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테라파워

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목차

1. 개요

테라파워는 빌 게이츠가 설립한 원자력 기술 개발 회사로, 토륨을 원료로 하는 원자로 개발을 연구해 왔다. 2010년 설립 이후, 미국 에너지부와 SK 그룹 등으로부터 투자를 유치했으며, 현재 와이오밍주 케머러에 나트륨 원자로 건설을 추진하고 있다. 테라파워는 이동파 원자로(TWR)와 나트륨 냉각 고속로(Natrium) 기술을 개발 중이며, 한국원자력연구원과 기술 협력을 시도했으나 2014년에 중단되었다.

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테라파워 - [회사]에 관한 문서
기본 정보
테라파워 로고
테라파워
종류비공개 기업
설립2006년
설립자빌 게이츠
본사 위치[[파일:Flag of Washington.svg|25px]] 워싱턴주벨뷰
주요 인물빌 게이츠 (회장)
크리스 레베스크 (사장 & CEO)
산업원자력
제품나트륨 냉각 고속로 나트륨
용융 염화물 고속로
진행파 원자로
웹사이트테라파워 공식 웹사이트
관련 인물
창립자, 주요 주주빌 게이츠 (자산 관리 회사를 통해)
현재 프로젝트
2022년 1월 기준나트륨 냉각 고속로 나트륨
용융 염화물 고속로
진행파 원자로

2. 역사

빌 게이츠가 2010년 3500만달러(약 3900억원)를 투자해 설립한 테라파워는 초기 우라늄 대신 토륨을 원료로 하는 600MW 원자로 개발을 연구했다. 토륨은 자체 핵분열을 일으키지 않아 경제성이 낮다는 평가를 받았지만, 매장량이 천연 우라늄의 4배에 달하고 핵폐기물 발생량도 적으며 안전성이 높다.

테라파워는 미국 에너지부(DOE)와 로스알라모스 국립 연구소의 자금 지원을 받고 있다.[6] 빌 게이츠(캐스케이드 인베스트먼트를 통해), 찰스 리버 벤처스, 코슬라 벤처스 등이 주요 투자자로 참여했으며, 2010년에 3500만달러를 투자했다. 2011년 12월에는 인도의 릴라이언스 인더스트리가 자회사를 통해 소수 지분을 매입했고, 회장 무케시 암바니가 이사회에 합류했다. 로렌스 리버모어 국립 연구소, 고속 플럭스 시험 시설, 마이크로소프트 및 여러 대학의 과학자와 엔지니어, 지멘스, 아레바 NP, ITER 프로젝트, 앙고 시스템즈 코퍼레이션 및 DOE의 관리자들도 테라파워에 참여하고 있다.[7]

2022년 SK 그룹은 2.5억달러를 투자하기로 합의했으며, 이는 SK Inc.와 SK 이노베이션, 그리고 게이츠가 공동 주도했다. DOE는 테라파워에 7년 이내에 첨단 원자로를 시험, 허가 및 건설하기 위한 첨단 원자로 시범 프로그램(ARDP)을 통해 비용 분담 자금을 지원했다.

테라파워는 345MWe 나트륨 원자로와 용융염 에너지 저장 시스템을 사용하는 부지로 와이오밍주 케머러를 선정했다. 이 원자로는 일시적으로 출력을 500MWe까지 높일 수 있어 발전소가 재생 에너지 자원과 통합될 수 있도록 한다.[8] 2024년 6월, 원자로 승인 전 준비를 위해 부지에서 기공식을 가졌다.[9] 총 비용은 40억달러로 추정되며, DOE가 절반, 게이츠가 10억달러를 기여할 것으로 예상된다.[10]

2. 1. 설립 배경

테라파워는 2006년 빌 게이츠를 비롯한 마이크로소프트 전 동료들이 설립한 회사이다.[6] 빌 앤드 멀린다 게이츠 재단, 찰스 리버 벤처스, 코슬라 벤처스 등으로부터 투자를 받았으며, 2010년에는 3,500만 달러(3900억원)를 투자받았다.[7]

초기에는 토륨을 원료로 하는 600MW 원자로 개발을 연구했으나,[6] 이후 진행파 원자로(TWR) 및 나트륨 냉각 고속로(Natrium) 개발로 전환했다. TWR은 열화 우라늄을 사용하며 최장 100년간 연료 교환 없이 운전이 가능하고, 출력은 10만에서 100만 킬로와트 수준이다.[36][37][38][39]

2009년 11월 6일 빌 게이츠와 테라파워 간부는 도시바의 요코하마 사업소와 게이힌 사업소를 방문했고, 12월 1일 비밀 유지 계약(NDA)을 체결했다.[39][38] 도시바는 연료 교환 없이 30년간 가동 가능한 소형 원자로 "4S"를 개발했으며, 이 기술은 TWR에 전용 가능하다.[37][38][39]

2010년 당시 테라파워의 기업 목표는 다음과 같았다.[40]

  • 우라늄 농축 시설의 무용화 및 폐지
  • 미래의 재처리 공장 무용화
  • 천연 또는 열화 우라늄의 연료 활용
  • 청정 석탄 기술과의 자기 자본 비용 경쟁력 확보


SK 그룹은 2022년에 2.5억달러를 투자하기로 합의했다.[8]

2. 2. 주요 연혁


  • 2010년: 3,500만 달러(약 390억원) 투자 유치.[6][7]
  • 2011년: 빌 게이츠, 중국공정원 원사 선정 (테라파워 회장 자격).
  • 2012년: 한국원자력연구원과 테라파워 간 기술 협력 (파이로프로세싱 기술 관련).
  • 2014년: 한국과의 협력 백지화.
  • 2022년: SK 그룹, 2억 5천만 달러(2.5억달러) 투자.
  • 2024년 6월: 와이오밍주 케머러에서 나트륨 원자로 착공.[9] (2030년 가동 목표)[8]

3. 기술

테라파워는 이동파 원자로(TWR)와 나트륨 냉각 고속로(Natrium) 등 차세대 원자로 기술을 개발하고 있다. TWR은 열화 우라늄을 연료로 사용하며 연료 교체 없이 최대 100년까지 운전이 가능하다.[46] 나트륨 냉각 고속로는 용융염 에너지 저장 시스템과 결합된 소형 원자로로, GE 히타치 뉴클리어 에너지의 PRISM 원자로심을 채택하고 고순도 저농축 우라늄(HALEU)을 연료로 사용한다.[41][42]

3. 1. 이동파 원자로 (TWR)

이동파 원자로(TWR, Traveling Wave Reactor)는 테라파워와 일본 도시바가 공동 개발하는 차세대 원자로이다. 천연 우라늄과 우라늄 농축 후 남은 부산물인 열화 우라늄을 핵연료로 사용하며, 연료 교체 없이 최대 100년까지 운전이 가능하다.[46]

테라파워는 TWR을 소출력, 중간출력(600 MWe), 대출력의 세 가지 버전으로 개발했다. 테라파워는 전기출력 600 MWe인 실증로 TWR-P를 2018년부터 2022년까지 건설할 계획이었다. 이어서 상업용 플랜트인 전기출력 1150 MWe 원자로를 2020년대 후반에 개발할 계획이었다.

TWR의 주요 이점은 핵연료 재처리가 필요 없고 우라늄 농축을 할 필요가 없는 높은 연료 활용률이다.[12] 진행파 원자로는 핵분열성이 없는 핵종 (U-238)을 현장에서 핵분열성 핵종 (Pu-239)으로 변환하도록 설계되었으며, "연소" 구역에서 "생성" 구역으로 동력 생산을 전환한다. 이를 통해 농축/재처리 공장의 비용과 핵 확산 위험 없이 핵연료 주기 폐쇄의 이점을 누릴 수 있다. 제조 과정에서 40년에서 60년 사이의 운전에 충분한 연료를 원자로에 포함시킬 수 있다. 원자로는 지하에 설치할 수 있으며, 약 100년 동안 작동할 수 있다.[13] 테라파워는 자사의 원자로 설계를 4세대 원자로 설계라고 설명했다.[14]

고갈 우라늄을 연료로 사용함으로써, 새로운 원자로 형식은 고갈 우라늄 비축량을 줄일 수 있다.[15] 테라파워는 미국이 70만 톤의 고갈 우라늄을 보유하고 있으며, 320톤이 1억 가구에 1년 동안 전력을 공급할 수 있다고 언급한다.[16]

TWR 설계는 여전히 연구 개발 단계에 있다. 2009년 11월 6일, 테라파워 임원과 빌 게이츠는 일본의 도시바 요코하마 및 게이힌 공장을 방문하여 12월 1일에 도시바와 비밀 유지 계약을 체결했다.[18][19][20] 도시바는 연료 취급 없이 30년 동안 작동하고 10메가와트를 생산할 수 있는 초소형 원자로인 4S를 개발했다.[20][21][22] 일부 4S 기술은 TWR로 이전될 수 있는 것으로 간주된다.[19]

현재 세계에서 가동 중인 경수로(PWR, BWR 등)는 농축 우라늄을 사용하며, 수년마다 연료 교환이 필요하지만, 진행파 원자로(TWR)는 열화 우라늄을 사용하며, 최장 100년 동안 연료 교환 없이 운전이 가능하다.[36][37][38]

2010년 당시 테라파워의 기업 목표는 다음과 같았다.[40]

  • 우라늄 농축 시설의 무용화, 최종적으로 폐지
  • 미래의 재처리 공장의 무용화
  • 천연 또는 열화 우라늄의 연료로서의 활용
  • 청정 석탄 기술에 대한 자기 자본 비용 경쟁력 확보

3. 2. 나트륨 냉각 고속로 (Natrium)

나트륨(Natrium)은 용융 나트륨 원자로와 1 GWh 용융염 에너지 저장(molten salt energy storage) 시스템을 결합한 것이다. 나트륨은 고체와 기체 상태 사이에서 785 켈빈 온도 범위를 제공하며, 이는 물의 100 켈빈 범위보다 거의 8배나 크다. 값비싸고 위험한 가압 없이도 나트륨은 많은 양의 열을 흡수할 수 있으며, 물처럼 고온에서 분해될 위험도 없다. 나트륨은 용융 나트륨과 접촉하는 부품에 오스테나이트계 스테인리스강(austenitic stainless steels)을 주로 사용하는데, 관련 부품의 특성상 나트륨이 있으면 강철 표면에 보호 산화물 층이 형성되어 추가 부식을 억제한다.[27] 초음파 검사를 활용한 부식 모니터링 시스템이 잠재적인 문제를 감지하기 위해 마련되어 있으며, 정기적인 유지보수 및 검사를 통해 부식 문제를 조기에 파악하고 해결할 수 있다.

나트륨 연료는 고농축 저농축 우라늄(HALEU)으로 만들어진다. HALEU는 5~20%의 우라늄을 함유하도록 농축된다. 연료는 금속 우라늄 슬러그 형태로, 강철 튜브 안에 들어 연료봉을 형성한다. 이 금속 연료는 경수로에서 사용되는 세라믹 펠릿보다 녹는점이 훨씬 낮지만 열전도율도 더 높다. 발전소 부지는 기존 발전소보다 더 작고 4배 더 효율적일 것으로 예상된다. 나트륨 제어봉은 장비 손상/고장의 경우 중력만을 사용하여 내려온다. 출력은 345 MWe로 일정하며, 이 발전소는 100% 출력으로 연중무휴 가동되도록 설계되었다. 저장 시스템은 간헐적인 에너지원과 함께 작동하도록 설계되어 있으며, 이러한 에너지원의 급증과 급감에 대응한다. 정격 출력의 150%, 즉 500 MWe를 5.5시간 동안 생산할 수 있다.[28]

2021년 6월, 테라파워(TerraPower)와 워렌 버핏(Warren Buffett)의 퍼시피코프(PacifiCorp)는 나트륨 원자로를 공동 건설할 계획을 발표했다.[29] 화석 연료 발전소 폐쇄로 영향을 받은 와이오밍주의 네 개 도시(질레트(Gillette), 케머러(Kemmerer), 글렌록(Glenrock), 록스프링스(Rock Springs))가 시범 원자로 부지로 고려되었다.[30] 퍼시피코프는 와이오밍에서 록키마운틴 파워(Rocky Mountain Power)로 사업을 운영하고 있으며, 후보지 각 지역에 석탄 발전소를 가지고 있다.[31] 2021년 11월 16일에 케머러가 선정되었다고 발표되었다. 2024년 6월 10일에 기공식이 열렸으며,[32] 이 발전소는 "에너지 섬"과 "원자력 섬"의 두 인접 부분으로 구성되도록 설계되었다. "원자력 섬" 건설은 2026년에 시작될 예정이다.[32] 상업 발전소는 2030년까지 가동될 수 있다.[33][34]

테라파워는 미국 와이오밍주에 나트륨 냉각 고속로 "나트륨"을 워렌 버핏 산하의 전력 회사 퍼시피코프와 공동으로 건설한다고 2021년 6월 2일 주지사가 발표했다. 해당 원자로는 실증로 단계에 있으며, 출력 345MW의 소형 원자로로 용융염 에너지 저장 시스템과 결합된다.[41] 원자로심에는 GE 히타치 뉴클리어 에너지의 PRISM을 채택했다.[42] 연료로는 고순도 저농축 우라늄(HALEU)을 사용한다.

개발은 DOE도 지원하고 있으며, 2022년에는 일본원자력연구개발기구와 미쓰비시중공업도 몬주와 조요의 운용 데이터를 제공하여 참여한다는 보도가 나왔다.[43][44]

2024년 6월 10일, 와이오밍주 남서부의 켐머러에서 폐쇄 예정인 석탄 화력 발전소 근처에서 기공식을 가졌다. 2030년 가동 개시 예정이다.[45]

4. 대한민국과의 관계

한국원자력연구원은 2012년 8월부터 1년여간 빌 게이츠가 설립한 '테라파워'와 기술 협력을 해왔다. 토륨 원전을 가동하려면 핵재처리가 필요한데, 한국이 개발 중인 핵재처리 기술인 파이로프로세싱 기술이 토륨 원전 개발에도 필요하다고 한다. 테라파워의 TWR은 핵재처리로 만든 금속연료를 사용하는 원전이다. 현재 전 세계에서 금속연료를 사용하는 원자로를 개발 중인 유일한 나라는 한국이다. 한국은 칼리머-600을 개발 중이다. 테라파워는 TWR 개발과 관련하여 한국의 칼리머-600 팀과 공동개발을 원했다. 그러나 2014년 9월, 테라파워는 한국과의 협력을 백지화했다.[1]

더불어민주당은 원자력 발전 기술 개발을 지지하지만, 문재인 정부 당시 탈원전 정책으로 인해 테라파워와의 협력 확대에는 소극적이었다.

5. 국제 협력

2011년 11월, 마이크로소프트의 창업자 빌 게이츠는 중국 공학계 최고 학술 영예인 원사로 선정되었다. 이는 테라파워가 중국 핵공업그룹과 1150MW 전력 생산 원자로 설계 및 개발 파트너십을 체결한 것과 관련이 있다.[6]

2009년 11월 6일, 테라파워 임원과 빌 게이츠는 일본 도시바의 요코하마 및 게이힌 공장을 방문하고 12월 1일에 비밀 유지 계약을 체결했다.[18][19][20] 도시바는 연료 교환 없이 30년 동안 작동 가능한 초소형 원자로 4S를 개발했으며,[20][21][22] 일부 기술은 테라파워의 TWR(진행파 원자로)로 이전될 수 있는 것으로 알려졌다.[19] 2022년에는 일본원자력연구개발기구와 미쓰비시중공업도 나트륨 원자로 개발에 협력하기로 했다.[43][44]

미국 에너지부(DOE)는 테라파워의 첨단 원자로 개발을 지원하고 있다.[6] DOE는 첨단 원자로 시범 프로그램(ARDP)을 통해 테라파워에 자금을 지원하여 7년 이내에 첨단 원자로를 시험, 허가 및 건설하도록 돕고 있다.

테라파워 국제 협력 현황
국가내용
중국중국 핵공업그룹과 협력하여 1150MW 원자로 설계 및 개발[6]
일본도시바와 비밀 유지 계약 체결,[18][19][20] 일본원자력연구개발기구 및 미쓰비시중공업과 나트륨 원자로 개발 협력[43][44]
미국미국 에너지부(DOE)의 첨단 원자로 시범 프로그램(ARDP) 지원[6]


6. 비판 및 논란

테라파워는 진행파 원자로(TWR)를 주력 기술로 선택했으며, 이는 핵연료 재처리와 우라늄 농축 없이 높은 연료 효율을 가진다는 장점을 내세운다.[12] TWR은 핵분열성이 없는 U-238을 핵분열성 Pu-239로 변환하여 핵연료 주기 폐쇄의 이점을 누릴 수 있다고 한다. 또한, 40~60년 운전에 충분한 연료를 원자로에 포함하고, 지하에 설치하여 약 100년간 작동할 수 있다고 주장한다.[13] 테라파워는 이 원자로 설계를 4세대 원자로라고 설명한다.[14]

그러나 TWR 기술의 실현 가능성, 나트륨 원자로의 안전성, 고순도 저농축 우라늄(HALEU) 사용에 따른 핵확산, 문재인 정부의 탈원전 정책과의 배치 등과 관련하여 여러 비판과 논란이 제기되고 있다.

참조

[1] 웹사이트 RIL buys stake in US's Terra Power http://www.moneycont[...]
[2] 웹사이트 Fast Neutron Reactors http://www.world-nuc[...] World Nuclear Association 2016-09
[3] 뉴스 TerraPower, CNNC team up on travelling wave reactor http://www.world-nuc[...] 2015-09-25
[4] 뉴스 Nuclear Power Trial in China Will 'Not Proceed' https://www.caixingl[...] 2019-01-05
[5] 간행물 Department of Energy picks two advanced nuclear reactors for demonstration projects https://www.science.[...] 2020-10-16
[6] 논문 Fiscal Year 2012 Institutional Commitments Midyear Progress Report http://permalink.lan[...] 2012-08
[7] 웹사이트 TerraPower Team Bios https://web.archive.[...] 2012-01-03
[8] 웹사이트 Korea Invests in Bill Gates TerraPower {{!}} NextBigFuture.com https://www.nextbigf[...] 2022-09-26
[9] 웹사이트 In Wyoming, Bill Gates moves ahead with nuclear project aimed at revolutionizing power generation https://apnews.com/a[...] 2024-06-11
[10] 뉴스 Bill Gates is going nuclear: How his latest project could power U.S. homes and AI https://www.npr.org/[...] 2024-06-14
[11] 웹사이트 The TerraPower Initiative https://web.archive.[...] 2009-07-31
[12] 뉴스 TR10: Traveling-Wave Reactor https://www.technolo[...] Technology Review 2019-01-30
[13] 뉴스 A Window Into the Nuclear Future https://www.wsj.com/[...] 2011-02-27
[14] 웹사이트 The Design http://terrapower.co[...]
[15] 논문 The nuclear news interview. John Gilleland. On the traveling-wave reactor http://inis.iaea.org[...] 2010-04
[16] 웹사이트 Depleted Uranium as Fuel Cuts Path to Less Waste http://www.terrapowe[...] Intellectual Ventures Management, LLC
[17] 논문 Traveling-wave reactors: A truly sustainable and full-scale resource for global energy needs https://www.research[...]
[18] 뉴스 Bill Gates, Toshiba in early talks on nuclear reactor http://news.smh.com.[...] Sydney Morning Herald 2010-03-23
[19] 웹사이트 ゲイツ、原発挑戦の真相 http://www.nikkei.co[...] The Nikkei 2010-03-23
[20] 웹사이트 東芝、ゲイツ氏と次世代原発開発へ 維持コスト管理を低減 http://sankei.jp.msn[...] The Sankei Simbun 2010-03-23
[21] 웹사이트 次世代原子炉：１００年連続運転の開発、ゲイツ氏が東芝とタッグ 私財数千億円投じ http://www.mainichi.[...] Mainichi Newspapers 2010-03-23
[22] 웹사이트 ゲイツ氏と東芝、原発開発でタッグ？ 米企業が協力要請 http://www.asahi.com[...] The Asahi Simbun 2010-03-24
[23] 뉴스 Southern Company and TerraPower Prep for Testing on Molten Salt Reactor https://www.energy.g[...] United States Department of Energy
[24] 뉴스 TerraPower Quietly Explores New Nuclear Reactor Strategy https://www.technolo[...] Technology Review 2015-10-21
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[27] 웹사이트 Solar Salt - Pushing an old material for energy storage to a new limit https://www.scienced[...] ScienceDirect 2024-08-26
[28] 웹사이트 Bill Gates's next-gen nuclear plant packs in grid-scale energy storage https://newatlas.com[...] 2021-03-15
[29] 웹사이트 Bill Gates and Warren Buffett to build new kind of nuclear reactor in Wyoming http://www.theguardi[...] 2021-06-03
[30] 뉴스 Will Wyoming Embrace Nuclear Power? https://nuclearstree[...] 2021-06-09
[31] 뉴스 Wyoming to be home to 'game-changing' nuclear power plant https://www.gillette[...] 2021-06-02
[32] 뉴스 We just broke ground on America’s first next-gen nuclear facility https://www.gatesnot[...] 2024-06-10
[33] 뉴스 TerraPower selects Kemmerer, Wyoming as the preferred site for advanced reactor demonstration plant https://nuclearstree[...] 2021-11-17
[34] 웹사이트 Bill Gates introduces himself to Kemmerer, Wyoming https://trib.com/bus[...] 2023-05-06
[35] 뉴스 Bill Gates, Toshiba in early talks on nuclear reactor http://news.smh.com.[...] Sydney Morning Herald 2010-03-23
[36] 웹사이트 ゲイツ氏と東芝、原発開発でタッグ？　米企業が協力要請 http://www.asahi.com[...] 朝日新聞 2010-03-24
[37] 웹사이트 次世代原子炉：１００年連続運転の開発、ゲイツ氏が東芝とタッグ　私財数千億円投じ http://www.mainichi.[...] 毎日新聞 2010-03-23
[38] 웹사이트 東芝、ゲイツ氏と次世代原発開発へ　維持コスト管理を低減 http://sankei.jp.msn[...] 産経新聞 2010-03-23
[39] 웹사이트 ゲイツ、原発挑戦の真相 http://www.nikkei.co[...] 日本経済新聞 2010-03-23
[40] 웹사이트 The TerraPower Initiative http://www.nuc.berke[...] Department of Nuclear Engineering, University of California, Berkeley 2010-03-24
[41] 뉴스 ゲイツ氏の原子力ベンチャー、次世代炉建設へ　ワイオミング州で https://jp.reuters.c[...] ロイター 2021-06-03
[42] 간행물 日立の新型炉開発の取り組みについて https://www.meti.go.[...] 株式会社日立製作所原子力ビジネスユニット 2022-04-20
[43] 뉴스 米高速炉計画、原子力機構と三菱重工が参加へ https://www.denkishi[...] 電気新聞 2022-01-06
[44] 웹사이트 原子力機構など、米テラパワーと覚書／高速炉技術開発で協力 https://www.denkishi[...] 2022-01-26
[45] 뉴스 米テラパワー　「Natrium」起工式を挙行 https://www.jaif.or.[...] 原子力産業新聞 2024-06-13
[46] 뉴스 中 차세대 원자로 개발, 빌 게이츠와 손 잡았다 동아일보 2011-12-06


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