해양 SMR 기술의 고려사항과 국제 규제 동향

Executive Summary

해양 탈탄소 규제 강화와 전력 수요 증가로 해양 원자력 및 SMR의 활용 가능성이 주목받고 있으며, 높은 에너지 밀도와 장기 운항에 적합한 특성으로 새로운 저탄소 에너지원으로 관심이 높아지고 있다.

그러나 해양용 원자로는 선체 운동과 공간·중량 제약, 안전성, 연료주기, 유지보수 및 해체 등 해양 환경의 특수성을 종합적으로 고려한 설계와 규제체계가 필요하다.

이에 IMO는 Nuclear Code 및 SOLAS 제VIII장 개정을 추진하고 있으며, IAEA도 ATLAS 프로젝트를 통해 해양 원자력의 국제적 안전·규제 프레임워크 구축에 나서고 있다.

한국선급은 IMO·IAEA·IACS·NEMO 등과의 협력을 통해 기술 기준 및 규제체계 논의에 참여하고, 해양 원자력 분야의 국제 협력 기반을 확대하고 있다.

해운 탈탄소 시대, 원자력의 해양 적용 가능성 주목

국제 해운 부문의 탈탄소 규제가 강화되고 AI·데이터센터 확산 등에 따른 전력 수요가 증가함에 따라, 최근 원자력의 해양 적용 가능성에 대한 관심이 높아지고 있다.

원자력의 해양 적용은 연료 공급망에 대한 의존성이 상대적으로 낮고, 운항 중 CO₂를 직접 배출하지 않는 에너지원이라는 점에서 대안으로 재조명되고 있다. 원자력 에너지는 높은 에너지 밀도를 기반으로 장기간 연료 교체 없이 운전할 수 있어, 장거리·고출력 운항이 요구되는 해운산업의 특성과 높은 정합성을 가진다. 또한 탄소 배출에 따른 비용 부담이 가중되는 규제 환경에서는, 운항 중 직접적인 배출이 없는 선박이 향후 강화될 국제 및 지역 규제 체계에서 상대적인 경쟁력을 가질 가능성이 있다.

해양 분야에서 원자력을 활용하는 방안은 대표적으로 세 가지 정도가 제시되고 있다.

첫째, 원자력을 선박의 추진 및 선내 전력 공급을 위한 에너지원으로 활용하는 방안이다. 둘째, 연안 또는 도서지역에 부유식 원자력 발전플랜트를 설치하여 전력과 열을 공급하는 방안이다. 셋째, 원자력으로 생산된 전력과 열을 이용하여 수소·암모니아 등의 저탄소·무탄소 연료를 생산하는 해상 플랫폼으로 운영하는 방안이다.

원자력을 해양에 적용하기 위해서는 다양한 고려사항에 대한 종합적인 검토가 필요하다. 이러한 고려사항에서는 원자로·선박 통합 기술, 안전, 규제와 인허가 체계, 경제성, 운영 인프라, 사회적 수용성 등이 포함된다. KR은 이러한 내용을 상세하게 다룬 기술문서를 준비하고 있으며, 2026년 하반기에 배포할 예정이다. 이 글에서는 해양 분야에서 원자력을 적용하기 위한 기술적 고려사항과 국제 규제 동향을 살펴보고, 이와 관련한 KR의 활동을 소개하고자 한다.

해양용 원자로의 주요 기술적 고려사항

해양 분야에 적용 가능한 원자로를 검토할 때에는 단순히 노형별 기술 성숙도나 출력 규모만을 기준으로 판단하기 어렵다. 육상 원자로의 경우 선체 운동, 공간 및 중량 제약, 항만 기항 조건 등은 일반적으로 주요 설계 제약으로 고려되지 않는다. 반면 해양용 원자로에서는 이러한 요소들이 원자로 배치, 구조 건전성, 운전 안전성 및 유지보수성에 직접적인 영향을 미치므로 핵심 설계 기준으로 반영되어야 한다. 따라서 해양용 원자로의 선정은 개별 원자로의 기술적 특성 뿐만 아니라, 원자로와 선박이 하나의 통합 시스템으로서 안전하고 효율적으로 작동할 수 있는지를 종합적으로 고려하여 이루어져야 한다.

·해양 환경 적용성

해양 환경은 육상 원자력발전소와 근본적으로 다른 운전 조건을 제공한다. 선박은 항해 중 지속적으로 종동요, 횡동요, 상하동요 등 6자유도 운동을 경험하며, 파랑 하중, 진동, 충격 및 기울어짐과 같은 다양한 동적 환경에 노출된다. 따라서 원자로 냉각계통, 핵연료 배열, 제어봉 구동장치, 계측 및 보호계통은 이러한 해양 환경에서도 정상적인 기능을 유지할 수 있어야 한다.

특히 자연순환에 기반한 피동안전계통은 중력 방향에 대한 의존성이 크기 때문에 선체 운동 및 경사 조건에서 성능이 저하될 가능성이 있다. 따라서 해양 적용을 위해서는 피동안전계통의 기능이 다양한 자세와 운동 조건에서도 안정적으로 유지될 수 있음을 입증해야 하며, 필요에 따라 능동안전계통과의 적절한 조합이 요구된다. 또한 충돌, 좌초, 침수, 화재와 같은 해양 사고가 원자로 사고로 확대되지 않도록 구조적 보호 개념을 함께 검토해야 한다.

·연료 특성

해양용 원자로는 제한된 공간에서 장기간 운전을 요구하는 특성상 핵연료의 성능이 매우 중요하다. 주요 고려 요소로는 우라늄 농축도, 연료 수명, 열적 안정성 및 사고 시 화학적 거동 등이 있다. 또한, 해양용 원자로는 운전 기간과 핵비확산 요구조건 간의 균형을 확보해야 한다. 사고 시 수소 등 가연성 가스의 발생 가능성 역시 화재·폭발 위험 측면에서 중요한 평가 요소이다. 아울러 연료 및 냉각재의 화학적 안정성은 해양 적용을 위한 중요한 원자로 선정 기준 중 하나로 고려되어야 한다.

·재장전 주기

상선이나 부유식 원자력 발전설비는 세계 각지의 항만을 운항하거나 장기간 특정 해역에 위치하기 때문에 연료 재장전은 매우 제한적으로 이루어져야 한다. 일반적인 육상 원전과 같이 수년마다 정기적으로 연료를 교체하는 방식은 경제성 및 운용 측면에서 불리할 수 있다.

이에 따라 해양용 원자로는 장주기 운전을 기본 설계 목표로 설정하는 경우가 많으며, 일부 차세대 원자로 개념은 선박의 전체 수명 기간 동안 재장전 없이 운전하는 것을 목표로 한다. 이러한 접근은 핵연료 취급 횟수를 줄여 안전성과 보안성을 향상시킬 수 있으며, 항만 내 핵연료 취급 인프라에 대한 의존도를 감소시키는 장점도 있다.

·선내 설치 적합성

원자로는 선박이라는 제한된 공간 내에 설치되어야 하기 때문에 공간 및 중량 제약이 매우 중요하다. 원자로 본체뿐만 아니라 차폐체, 격납구조물, 냉각계통, 전기계통 및 방사선 관리구역을 모두 포함한 전체 시스템을 선박 설계와 통합적으로 검토해야 한다.

특히 방사선 차폐는 승조원 보호를 위해 필수적이지만 상당한 중량 증가를 유발할 수 있으며, 이는 선박의 복원성, 무게중심 및 적재능력에 직접적인 영향을 미친다. 따라서 원자로 배치와 선체 구조 설계는 초기 기본설계 단계부터 동시에 수행되어야 하며, 선박의 추진계통 및 전력계통과의 인터페이스도 함께 고려되어야 한다.

·유지보수 및 검사

원자력 추진 선박은 육상 원전과 달리 유지보수 인력과 설비에 대한 접근이 제한된다. 따라서 정비 및 검사 전략은 설계 초기 단계부터 고려되어야 한다. 특히 해상에서 수행 가능한 점검 범위와 항만 또는 육상 정비기지에서 수행해야 하는 작업 범위를 명확히 구분할 필요가 있다.

또한 원격 감시, 상태기반 유지보수, 고신뢰도 설계 및 고장에 대한 내성을 가진 설계 개념의 적용이 중요하다. 유지보수 접근성이 부족한 해양 환경에서는 원자로 가용성을 높이기 위해 장수명 부품 사용과 모듈화 설계가 요구된다.

·해체 용이성

원자력 추진 선박은 일반 선박과 달리 퇴역 이후 원자로 해체와 방사성 물질 관리가 동시에 수행되어야 한다. 따라서 설계 단계부터 해체 용이성을 고려하는 것이 중요하다.

해체 과정에서 작업자의 피폭을 최소화하고 비용을 절감하기 위해서는 원자로 모듈화 설계, 접근 경로 확보, 제염이 가능한 재료 적용 및 원자로 구획의 분리 가능성 등을 사전에 고려해야 한다. 특히 선박 내부의 제한된 공간은 해체 작업을 어렵게 만들 수 있으므로, 원자로 모듈을 통째로 반출할 수 있는 설계가 유리할 수 있다.

·방사성 폐기물 관리

방사성 폐기물 관리 역시 해양 원자력의 상용화를 위해 해결해야 할 핵심 과제이다. 운전 중에는 사용후 핵연료, 교체 부품, 필터, 수지 및 오염 물질 등이 발생할 수 있으며, 해체 단계에서는 추가적인 방사성 폐기물이 생성될 수 있다.

따라서 설계 단계에서부터 폐기물 발생량 최소화를 목표로 계통 단순화, 장수명 부품 적용 및 오염 확산 억제 설계 등을 반영할 필요가 있다. 또한 부유식 원전의 경우 선내에 폐기물을 저장한 후 육상 시설로 이송하는 방안이 검토되고 있으며, 원자력 추진 선박은 재장전을 최소화하거나 무재장전 설계를 통해 사용후 핵연료 관리 부담을 줄이는 방안이 제시되고 있다.

원자력 추진 선박의 규제체계와 국제적 제도 정비

원자력 추진 선박의 도입을 위해서는 기술개발뿐 아니라 이를 뒷받침하는 규제 및 제도 체계의 정립이 필수적이다. 특히 원자력 추진 선박은 원자력 안전과 선박 안전이라는 두 규제 영역의 영향을 받는 시스템이므로, 기존 육상 원자로 시설의 규제를 단순히 적용하는 것만으로는 충분하지 않다. 해양 환경과 국제 운항 특성을 반영한 통합적인 규제 접근이 요구된다.

현재 원자력 추진 선박과 관련된 규제 체계는 크게 국제 규범, 국가 법령 및 선급 규칙으로 구성된 다층 구조로 이해할 수 있다. 국제적 차원에서는 IAEA가 원자력 안전과 방사선 방호에 관한 기준을 제시하고, IMO가 해상 안전과 선박 운항에 관한 규범을 담당한다. 특히 「국제 해상 인명 안전 협약(SOLAS, International Convention for the Safety of Life at Sea)」 제VIII장(1974)은 원자력 추진 선박에 대한 기본 요구사항을 두고 있으며, 1981년 채택된 「원자력 상선 안전 코드(Code of Safety for Nuclear Merchant Ships, Nuclear Code)」는 설계, 건조, 검사 및 운항과 관련된 보다 구체적인 기준을 제시하고 있다.

그러나 현행 규정은 채택 이후 상당한 시간이 경과하여 최근의 원자로 기술 발전과 해양 적용 개념을 충분히 반영하지 못하고 있다. 특히 적용 범위가 가압경수로를 중심으로 한정되어 있어, 차세대 원자로 기술을 해양 분야에 적용하는 데에는 한계가 있다.

또한 최신 IAEA 안전기준, 피동 안전 개념, 방사선 비상대응 및 3S(원자력 안전(Safety), 안보(Security), 안전조치(Safeguards))의 통합적 접근과의 정합성 측면에서도 보완이 요구된다.

최근 IMO가 기존 규범의 정비에 착수하였다는 점은 주목할 만하다. 제110차 해사안전위원회(MSC, Maritime Safety Committee)는 「Nuclear Code」가 최신 원자력 기술 발전을 반영할 수 있도록 개정 필요성을 확인하고 관련 논의에 착수하였다. 아울러 「SOLAS」 제VIII장의 개정도 함께 검토하기로 하였다.

이어 2026년 제12차 선박설계 및 건조 전문위원회(SDC, Sub-Committee on Ship Design and Construction)에서는 선박의 탈탄소 기술과 대체 추진 체계에 대한 안전규제 작업계획을 정리하면서, 2030년 SDC 16에서 「Nuclear Code」와 「SOLAS」 제VIII장 개정안을 마무리하고 MSC 117 승인 및 MSC 118 채택으로 이어지는 일정을 제시하였다. 이는 원자력 추진 선박의 규제 체계가 더 이상 정체된 영역이 아니라, 최신 기술과 해양 적용 여건을 반영하는 방향으로 본격적인 개정 단계에 진입하고 있음을 보여준다.

한편 IAEA는 해양에서 원자력 기술의 안전하고 평화적인 활용을 지원하기 위해 해양 적용을 위한 원자력 기술 라이선스 프로젝트인 ATLAS (Atomic Technologies Licensed for Applications at Sea)를 출범하였다.

ATLAS는 해양에서 민간 원자력 기술의 배치와 관련된 주요 과제와 장애물을 파악하고, 이에 대한 이해를 증진하며 해결방안을 모색하는 것을 목표로 한다. 나아가 이러한 기술의 안전하고 효율적인 배치를 촉진하고 지원할 수 있는 견고한 프레임워크를 구축하는 것을 목표로 한다. IAEA는 ATLAS를 통해 해양용 원자력의 안전, 보안 및 핵안전조치에 관한 관련 국제 표준과 지침을 통합하는 프레임워크를 구축하고, 적용 가능한 규정, 협약 및 법률을 준수할 수 있도록 지원할 계획이다.

2026년 8월에 미국 워싱턴 D.C.에서 ATLAS 출범 행사가 개최되었다. 이번 출범 행사에서는 민간 원자력 추진 선박 및 부유식 원자력 발전 플랜트의 배치에 대한 전략적 관점과 함께, 원자력 및 해양 공동체 간 국제 협력의 중요성이 논의되었다.

또한 SMR을 포함한 민간 원자력 추진 선박과 원자로 연료의 기술 개발 및 해양 환경에서의 배치와 관련된 법적, 규제적, 정책적 과제에 대해서도 논의가 이루어졌다. 아울러 해양 원자력의 실현을 위한 국제 안전규정 및 표준, 법률 및 규제 체계, 선급, 원자력 안전조치, 원자력 안보 및 구축 로드맵 등을 논의하기 위해 6개의 프로젝트 그룹을 운영하기로 하였다.

IMO와 IAEA의 국제 기준은 원자력 추진 선박의 안전성 확보를 위한 기본적인 기준을 제시하게 될 것이다. 하지만, 실제 적용을 위해서는 각국의 법령 및 행정 체계와의 정합성을 함께 확보해야 한다. 선박은 국제항로를 운항하고 다양한 항만에 입항할 수 있으므로, 기국과 항만국 간 책임과 권한 배분, 국제기구 기준과 국내 규제의 연계, 안전성 평가자료의 상호 수용 가능성 등이 중요한 검토 요소가 된다.

원자력 추진 선박의 규제 및 제도 체계는 기존 육상 원자로 규제와 해사 규제를 단순히 병렬적으로 적용하는 수준을 넘어, 해양 환경과 국제 운항 특성을 반영한 통합적인 규제 체계로 발전할 필요가 있다. 따라서 향후 상용화를 위해서는 국제기구, 원자력 규제기관 및 선급이 상호 협력하여 최신 기술과 실제 운항 환경에 부합하는 새로운 규제 체계를 정립하는 것이 필수적이다.

KR의 해양 원자력 대응과 국제 협력 확대

한국선급은 원자력 추진 선박 분야에서 국내 협력 기반 구축, 국제 규제 변화 대응, 선급 역할 정립 및 국제 네트워크 확장을 중심으로 관련 활동을 수행하고 있다. 이는 원자력 추진 선박의 기술과 규범이 동시에 형성되고 있는 초기 단계에서 단순한 기술 검토를 넘어, 향후 기준과 제도 형성에 선제적으로 참여하기 위한 대응이다.

KR은 원자력 추진 선박 개발과 관련된 원자력 유관기관, 규제기관, 조선소 및 선사 등이 참여하는 공동실무그룹(Joint Working Group)을 한국원자력연구원과 함께 주관하며, 원자력 추진 선박에 필요한 기술적 과제와 제도적 쟁점을 공유하고 국내 협력 기반을 구축해 왔다. 이러한 활동은 개별 기관 차원의 연구를 수행하는 데 그치지 않고, 향후 국내 실증과 제도 정비를 위한 협업 구조를 마련한다는 점에서 의미가 있다.

이와 함께 국제 규범 정비 논의에도 적극적으로 참여하고 있다. IMO MSC 및 SDC 관련 활동을 통해 현행 원자력 상선 안전체계의 한계를 검토하고, 「Nuclear Code」와 「SOLAS」 제VIII장의 개정 논의에 대응하고 있다. 특히 MSC 110 이후 원자력 추진 선박과 관련된 규제 공백 분석과 향후 작업계획이 본격화됨에 따라, 관련 동향에 대한 지속적인 분석과 기술적 대응의 중요성도 더욱 커지고 있다.

IAEA의 ATLAS 프로젝트에 참여함으로써 국제 원자력 규제와 해사 규제의 조화로운 연계 및 협력 체계 구축에 기여하고 있으며, 해양 원자력 통합 프레임워크 개발을 위한 국제사회의 노력에도 적극 동참하고 있다. 이를 통해 원자력 추진선과 부유식 원자력 발전소의 안전한 개발 및 운영을 지원하고, 해양 원자력 시설의 전 생애주기에 걸쳐 적절하고 효과적인 안전이 확보될 수 있는 체계의 구축에 기여하고자 한다.

또한 국제선급연합회(IACS)의 Nuclear Project Team 활동에 참여함으로써 해양 원자력 설비의 인증 및 검사와 관련하여 IACS와 각 선급이 수행해야 할 역할과 범위를 구체화하고 있다. 이러한 활동은 향후 원자력 추진 선박 및 해양 원자력 설비의 인증 체계가 구체화될 경우, 선급의 역할과 책임 범위를 사전에 정립하고 법정검사와의 연계 구조를 구체화하는 데 기반이 될 것으로 기대된다.

나아가 국제 민간 협력 네트워크에도 참여하며 활동 범위를 확장하고 있다. 2024년 3월 영국 런던에서 설립된 NEMO는 해사 분야에서 원자력 에너지의 도입, 운용 및 해체 전 과정에 적용될 수 있는 국제 기준과 규제의 개발을 지원하는 것을 목표로 하고 있다.

KR은 2024년 7월 정회원(Full Member)으로 가입하여 해양 원자력 기술에 대한 국제 규제 체제 형성에 기여하고 있다. 이를 통해 기술 검토를 넘어 해사 분야의 원자력 적용과 관련된 국제 기준 및 제도 논의에 직접 참여할 수 있는 기반을 확보하고 있다.

이와 같이, KR은 국내 공동실무그룹 운영을 비롯해 IMO, IAEA, IACS 및 NEMO의 관련 활동에 참여하며 기술 기반을 정비하고 국제 네트워크를 지속적으로 확장해 가고 있다. 나아가 해양 원자력 분야에서 단순한 검토기관에 머무르지 않고, 기술 기준 형성, 제도 정립, 국제 협력 기반 구축에 실질적으로 관여하는 핵심 주체로서의 역할을 수행하고 있다.