국가 전략으로 ‘탈원전 종식’ 선언
전력난 해소책으로 부상한 SMR
차세대 마이크로 원자로 개발 가속

미국이 원자력 관련 규제 완화와 민간 투자 확대를 바탕으로 차세대 원전 시장 재편에 속도를 내고 있다. 도널드 트럼프 행정부는 인허가 절차 간소화를 통한 민간 참여 확대를 추진하고 나섰으며, 주요 빅테크 기업들은 전력난 해소를 위해 장기 구매 계약은 물론 직접 투자까지 단행하며 시장 진입을 공식화했다. 여기에 차세대 원자로 개발까지 추진되면서 군사·우주·산업 현장 등 특수 환경에 최적화된 전력 공급망을 구축하려는 움직임도 본격화하는 양상이다.

첨단 원자로 프로젝트 본격 가동

13일(이하 현지시각) 미국 투자 전문매체 배런스에 따르면 미 에너지부(DOE)는 최근 소형원자로 시범프로그램에 11개 첨단 원자로 프로젝트를 선정했다고 발표했다. 해당 시범프로그램은 트럼프 대통령이 지난 5월 서명한 ‘에너지부 원자로 시험 개혁’ 행정명령의 일부로, 오는 2026년 7월까지 최소 3개의 시험용 원자로를 건설·운영해 임계점을 달성하는 게 목표다.

앞서 트럼프 대통령은 DOE 원자로 시험 개혁 행정명령에 서명하며 2050년까지 자국 내 원전 설비 용량을 400기가와트(GW) 수준으로 늘리겠다고 선언했다. 이는 지난해 11월 당선 직후부터 화석연료와 함께 원자력 산업의 부활을 강조해 온 것과도 일치하는 행보로, 에너지 비용을 낮춰 물가를 잡는 동시에 이를 발판 삼아 제조업을 재건하겠다는 취지였다. 원자력은 어디서나 다양한 규모로 작동할 수 있는 에너지원이라는 게 트럼프 행정부의 시각이다.

이번 프로젝트에 선정된 기업은 알로 아토믹스(Aalo Atomics Inc), 안타레스 뉴클리어(Antares Nuclear Inc), 아토믹 알케미(Atomic Alchemy Inc), 딥 피션(Deep Fission Inc), 라스트 에너지(Last Energy Inc), 나투라 리소스(Natura Resources LLC), 오클로(Oklo Inc), 래디언트 인더스트리(Radiant Industries Inc), 테레스트리얼 에너지(Terrestrial Energy Inc), 발라 아토믹스(Valar Atomics Inc) 등 10개 기업이며, 이 가운데 오클로는 2개 프로젝트를 수행한다.

이들 기업은 다양한 원자로 기술을 개발하게 된다. 알로 아토믹스는 10MW 규모의 나트륨 냉각 마이크로원자로를 개발하고, 안타레스 뉴클리어는 500kW 나트륨 히트파이프 냉각 원자로를 만들 예정이다. 또 아토믹 알케미는 15MWt 경수로를 개발 중이다. 원자로 설계와 제조, 건설, 운영, 해체에 들어가는 비용은 모두 기업 부담이지만, 원자력법에 따라 DOE 승인을 받는 만큼 향후 상업 허가 절차와 민간 자금 조달에서 유리해질 것이란 평가다.

제임스 댄리 DOE 부장관은 “트럼프 대통령의 원자로 시범프로그램은 일종의 ‘행동 촉구’”라면서 “이들 기업은 모두 독립기념일까지 안전하게 임계점을 달성하는 것을 목표로 하고 있으며, 정부는 이들의 노력을 지원하기 위해 모든 일을 할 것”이라고 말했다. 제이콥 드위트 오클로 공동창립자 겸 최고경영자(CEO) 역시 “DOE가 미국 원자력 혁신가들이 건설할 수 있도록 고유 역량을 발휘하고 있다”며 “이는 원자력 건설의 새 시대를 여는 이정표가 될 것”이라며 기대를 드러냈다.

SMR 신규 착공 급증 전망

산업계의 관심도 원전 인프라 확충에 집중되는 모습이다. 2020년대 이후 인공지능(AI) 확산으로 데이터센터 전력 수요가 폭증하고, 24시간 안정 전력이 필수 요건이 됐기 때문이다. 이에 미국 내 4대 빅테크(메타·구글·아마존·마이크로소프트)는 2040년까지 14GW의 원전 전력을 확보하겠다는 목표를 제시하기도 했다. 이 같은 민간 수요의 결합이 트럼프 행정부의 정치적 드라이브와 결합돼 ‘원전 회귀’ 흐름을 구조화하고 있다는 평가다.

이런 흐름은 이미 장기 전력구매계약(PPA)으로 구체화됐다. 메타는 지난 6월 전력사 콘스텔레이션과 20년짜리 PPA를 체결해 일리노이 클린에너지센터에서 생산되는 전력을 2027년 6월부터 전량 공급받기로 했다. 이 계약으로 2027년 폐쇄 예정이던 해당 원전은 연장 운전의 발판을 마련했다. 콘스텔레이션은 펜실베이니아 스리마일섬 1호기 재가동도 추진 중이며, 여기서 생산되는 전력은 마이크로소프트 데이터센터로 향할 예정이다.

전력 구매를 넘어 소형모듈원전(SMR) 직접 투자에도 가속도가 붙었다. 아마존은 미국 SMR 개발사 X‑에너지에 7억 달러(약 9,700억원)를 투자해 2039년까지 5GW 초과 규모의 SMR 도입을 추진한다. 첫 사업으로는 워싱턴주 에너지 노스웨스트와 320MW급 SMR 4기 설치안을 구체화했다. 또 구글은 카이로스파워와 세계 최초로 SMR 전력 장기 구매 계약을 체결했고, 2030년 첫 상업 원자로 가동 및 2035년까지 최대 500MW 확보를 목표로 삼았다.

이로써 1979년 스리마일섬 원전 사고와 2011년 후쿠시마 사고 이후 지연됐던 신규 건설도 재개 국면에 진입했다. 정부 정책은 인허가 병목을 해소하고, 기업은 장기 PPA와 직접투자 등으로 초기 수익 전망을 명확히 하는 식이다. 결과적으로 미국 에너지 시장은 기존 원전 전력의 장기계약과 SMR 신규 착공을 동시에 늘리는 ‘투트랙’ 양상을 취하는 모양새다.

맞춤형 에너지 솔루션 속속 등장

이와 함께 미국 원전업계는 SMR보다 더 작은 차세대 마이크로 원자로 개발에도 본격 착수했다. 마이크로 원자로는 300MW 이하 출력을 가지는 SMR보다 발전 용량이 더 작은 20MW 이하 원자로를 말한다. 대형 원전과 비교하면 1% 이하의 출력으로, 단순한 시스템과 운전 인력을 최소화하는 이점이 있다. 지나치게 온도가 높아지면 원자로가 팽창하는 과정에서 출력이 떨어지게 설계돼 일반 원전보다 안전성 또한 상대적으로 높다.

공장에서 제작 후 현장으로 운송해 설치하는 ‘모듈형 설계’ 또한 특징이다. 이러한 특징은 설치 면적이 좁고, 건설 기간이 수개월 내로 짧아 전력망 구축이 어려운 극한 환경이나 외딴 지역에서의 활용성이 높은 것으로 평가된다. 최근 연구개발(R&D) 프로젝트에서는 사막, 극지, 고산지대뿐 아니라 해상 플로팅 플랫폼 등에서도 안정적으로 운용할 수 있는 설계안이 제시됐다.

업계에선 마이크로 원자로가 SMR 시장의 틈새 수요를 대체·확장하는 것은 물론, 미국이 차세대 원자로 기술 우위를 굳히는 발판이 될 것으로 본다. 초기 건설 비용과 운영비 절감 효과가 입증될 경우, 재생에너지와의 혼합 운용을 통해 탄소중립 달성에도 기여할 수 있다는 분석이다. 현재 다수의 민간 기업과 국책 연구 기관이 공동 참여하는 실증 프로젝트가 진행 중인 만큼 글로벌 차세대 원자로 시장 내 미국의 주도권 또한 한층 강화될 전망이다.