서남해안 반도체 단지에 원전 건설만 답인가 [환경] 전영현 삼성전자 부회장이 이재명 대통령에게 원전 확대를 요청하는 발언을 했다.
먼저 우리 사회에서 원자력 발전소(원전)에 관한 부정적 의견은 정치적으로 해석될 수 밖에 없지만 이 글은 과학자로서 과학적 데이터와 사실 관계에 근거해 태양광 발전의 가능성을 구체적으로 분석한 것이다. 따라서, 이 글에 중요한 오류가 있다면 농림부나 기후에너지부 등의 정부 차원에서 반론해주기 바란다.
최근 이재명 정부는 서남해안권에 대규모 반도체 생산 단지를 구축한다고 발표하였다. 6월 29일 이재명 대통령과 삼성, SK의 두 회장이 참석한 가운데 광주에서 이 사업 설명회가 있었다. 이 자리에서 전영현 삼성전자 부회장은 재생에너지의 간헐성을 보완할 안정적 전력 공급을 위해 원전 확대와 액화천연가스(LNG) 열병합 발전을 적극 추진해 달라고 이재명 대통령에게 부탁했다. 재생 에너지를 위주로 하는 전력 정책에 대한 회의를 품고 있는 발언으로 막대한 투자가 소요되는 사업에 대해 돌다리도 두들겨 보고 건너겠다는 신중함으로 이해한다.
물리학 세계 (PhysicWorld)에 실린 ‘Wanted: an electrical grid that runs on 100% renewable energy’란 제목의 글
그런데, 최근 물리학 세계 (PhysicsWorld)에 이런 전제에 대한 재고를 필요로 하는 편집자의 짧은 글이 실렸다. 제목은 100% 재생에너지로 구동되는 전력망이 요구된다 (https://physicsworld.com/a/wanted-an-electrical-grid-that-runs-on-100-renewable-energy). 극단적으로, 재생에너지 100%의 전력망을 안정적으로 구축해야 한다는 것이다. 이란 전쟁과 호르무즈 해협 봉쇄가 석유와 가스 가격을 상승시킴에 따라 재생에너지 발전은 현실적인 주제가 되었다는 것이다.
지난해 스페인 이베리아 반도의 정전사태에 대한 최종보고서 발간을 전한 지난 3월 20일 솔라 파워 유럽의 기사
과거 100년 동안 전력망은 특정 속도로 같은 위상으로 회전하는 발전기들에 기반을 두고 있다. 예를 들어, 60 헤르츠 주파수의 전기는 그렇게 만들어 지는 것이다. 그런데, 재생에너지 전류는 교류가 아니라 직류이므로 전력망에 주입하기 위해서는 반드시 트랜지스터를 포함하는 직류-교류 변환기 (inverter)를 이용해야 한다. 그런데 이 변환기는 큰 관성을 갖는 발전기에 비해 전력망의 전압, 주파수, 위상의 순간적 변화에 대해 비교할 수 없을 만큼 빠르게 반응한다. 이러한 관성의 차이는 전력망의 안정정에 매우 큰 문제가 될 수 있다. 이 문제를 해결하기 위한 첫 단계는 간헐성을 갖는 태양광 발전을 에너지 저장 장치(ESS)를 통해 간접적으로 전력망에 연결하는 것이다.
참고로 2025년 4월 이베리아 반도에서 있었던 대규모 정전 사태는 태양광 전력을 ESS를 거치지 않고 직접 전력망에 연결하였던 경우였다고 한다. 그리고, 2026년 3월 발표된 ’대정전 최종보고서‘에 따르면, 정전의 원인은 재생에너지 자체의 문제가 아니라 전력 제어의 문제라고 한다. 따라서 스페인은 재생에너지 확대를 늦추는 대신 동적 전압 서비스를 제공하는 방식으로 이를 보다 안정적으로 전력망에 통합하였다. 최종보고서(https://www.solarpowereurope.org/press-releases/joint-statement-entso-e-final-report-on-iberian-blackout)와 스페인 정부의 대응에 대한 평가가 우리의 에너지 정책에 도움이 되기 바란다. 미국 텍사스의 정전 사태는 주로 추위에 가스저장소및 연결 파이프에서 수분를 포함하는 가스가 얼어 붙어서 생긴 일이다.
최근 김성환 기후에너지환경부 장관은 필요하면 원전을 더 새로 지을 수 있다고 말했다. 텍사스 및 이베리아 반도의 돌발적인 정전 사태를 걱정하는 것으로 보인다. 마침 전남 영광에 두 기를 지을 부지가 마련돼 있다고 한다. 하지만, 엄청난 자금은 둘째 치더라도 원전 한 기를 지으려면 최소 10년이 걸린다.
전남에 인구 소멸이 진행 중인 지역이 매우 많다고 한다. 그 중에 일부의 논과 밭 등을 이용하여 태양광 등 재생에너지 발전 시설을 지을 수 없겠는가? 이 문제를 단순화시키기 위해 여기서는 풍력 발전을 제외하고 태양광 발전을 유일한 재생에너지원으로 생각해 보자. 남한 평지 면적의 1%에 해당하는 400㎢, 즉 새만금 간척지 만한 땅에 태양광을 설치하여 ESS와 연계하면, 평균적으로 12기가와트(GW)의 전력을 24시간 공급할 수 있다. 이는 ESS에 에너지를 저장했다 빼내 쓸 때 약 10% 정도의 손실까지 감안해 계산한 것이다. 여름과 겨울에 계절별로 최대 3배의 차이가 있으므로, 겨울철 기준으로는 최소 6GW의 전력을 24시간 공급 가능하다.
이런 면에서 여름철 18GW에 이르는 전력의 일부를 장기 저장하여 부족한 겨울에 보태는 방법이 절실하다. 재생에너지 전기로 물을 분해해 수소를 생산하는 기술인 수전해로 만들어지는 수소는 매우 작은 크기와 폭발성으로 저장이 용이하지 않으므로 다른 방법을 시급히 개발해야 하겠다.
전라남도 영광의 한빛 원자력발전소 6호기 전경. 2013.8.21. 연합뉴스
현재 가동 중인 전남 영광의 한빛원자력 발전은 곧 퇴역할 2호기를 제외하면 3~6호기가 모두 4GW의 전력을 호남 및 수도권에 공급하고 있다. 2호기의 수명 연장을 계획한다는 얘기도 들린다. 따라서 수도권에 새로 2GW의 발전소를 짓지 않는 한 이 전력의 일부를 신규 반도체산업에 연계하는 것이 가능한지 모르겠다. 전라남도의 평지 면적은 약 2730㎢이므로, 400㎢는 약 15%에 해당한다. 읍 소재지를 제외한 면소재의 평지를 이용하면 되지 않을까 한다.
실제로 논밭은 평지에만 위치하는 것이 아니므로 태양광 발전에 이용할 수 있는 면적은 평지 면적보다 더 클 것이다. 그리고, 전라남도는 일조량이 많아 우리나라 평균에 비해 약 3%이상의 전력을 더 많이 생산할 수 있다.
현재 규소 기반 태양전지가 태양광을 전기로 바꾸는 효율은 모듈을 기준으로 약 20%로서, 규소이종접합(Silicon heterojunction: SHJ)이나 TOPCon 기술을 이용하면 현재보다 효율을 더 높일 수 있다. 현재 셀 단위에서 SHJ의 효율은 최고 27.08%에 이른다. 더욱이 독성 없는 CZTS 태양전지 기술이 더욱 발전하여 규소태양전지와 탠덤셀을 구성하면 30% 이상의 효율을 구현할 수 있을 것으로 기대한다. 이 경우 겨울철 기준으로 6GW가 9GW로 50% 증가하는 것이다.
따라서 태양광 발전은 장래 전망이 밝다고 할 수 있다. 미국의 재생에너지연구소인 NREL의 공식 비교에 따르면, 현재 셀 단위로 ‘페롭스카이트 (Perovskite)-규소 탠덤(tandem) 셀의 최대 효율은 36.1%이다. 모듈 단위의 효율은 이보다 작아 30% 정도를 예상할 수 있겠다. 그런데 페롭스카이트 결정은 자체에 독성이 강한 납을 필수적으로 포함할 뿐 아니라 결정구조가 깨지기 쉬워 우리나라의 농지에 상용화하기는 어렵다. 그러나, 탠덤셀 모듈의 효율을 30%로 예상할 수 있는 점은 의미가 있다.
이제 문제는 전라남도가 최대 15%의 평지를 태양광으로 전환할 수 있는가 하는 것이다. 먼저 ‘식량안보’ 측면에서 질문해야 한다. 지구 온난화로 세계 각국이 식량 각자도생의 길로 갈 때 전남의 농지 15%를 반도체 산업에 전용해도 될까?
급격한 인구 감소도 맞물려 고민해야 한다. 국가데이터처의 장래 인구 추계 (https://mods.go.kr/board.es?mid=a10301020600&bid=207&act=view&list_no=428476)에 따르면, 2072년 우리 인구는 약 3700만 명으로 2022년 5170만 명의 72% 정도라고 한다. 가장 보수적으로 추계한 데 따라도 약 4300만 명으로 2022년의 83%가 된다. 따라서, 전라남도 평지의 15%를 전용해도 2070년 식량 주권을 충분히 감당할 수 있는 것으로 보인다.
부산 기장군 고리 원자력발전소 내에 설치된 5MW규모 태양광발전소. 한국수력원자력은 91억원을 투입, 고리원전 유휴부지에 태양광발전소를 지었다. 2017.5.29. 연합뉴스
이제, 남는 문제는 행정적인 것들이다. 농민, 농민단체, 지역 단체장, 그리고 지역의회 등과 이해관계를 조정해 해결하는 일은 쉬운 일이 아니다. 행정가는 바로 이런 문제를 해결하는 데 제 역할을 다해야 한다. 마침, 광주와 전남은 행정 통합의 인센티브로 최대 20조에 이르는 국비 지원을 약속받았다. 이것의 일부를 여기에 사용해도 되지 않겠는가? 15% 전용을 일시에 모두 성취할 필요가 없다. 전력 수요에 따라 몇 차례에 걸쳐 나눠 안배하느 것이 좋을 것이다. 이 경우, 탠덤셀 태양광 기술 발전의 혜택을 볼 수도 있다. 이 행정 과정에 이재명 대통령이 성남시장 재 직때 보여준 행정능력을 이용한다면 어려운 일이라고만 할 수 없다.
위험한 원자력 발전소를 추가 건설하지 않으면, 비용 뿐 아니라 재화로 환산할 수 없는 안전성이라는 것을 얻는다. 그 안전성은 우리만 누리는 것이 아니라, 대대손손 우리 후손이 누려야 할 당연한 권리이다. 이미 우리나라에는 동해안에 18기, 서해안에 6기, 총 24기의 원전이 있다. 세계 최고의 원전 밀도로도 모자란가?
후쿠시마 원전을 지을 때 일본 정부는 주민들에게 절대 안전하다고 호언장담했다. 이제 신앙처럼 되어버린 원전에 대한 맹목적 믿음에서 벗어날 때가 되었다. 태양전지라는 안전하고 값싼 대안이 없다면 모르겠다. 혹자는 재생에너지로 인해 이베리아 대규모 정전사태 같은 일이 일어날지 모른다고 걱정할지 모른다. 이에 대해 이 사태의 최종보고서에 대한 아래 참고문헌을 읽어 보면 궁금증을 해결할 수 있을 것이다. 특히, 고위공무원들뿐 아니라 삼성전자의 임원들에게도 권한다.
끝으로 그보다 더 많은 전력이 필요하면 어떻게 할것인가 물을 수 있다. 여기에는 단기적 해법및 장기적 해법이 있다. 단기적으로는 주택, 수상 및 지상 태양광, 풍력 발전 등이 가능하다. 먼저 태양광 발전을 더 확대하는 방법으로 공공건물, 주차장 및 아파트 등에 발전 설비를 늘리는 방안을 생각할 수 있다.
실제로 지난해 말부터 공공주차장의 태양광 패널 설치가 의무화되었다. 태양광 설치와 관계된 이격거리를 완화하는 일은 현재 정부 차원에서 추진되고 있는 것으로 안다. 고속도로, 국도, 철로 변에 안전하게 설치할 수 있는 방법도 모색해야 한다. 또한, 영암호를 비롯한 전남의 많은 호수 위에 태양광 패널을 설치하는 것도 가능하다. 마지막으로 LNG 발전은 어떤 방법으로 전력을 공급하는 경우에도 비상시를 대비하는 데 꼭 필요하다.
다음으로 장기적 측면에서는 먼저 현재의 규소반도체 시대가 언제까지 갈 것인지 물어야 한다. 잘 알려진 바와 같이 반도체가 현재 몇 나노미터 크기가 됨에 따라 양자역학적 터널링 현상은 피할 수 없게 되었다. 따라서 소자들 사이에서 전기가 누전되는 현상은 앞으로 반도체 크기가 더 작아지면 작아질수록 더욱 심각해질 것이다.
2026년 7월 2일 독일어권의 IT 포털인 ‘heise online’에 따르면 벨기에의 차세대 반도체 연구소 IMEC는 2041년에는 MoS2와 같은 ‘2차원(2D)’ 반도체 두 층으로 이루어진 트랜지스터의 상용화가 가능할 것이라고 한다. (https://www.heise.de/en/news/2D-semiconductors-2-Angstrom-Chip-roadmap-for-Europe-until-2041-11351996.html) 미국, 유럽연합(EU), 그리고 우리나라의 삼성에서도 함께 상용화 노력 중이다. 중국은 독자적으로 이를 개발하고 있다. 2D 물질의 특성상, 이 1 나노미터 이하의 반도체의 구동에 소모되는 전력은 현재에 비해 비교할 수 없이 작을 것이다.
강홍석 시민기자 jjhskang@gmail.com
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