '4세대' 나트륨 냉각식 고속 중성자 원자로(SFR) 개발을 지속할 예정이다. 2035년에는 5기의 신규 원전 적용을 실현할 예정이다. 에너지 효율이 크게 향상되면 생산, 생활 방식 및 문명이 크게 향상될 것입니다.
물을 감속재와 열전달 매체로 사용하는 3세대 원자력의 '경수로'와 달리 4세대 원자력으로 알려진 나트륨은 액체금속나트륨을 작동유체로 사용한다. 오늘날의 일반적인 가압경수로(PWR)는 150기압에서 기화 없이 325°C에서 열교환을 달성할 수 있습니다. 금속나트륨의 끓는점은 883°C이므로 '나노냉각 원자로'는 가압 없이 원자로의 작동 온도를 550°C까지 높일 수 있다. 금속나트륨의 열전도율은 물의 50배로, 앞서 언급한 작동온도가 더 높은 점을 고려하여 '원자력규제위원회(NRC)'에서는 액체금속나트륨의 열교환 효율이 물의 100배라고 평가하고 있다. 작업 효율은 3세대보다 높습니다. 원자력은 훨씬 높습니다.
'경수로'(비등수형 원자로, 가압수형 원자로 포함)는 천연 우라늄의 약 0.72%를 차지하는 우라늄 235만 사용할 수 있지만, 천연 우라늄의 99.28%를 차지하는 우라늄 238은 사용할 수 없다. 따라서 핵연료봉을 폐기한 후에도 핵폐기물의 잔류 방사선량은 여전히 매우 높으며, 핵분열 반응 후의 생성물 역시 악티늄족 원소 등 활용이 어려운 중원소를 다량 함유하고 있으며, 방사능 위험이 크다. 핵폐기물 처리와 보존, 보안이 전 세계적으로 문제가 되고 있다.
'4세대' 고속 중성자로는 천연 우라늄에 매우 풍부한 우라늄-238을 사용하여 막대한 핵 물질 낭비를 피할 수 있습니다. 그리고 고속 중성자 원자로에서 우라늄-238은 빠른 중성자를 포획하고 두 번의 베타 붕괴를 거쳐 플루토늄-239를 형성하는데, 이는 '방사성 동위원소 열전 기계'의 에너지원 역할을 하며 우주선을 운전하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 "물고기 한 마리, 두 마리"의 특성을 핵물리학에서는 "번식"이라고 부르며, 따라서 고속 중성자 원자로를 "고속 중성자 증식 원자로"라고도 합니다.
효율성이 높을수록 더 많은 이익을 얻을 수 있습니다. 누가 이런 좋은 것을 원하지 않겠습니까? 고속중성자로는 새로운 개념이 아니다. 이미 1951년 인류 역사상 최초로 실제로 전기를 생산한 원자력발전소인 '실험증식로 1호'(EBR-1)는 고속중성자로의 원리를 활용했다. 냉각수는 액체 나트륨-칼륨 합금입니다.
그러나 이론은 매우 진보했지만 응용이 따라가지 못하는 경우가 많다. 과학은 아주 완벽하지만 기술이 현실화되기는 어렵다. 이는 순수과학을 응용기술로 전환시키는 과정에서 불가피한 일이다. 수십 년, 심지어 몇 세대가 걸립니다. 초기 액체금속 고속 증식 원자로는 액체금속 나트륨이 용기와 파이프에 미치는 부식 효과를 극복할 수 없었습니다.
금속 나트륨은 반응성이 매우 커서 공기에 노출되면 심하게 산화되며 물에 노출되면 폭발할 수도 있습니다. 따라서 산업용으로 사용하려면 나트륨을 등유에 담가서 보관해야 합니다.
역사적으로 대부분의 액체금속 고속증식로들은 잘 끝나지 않았다. 1986년 일본에서 건설된 '몬주' 원자로는 1995년 냉각계통에 균열이 발생해 640kg의 나트륨 증기가 누출돼 화재가 발생했다. 계속해서 오작동이 일어나자 동란그룹 사무부 차장이 사과를 하기 위해 건물에서 뛰어내려 자살했지만 상황을 살리지 못하고 2010년 결국 원자로를 폐쇄했다. 1976년 프랑스에서 건설된 Superphenix는 한때 세계 최대의 증식 원자로였으며 액체 질소 냉각 시스템의 부식과 누출을 경험하여 여러 가지 문제로 인해 결국 폐쇄되었습니다.
현재 전 세계에서 가동 중인 '나트륨냉각원자로'는 러시아의 BN600과 BN800 뿐이다. 구소련 해군의 과학기술 대약진으로 인해 705형 핵잠수함에 '나트륨냉각원자로'를 사용하여 핵사고가 잦아졌다. K-64정과 K-123정 모두 대형 핵사고가 발생했다. 나트륨 냉각수 파이프라인 고장. 기술적으로 더 발전한 미국도 별반 다르지 않다. 1957년에 투입된 SSN-575는 미군이 '나트륨냉각로'를 사용하는 유일한 핵잠수함이기도 했다. 누출 사고로 인해 1958년에 해체되었습니다. "나트륨 냉각 원자로"는 상대적으로 뒤떨어진 가압 경수로로 교체되었습니다.
금속 나트륨의 위험성에 대응하여 과학 기술계는 수은, 납, 주석, 나트륨-칼륨 합금, 납-비스무트 합금 등과 같은 다양한 재료를 시도하면서 수십 년 동안 쉬지 않고 노력해 왔습니다. 2015년부터 2019년까지 "유럽 연합 집행 위원회"에서는 3개의 고속 중성자로 실증 프로젝트를 구축하고, SESAME 연구를 위한 열수력 시뮬레이션 및 실험 계획을 평가하고, 파이프라인 및 원자로의 금속 유체 흐름과 그것이 미치는 영향을 연구하기 위해 660만 유로를 투자했습니다. 나노냉각 연구에 중점을 둔 장비는 납냉각 기술 개발의 초석을 마련합니다.
금속나트륨의 안전성 문제가 해결되더라도 여전히 해결해야 할 핵무기 안전성 문제는 남아 있다. 현재 인기가 높은 3세대 원전 '경수로'는 핵무기로 쓸 수 없어 '원전의 평화적 이용'의 모델로 꼽힌다. 그러나 '고속증식로'의 반응산물인 플루토늄-239는 무기급 핵물질이다. 1945년 나가사키를 폭파한 두 번째 원자폭탄 '팻맨'은 플루토늄 폭탄이었다. 러시아가 '나트륨냉각로' 유지를 고집하고, 북한이 중수로를 건설하는 이유도 이 때문이다. 두 원자로 모두 핵무기 제조에 사용할 수 있는 무기급 플루토늄-239를 생산할 수 있다.
따라서 '국제원자력기구'는 '고속증식로'를 보유한 국가들은 보다 명확한 정책과 모니터링 대책을 마련해야 한다고 강조한다. 그러나 역사적 경험에 따르면 인간의 약점을 바탕으로 한 '경영 강화'는 가장 신뢰할 수 없습니다. 이에 비해 핵연료봉의 설계를 완전히 바꿔 1차 연료봉이 완전히 폐기될 때까지 직접 작동할 수 있도록 하고, '정비'라는 핑계로 안전하게 제거할 수 없도록 하는 기술적 아이디어는 조금 더 신빙성이 있다. 핵분열 생성물인 플루토늄이 비밀리에 정제되고 도용되는 것을 막기 위해 중간에 누군가가 불법적으로 분해하거나 도용하면 치명적인 핵 방사선에 노출되어 핵 테러의 위험을 피할 수 있습니다.
위험도가 높은 프로젝트는 상대적으로 황량하고 폐쇄적이며 인구밀도가 낮은 지역에 건설해야 한다. 사고가 발생하면 피해 정도와 여론 통제, 피해자에 대한 보상이 상대적으로 낮다. 빌 게이츠와 버핏이 투자한 '4세대' 나트륨 냉각 원자로가 위치한 와이오밍주는 미국 서부에 있으며, 미국에서 가장 인구가 적은 주이다. 이는 위의 전통적인 경험과 일치한다.
문제는 지난 수십 년 동안 계속해서 시도하고 실패했던 액체금속 고속증식로의 모든 기술적 문제가 빌 게이츠 과학 연구팀에 의해 해결되었느냐는 것이다. 원자력기술안전과 핵무기 안전솔루션은 정말 확실하게 보장되는가? 2035년까지 5개의 신규 원자력 발전소가 생길 것입니다. 기술과 프로세스가 정말 성숙해졌나요? 이는 물론 빌 게이츠의 영업비밀이고, 외부 세계는 시간을 통해서만 이를 확인할 수 있다.
원자력이라는 주제 외에도 비핵이지만 관련 기술, 즉 나트륨 원자로를 지원하는 용융염 에너지 저장 시스템도 있습니다. 원자력 발전이 정점에 달하고 시장 에너지 소비가 정점에 도달할 때 잉여 에너지를 저장할 수 있으며, 시장 에너지 소비가 정점에 달할 때 나트륨 원자로는 과부하가 필요하지 않지만 시장을 충족시키면서 155MW의 전기 에너지 출력을 약 45% 늘릴 수 있습니다. 이는 또한 원자력 발전소와 송변전 네트워크의 원활한 운영과 안전을 보장합니다.
용융염에너지 저장시스템은 원자력발전소의 잉여 에너지를 이용해 질산나트륨, 질산칼륨, 질산칼슘 등 안전하고 값싼 무기염을 고온 용암 저장조에서 녹여 막대한 열에너지를 저장하는 방식이다. 에너지를 방출하면 고온의 용융염이 열교환기를 통과해 증기발생기를 구동해 전기를 생산하는 방식을 '열에너지 저장 TES'라고 한다. 이러한 에너지 저장 방식은 열에너지 손실을 매우 느리게 만들 수 있으며, 과학기술저널 '에너지저장저널'에 실린 논문에서는 신기술을 활용한 저장탱크가 약 125cm 두께의 단열층을 사용하고 있으며, 월간 에너지 소비량이 적다고 지적하고 있다. 손실은 5%에 불과합니다. TES는 몇 달 동안 또는 심지어 계절에 걸쳐 에너지 저장을 달성할 수 있습니다.
월 평균 0.5~1%의 에너지 손실만 발생하는 리튬이온 배터리와 비교하면 용융염 에너지 저장 시스템의 에너지 저장 효과는 그다지 좋지 않고 에너지 손실도 더 크다. 그러나 미네랄염은 가격이 저렴하고 안전하며, 리튬이온과 같은 화학에너지 저장에 따른 잠재적인 환경오염 위험이 크지 않습니다.
이러한 유형의 용융염 에너지 저장 시스템은 원자력 발전소뿐만 아니라 태양광 발전 시스템에도 사용될 수 있습니다. 2018년, 하루 24시간 전기를 생산할 수 있는 최초의 화력 태양광 발전소인 게마솔라(Gemasolar)가 스페인에서 탄생했습니다. 이는 사막의 거울 매트릭스에 배치되어 태양광 패널이 아니라 햇빛을 집중시키고 반사시킵니다. 부지 중앙에 세워진 용융염 발전소 내부에는 질산나트륨 60% + 질산칼륨 40%의 혼합물을 저장합니다. 밤에는 햇빛이 없을 때에도 용융염 열 방출로 구동되어 15시간 동안 안정적인 전력을 생산할 수 있으며, 19.9MW의 전력은 27,500가구에 안정적인 전력을 공급할 수 있습니다.
용융염에너지저장형 태양광발전소는 햇빛이 없으면 전기를 생산할 수 없는 기존 태양광 패널의 단점을 해결할 뿐만 아니라, 태양광 패널 대신 반사거울을 사용해 태양광 생산 시 발생하는 에너지량을 줄인다. 패널. 다량의 중금속 오염과 폐기된 태양광 패널이 환경에 미치는 지속적인 영향.
칠레는 스페인의 성공사례를 보고 2019년 알바 프로젝트를 시작했다. 칠레는 사막 지역의 모든 석탄화력발전소를 560MW 설치용량의 용융염 태양광발전소로 전환할 계획이다. 궁극적으로는 전통적인 화석연료를 완전히 제거할 계획이다. 2040년까지. 연료발전방식. 이는 단지 환경보호 목적만이 아니다. 화석에너지가 부족한 칠레의 경우, 새로운 구조로 에너지를 태양에너지로 대체하고 24시간 안정적인 발전이 가능하다면 원래 있던 귀중한 외화를 많이 절약할 수 있다. 에너지를 수입하는 데 사용됩니다. 가능하다면 이웃 라틴 아메리카 국가에 전기 에너지를 수출하면 많은 외화를 벌 수 있습니다.
빌 게이츠의 나트륨 원자로 + 용융염 에너지 저장 시스템이 성공한다면 의심할 바 없이 원자력의 발전 효율을 크게 향상시킬 것입니다. 항상 영리하고 계산적이었던 버핏은 실수를 거의 하지 않는다. 이 '4세대 원자력'은 시장 전망이 넓을 수도 있다.
또 다른 사고 관점은 다음과 같습니다.오픈AI그 뒤에 있는 가장 큰 투자자이자 과학 및 공학 배경을 가진 빌 게이츠는 AI/AGI 연구 및 개발이 많은 에너지를 소비하고 손에 있는 원자력과 용융염을 소비한다는 것을 오랫동안 깨달았습니다. 과잉 에너지를 사용하는 에너지 저장 시스템은 시스템 전체의 보안을 달성할 수 있을 뿐만 아니라 AI/AGI(인공지능) 연구 및 개발에 드는 에너지 소비 비용을 절감할 수 있습니다.
이는 또 다른 독창적인 기술 대기업인 머스크(Musk)와 일치합니다. 머스크는 아주 일찍 SolarCity에 투자했는데, 이는 Tesla의 주가와 브랜드 가치를 높이는 데 큰 의미가 있음이 입증되었습니다. 더욱 심오하게는 머스크가 인공지능 브랜드인 xAI와 Neuralink의 향후 개발에 대해 설명하면서 AI/AGI 연구 및 개발에 대해 분명히 언급했습니다. 에너지 소비 문제에 있어서, 세계에서 가장 부유한 두 사람은 "자신의 뿌리를 알고" 실제로 동일한 비전을 가지고 있습니다.
• (이 글은 필자의 개인적인 의견일 뿐 본지의 입장을 대변하는 것은 아닙니다.)
