AI 전력 문제와 SMR 미래의 해결책

인공지능(AI) 기술이 비약적으로 발전하면서 전 세계는 지금 ‘계산 능력’의 전쟁터가 되었습니다. 하지만 이 화려한 기술의 이면에는 ‘전력 부족’이라는 거대한 그림자가 드리워져 있습니다. 한동대학교 AI 융합학부 김학주 교수는 최근 강연을 통해 AI 시대의 진정한 게임 체인저가 전력 인프라, 그중에서도 SMR(소형 모듈형 원자로)이 될 것이라고 강조합니다.

오늘은 AI 전력 수요 폭증이 가져올 미래와 왜 SMR이 유일한 대안인지 상세히 알아보겠습니다.

1. AI 시대, 왜 전력이 문제인가?

AI의 성능은 곧 계산 능력에서 나옵니다. 계산 능력이 뛰어나야 상대방보다 먼저 행동하고 경쟁에서 이길 수 있기 때문입니다. 하지만 문제는 이 ‘계산’에 엄청난 전기가 들어간다는 점입니다.

• 10배 이상의 전력 소비: 챗GPT와 같은 생성형 AI는 기존 구글 검색보다 무려 10배 이상의 전력을 소모합니다.
• 송전망의 한계: 대형 원전이나 신재생 에너지를 통해 전기를 만들어도, 이를 수요처까지 보낼 ‘송전망’ 확충이 어렵습니다. 고압선 설치에 대한 주민 반대와 천문학적인 재정 부담 때문입니다.

결국 중앙 집중형 전력 공급 방식은 한계에 봉착했고, 이제는 전력이 필요한 지역에서 직접 전기를 생산하는 ‘분산형 전원’이 필수적인 시대가 되었습니다.

2. SMR(소형 모듈형 원자로)이 유일한 대안인 이유

• 소형화 및 가변성: SMR은 이름 그대로 작게 만들 수 있으며, 전력 수요에 따라 가동률을 20%에서 100%까지 자유자재로 조절할 수 있습니다. 이는 조절이 어려운 천연가스나 대형 원전이 가지지 못한 강력한 장점입니다.
• 안전성의 혁명: SMR은 구조적으로 안전합니다. 크기가 작아 표면적이 넓기 때문에 자연 대류만으로도 냉각이 가능합니다. 즉, 사고 시 전력이 끊겨 펌프가 멈춰도 원자로가 스스로 식을 수 있다는 뜻입니다.
• 4세대 나트륨 냉각 기술: 최신 4세대 SMR은 물 대신 나트륨을 냉각재로 사용합니다. 나트륨은 끓는점이 883도로 매우 높아 압력을 가하지 않아도 폭발 위험 없이 안전하게 가동할 수 있습니다.

또한, 사고 발생 시 대형 원전은 불과 몇 시간 만에 노심용융이 일어나지만, SMR은 약 한 달 정도의 충분한 대응 시간을 벌 수 있어 대형 참사를 원천적으로 방지할 수 있습니다.

3. 격해지는 SMR 패권 전쟁: 중국의 독주와 미국의 추격

현재 SMR 시장에서 가장 앞서 나가는 국가는 놀랍게도 중국입니다. 중국은 에너지 안보와 AI 산업 육성을 위해 SMR에 사활을 걸고 있습니다.

• 중국의 에너지 안보: 중국은 미국과의 갈등 시 말라카 해협이 봉쇄될 경우 석유 수입이 차단될 위험이 있습니다. 이를 타개하기 위해 신재생 에너지와 SMR에 공격적으로 투자해 왔습니다.
• 이미 가동 중인 4세대 SMR: 중국 칭화대 등에서는 이미 고온 가스로 방식의 SMR을 시험 가동하며 기술력을 과시하고 있습니다.

이에 위기감을 느낀 미국 역시 우라늄 농축 보조금을 지급하는 등 SMR 생태계를 살리기 위해 속도를 내고 있습니다. 바야흐로 ‘에너지 패권’이 SMR을 중심으로 재편되고 있는 것입니다.

4. 대한민국과 일본, SMR이 생존 전략인 이유

한국과 일본은 지정학적으로나 지형적으로 에너지 자립이 매우 어려운 국가입니다. 산지가 많아 태양광 패널을 설치할 곳이 부족하고, 바다가 깊어 해상 풍력을 세우기도 만만치 않습니다.

또한, 국방 안보 측면에서도 SMR은 중요한 의미를 갖습니다. 4세대 SMR의 부산물인 플루토늄은 필요시 핵무기의 원료로 사용될 수 있어, 잠재적인 핵 자강 능력을 갖추는 경제적인 안보 수단이 될 수도 있습니다. 결국 AI 강국이 되기 위해서도, 국가 안보를 지키기 위해서도 SMR은 선택이 아닌 필수입니다.

5. 결론: AI와 에너지, 그리고 로봇의 만남

글로벌 저성장 시대에 인류의 유일한 돌파구는 AI를 통한 효율성 개선입니다. 그리고 그 AI를 돌릴 심장이 바로 SMR입니다.

엔비디아(NVIDIA)가 가장 협력하고 싶어 하는 회사는 결국 현대차와 같은 로봇 기술(Physical AI)을 가진 기업이 될 것이고, 에너지(SMR)와 두뇌(AI), 그리고 몸체(로봇)가 결합하는 거대한 산업의 대전환기가 다가오고 있습니다.

우리는 지금 이 에너지 혁명의 흐름을 제대로 읽고 준비하고 있는지 되돌아봐야 할 때입니다.

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