원자로는 민간 해양을 위한 청정 에너지 솔루션입니다

원자력은 역사적으로 미국 군함의 전력 공급에 사용되었지만 민간 해양에는 사용되지 않았습니다. Patrick Pennella, Alex Polonsky 및 Jane Accomando는 원자력 기술의 혁신이 어떻게 안전하고 깨끗한 에너지 솔루션을 제공하는지 설명합니다.

원자력은 1950년대부터 미국 군함의 전력 공급에 성공적으로 사용되었지만 민간 해상 목적으로의 사용은 몇 가지 실험적 설계 이상으로 발전한 적이 없습니다. 높은 초기 자본 비용과 안전에 대한 우려로 인해 민간 해상 함대의 원자력 발전이 위기에 도달하지 못했습니다.

그러나 민간 해양 산업의 탈탄소화 추진과 결합된 원자력 기술의 혁신은 이제 상업적으로 실행 가능한 비용으로 개념을 활성화할 수 있는 기회를 제공합니다.

미 해군은 원자로와 관련된 중대한 안전 사건 없이 수십 척의 핵 추진 전함을 운용했습니다. 그러나 미국은 개념 증명 NS Savannah라는 원자력 상선 단 한 척만 건조했습니다. 하이브리드 화물 및 여객선인 Savannah는 1959년부터 1972년까지 성공적으로 운항되었지만 제한된 화물 및 여객 용량으로 인해 지속적인 운항이 비경제적이었습니다.

Savannah의 의도는 단지 개념을 증명하는 것이었습니다. 그리고 그랬습니다. 몇몇 다른 국가에서는 실험적인 핵 추진 민간 선박을 성공적으로 운영했지만 미국의 경우처럼 널리 채택되지는 않았습니다.

핵 추진은 항상 기존 연료원에 비해 몇 가지 주요 이점을 가져왔습니다.

첫째, 원자력 선박은 재급유 없이 몇 년 동안 갈 수 있습니다. 재래식 선박은 일반적으로 화물 작업과 동시에 연료를 재급유할 수 있지만 우라늄 가격은 석유만큼 변동성이 없기 때문에 원자력 선박 소유자는 연료 가격 변동에 대해 덜 걱정할 수 있습니다. 이와 관련하여, 원자로의 막대한 초기 자본 비용은 연료 소비의 꾸준한 비용보다 더 클 수 있으며, 대형 컨테이너 선박의 경우 월 300만 달러를 초과할 수 있습니다.

둘째, 핵연료의 에너지 밀도로 인해 수백만 갤런의 연료유를 저장할 필요가 없습니다. 이러한 이점은 연료 저장 공간과 화물 공간 간의 전통적인 상충 관계를 제거합니다. 원자력 선박은 연료 탱크가 차지하는 공간을 화물용으로 재활용할 수 있습니다.

필요한 차폐를 고려하더라도 기존의 대형 컨테이너 선박과 비교할 때 비슷한 크기의 원자력 선박은 더 많은 표준 선적 컨테이너를 수용하고 더 빠른 속도로 작동할 수 있습니다.

이와 관련하여, 원자력 선박에서는 해상 사고 발생 시 파열될 연료 탱크가 없으므로 수천 배럴의 연료유가 민감한 연안 환경으로 배출되는 것을 방지하고 관련 복구 비용을 방지할 수 있습니다.

미국선급협회(American Bureau of Shipping)의 2023년 7월 연구에서는 이러한 처음 두 가지 사항을 확인했습니다. 한 가지 모델을 기반으로 한 연구에서는 대형 컨테이너 선박에 30MW 고속로 2기를 사용하면 화물 용량과 운영 속도가 증가할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

또 다른 구성에서는 대형 유조선에 4개의 5MW 히트파이프 마이크로반응기를 사용하면 화물 용량이 줄어들지만 작동 속도는 높아집니다. 그리고 두 가지 예 모두에서 연료는 상업용 선박의 일반적인 작동 수명인 25년 동안 지속될 수 있습니다.

셋째, 기존 연료는 벙커유이며, 이산화탄소, 입자상 물질 등의 연소 부산물을 배출한다. 배출에 관한 환경 규제가 전 세계적으로 강화됨에 따라 원자력은 신뢰할 수 있는 청정 무탄소 에너지원을 제공합니다.

최근 원자로 기술의 발전으로 원자력 선박의 ​​경쟁력이 향상되고 있습니다. 마이크로 및 소형 모듈형 원자로의 출현은 규모의 경제를 달성하여 SMR을 비용 효율적으로 만들 수 있는 표준화된 설계를 제공합니다. 이러한 설계는 육상 발전을 위한 것이지만 크기와 표준화로 인해 상업용 선박에 사용하기에 적합합니다.

대형 상업용 선박의 수가 많아 대규모 배치 가능성이 생기고 규모의 경제, 표준화된 운영자 교육 및 안정적인 공급망의 이점을 누릴 수 있습니다.