최근 여러가지 요인으로 미국 원자력 및 우라늄 채굴기업에 대한 주가가 크게 상승하고 있습니다. 하지만 개별 주도주들은 주가 변동성이 심하고 이미 상승폭이 커서 관련종목이나 ETF투자에 관심을 갖는 분들이 많으신데요.
원자력 테마에 투자하려면 원자력 개발 뿐 아니라 우라늄 채굴분야에도 관심을 가져야 합니다. 이 주제는 저도 관심있는 분야라 1)원자력, 우라늄 투자가 뜨는 배경과 현황, 2)4세대 원자로와 SMR은 무엇인가, 3)관련 종목과 NLR, URNM, URA ETF 3개의 포스트로 내용을 정리하려고 합니다. 우선 1탄을 시작하겠습니다.
목차
글로벌 전기 사용량 상승과 원인
☑️ 글로벌 전기 사용량 현황과 향후 예측
일단 전기 사용량이 어떻게 변화하는지 감을 잡는 것부터 시작하겠습니다.
일단 2024년 기준 글로벌 전체 전기 사용량은 약 3만 TWh입니다. 1TWh는 1 테라와트시라고 읽는데, 1조 와트시입니다. 조 단위가 되면 숫자에 대해선 별 감이 없어지죠... 참고하자면 2022년 기준 우리나라가 1년동안 사용한 전기량은 약 500TWh, 일본은 약 1,000TWh입니다.
주목할 부분은 붉은 색 박스입니다. 각 박스는 1만 TWh가 증가한 기간을 의미하는데요. 1990년 이후 1만 TWh가 증가하는데 20년이 걸렸는데, 2010년 이후 1만 TWh가 증가하는데는 15년이 걸렸습니다. 현재 전기 사용량 증가속도를 고려하면 2035년에는 약 4만 TWh의 전기가 필요하다고 예측합니다. 10TWh가 증가하는데 걸리는 기간이 10년으로 줄어듭니다.
향후 10년 내에 현재 전기 발전량의 30%를 늘여야 합니다. 이게 왜 문제일까요?
- 화석연료 발전소를 늘이기 어렵습니다. 석탄, 석유를 사용하는 화력 발전소는 건설기간이 짧고 건설비용도 적지만 기후문제로 규제가 강화되어 추가적으로 화석연료 발전소를 짓는 건 매우 어렵거나 불가능합니다. 물론 트럼프 같은 사람이 나타나서 규제를 풀어버리는 변수가 있습니다.
- 건설 및 환경규제가 강화되었습니다. 이건 글로벌 모든 국가들의 약속으로 탄소 배출량을 감소시키기 위해, 발전소를 짓는 데 여러가지 환경기준이 강화되어 발전소 건설비용과 기간이 증가했습니다.
- 재생에너지 발전소는 건설기간이 길고 비용이 많이 필요합니다. 풍력 발전소는 육상의 경우 4~8년, 해상읜 7~11년의 건설기간이 필요합니다. 태양광은 건설기간이 짧지만 토지가 많이 필요하고 비용이 많이 듭니다. 아래에 나오겠지만 원자력 발전소도 약 7~10년이 필요합니다.
그러면 왜 이렇게 전기 사용량이 급증했는지 살펴보겠습니다.
☑️ 원인1. 기후변화
지구 평균기온이 상승하면서 냉방 수요는 크게 증가하고 난방 수요는 상대적으로 감소하고 있습니다. 전체적으론 난방 수요감소가 냉방 수요증가를 상쇄하지 못하는 수준이라고 하는데요. 지구 온난화로 인해 매년 여름 평균기온이 최고치를 갱신하고 있습니다. 2050년까지 에어콘 및 냉방 수요는 3배 증가할 것으로 예상하는데, 이에 반해 감소하는 난방 수요는 상대적으로 적습니다.
☑️ 원인2. AI, 데이터센터, 암호화폐
IEA(Internation Energy Agency)는 데이터센터, AI, 암호화폐로 인한 전기 사용량이 2022년 460TWh에서 2026년에는 1,000TWh로 2배 증가할 것으로 예상했습니다. 1,000TWh는 일본이 1년 간 사용하는 총 전기사용량에 맞먹습니다.
AI가 얼마나 전기를 많이 쓰는지 알 수 있는 단적인 예시 몇 가지가 있습니다.
- AI로 이미지를 하나 만드는 데 스마트폰 한 대를 완충하는 전기를 소모합니다.
- 구글에서 제공한 데이터에 따르면, 기존 인터넷 검색 대비 AI질의/답변은 약 10배의 전기를 사용합니다.
- AI의 전기 사용량은 머신러닝이 40%, 추론에 60%를 사용합니다. DeepSeek가 등장하면서 많이 알려졌습니다만, AI는 이제 머신러닝 단계를 지나 본격적인 추론과정에 들어갔습니다. 쉽게 말해서 AI는 앞으로 기존보다 최소 1.5배 이상의 전기를 사용해야 합니다.
- 2024년 Bosch Conference에서 일론 머스크는 2025년부터 AI로 인한 전력 부족현상이 발생할거라 예상했습니다.
왜 원자력, 우라늄에 투자해야 할까
☑️ 트럼프 정권의 에너지 자립정책
이건 미국에 한정된 얘기입니다만, 위 사진에서 보신 것처럼 미국은 글로벌 전기 사용량의 25%이상을 차지하는 주요 국가입니다. 때문에 미국의 에너지 정책은 관련 산업 전반에 영향을 미칠 수 밖에 없는데요.
또한 트럼프 정권의 에너지 자립정책은 현재 가장 집중하고 있는 고관세 정책과도 연동되어 있어서 매우 중요합니다. 수입물품의 관세를 높이면 물가가 상승하여 인플레이션이 상승할 수 밖에 없는데, 이를 낮춰주는 반대쪽 요인이 에너지 자립정책입니다. 인플레이션의 가장 큰 구성요소인 에너지 비용을 낮추면 관세상승효과를 상쇄할 수 있기 때문입니다.
1월 20일 트럼프는 국가 에너지 비상사태를 선언했는데, 핵심적인 내용은 '재생 에너지원을 배제하고 화석연료 생산 촉진 및 관련규제 완화'하는 것이었습니다. 관련 세부내용은 아래와 같습니다.
- 화석연료 관련 규제 완화: 기존 석유, 석탄, 천연가스 개발 관련 주요 규제 정책을 모두 해제했습니다. 더불어 화석 연료 자원 운송을 위한 다코타 액세스 파이프라인, 키스톤 XL 파이프라인과 같은 새로운 파이프라인 건설을 지원했습니다.
- 국제 기후 협정 탈퇴: 미국은 자국의 경제적 영향과 주권에 대한 이유로 파리 기후 협정을 탈퇴했습니다. 이로서 트럼프는 미국이 주도했던 파리 기후 협정에서 2번째 탈퇴했고, 당장 내년부터 온실가스 배출 목표를 지키지 않아도 될 수 있습니다. 더불어 트럼프는 온실가스의 사회적 비용에 대한 기관 간 실무자 그룹을 해산했습니다.
- 원자력을 화석연료와 동등 취급: 핵 규제 위원회(NRC)를 통해 핵 발전 프로젝트의 신속한 승인과 관련 규제 완화를 지원합니다. 관련하여 원자력 발전 프로젝트(Vogtle 3호기와 4호기)에 대한 대출보증을 지원했고 테라파워, X-energy2와 같은 회사의 SMR 등 첨단 원자로 기술개발에 대한 자원을 지원합니다.
미국에서는 2024년 7월에 '원자력 발전 배치 가속화 방안(Advance Act)'가 초당적 지지로 통과되었는데요. 이것은 이미 바이든 정권때부터 원자력 발전을 적극적으로 확대하겠다는 의지가 정권을 넘어서 이어지고 있다는 것을 의미합니다.
☑️ 탄소중립 에너지원
최근 원자력 발전이 관심을 받고 있는 이유 중 하나는 원자력이 재생에너지 수준의 환경친화적 에너지원으로 인정받았기 때문입니다. 아래 그림처럼 원자력 발전의 탄소 배출량은 태양광이나 풍력, 해력 발전소보다 낮습니다.
유엔기후변화협약인 COP28은 2023년 12월 기후 변화 회의에서 미국을 포함한 글로벌 20개 국가의 동의 하에 원자력 발전용량을 2050년까지 3배로 늘이겠다고 공동 선언했습니다. 이것은 글로벌하게 원자력 발전을 재생 에너지 수준의 청정 에너지로 인정하겠다는 의미를 포함하고 있습니다.
동일한 목적으로 2022년 EU에서는 원자력과 천연가스를 '그린 텍사노미(green texonomy)'에 포함시켰습니다. 그린 텍사노미는 어떤 에너지원이 친환경인지 아닌지를 결정하는 기준으로 유럽 및 아시아 등 각 지역에서 자체적인 기준을 개발/채택하고 있습니다. 이 기준에 부합하지 않는 국가의 공산품은 수입 시 탄소세를 부과하거나 수입이 제한될 수 있습니다.
물론 모두 아시는 것처럼 원자력은 폐기물이란 치명적인 환경문제가 있습니다. 이를 극복하기 위해 제 4세대 원자력 기술 혹은 SMR개발이나 사고저항성 핵연료(ATF)기술 적용, 고준위 방사성폐기물 처리방안 고도화 등 여러가지 기술개발이 진행 중이라 폐기물 문제도 많이 개선될거라 생각합니다.
[참고]
‣제4세대 원자력 기술 개발: 미국 에너지성이 제시한 원자로 개념으로 Gen-IV라고 하는데요. 폐기물을 최소화하기 위한 순환형(폐쇄형)핵연료주기를 갖는 신형 원자력 발전기술을 연구, 개발, 실증 및 적용해야 합니다.
‣신규 원전 건설은 제3+세대 원전으로 건설: 현존하는 최상의 기술인 제3+세대 원전으로 거설해야 하며, 2045년까지 건설 허가를 받아야 합니다.
‣기존 원자력 시설의 수명 연장을 위한 시설 개선작업: 2040년까지 승인을 획득해야 합니다.고준위 방사성폐기물 처분시설 운영계획: 2050년 내에 운영할 수 있는 문서화된 계획을 보유해야 합니다.
‣신규원전과 기존원전에서 2025년 이후 사고저항성 핵연료(ATF)기술을 필수적용: 전통적인 핵연료보다 심각한 사고 조건을 잘 견디며 폐기물 발생을 줄이고 운영비용을 낮추는 데 도움이 되는 기술입니다.
☑️ 원자력 수요와 함께 성장하는 우라늄
원자력 발전의 수요가 증가한다면 우라늄 수요가 증가하는 것은 너무 자연스러운 일입니다. 이건 전기차가 성장하니 2차전지가 함께 성장한 것과 같은 원리인데요.
글로벌 우라늄 수요는 2040년 약 12만 톤으로 2022년 대비 2배 이상 증가할 것으로 전망합니다. COP28이 원자력 발전소를 2050년까지 3배 늘이는 계획이라면, 우라늄 수요는 그보다 수요의 증가속도가 더 빠릅니다. 아래 그림을 참고하세요.
우라늄 광석이 원자력 발전에 사용할 수 있는 핵원료로 변환되는 과정을 아주 단순화해서 정리했습니다.
- 채굴: 우라늄이 포함된 광석을 채굴합니다.
- 밀링: 채굴한 광석에서 우라늄을 분리하여 곱게 빻아 가루롤 만듭니다. 그리고 화학물질로 우라늄을 녹여서 건조시키면 '옐로우 케이크(U308)'라고 불리는 산화 우라늄 분말이 만들어집니다.
- 변환: 분말 혹은 고체상태인 옐로우 케이크를 농축이 가능한 가스인 육불화 우라늄(UF6)로 변환합니다.
- 농축: 육불화 우라늄(UF6)를 농축하여 U-235를 3~5%수준까지 높이면 원자력 발전에 사용할 수 있는 핵원료가 만들어집니다. (U-235를 90% 이상 농축하면 핵폭탄이 됩니다)
위 과정에서 말씀드린 옐로우 케이크(U308)과 이를 농축가능한 가스 형태로 만든 UF6, 그리고 농축 서비스 비용 SWU의 가격변화를 아래 그림으로 표시했습니다. 2022년 1월 대비 2024년 10월에 U308의 가격은 2배, SWU는 3배, UF6는 4배 증가한 것을 알 수 있습니다.
2022년부터 U308, UF6, SWU 가격이 급증한 이유는 수요증가도 있지만, 러시아-우크라이나 전쟁이 더 큰 영향을 줬습니다. 러시아의 우라늄 보유량은 전체 우라늄의 5% 정도입니다만, UF6 생산량은 2020년 기준 글로벌 전체의 40%가 넘습니다.
러시아는 소련 시절부터 핵 기술이 발달한 국가인데요. 러시아는 글로벌 2위 우라늄 매장국가인 카자흐스탄이 채굴한 우라늄을 UF6로 변환해서 판매했습니다. 그런데 우크라이나-러시아 전쟁이 터지면서 러시아 공급량이 확 줄어든 것이죠.
거기다 2024년 8월에 미국에서는 동맹국 및 서방 국가들에게 러시아산 핵연료 수입을 금지시켰습니다. 2022년 러시아가 우크라이나를 침공하면서 러시아에 경제적 압력을 가하기 위한 수단 중 하나였는데요. 이건 미국의 에너지 안보를 강화하기 위한 목적도 포함되어 있었습니다.
이러한 배경으로 2023년부터 우라늄 채굴/UF6변환 기업과 우라늄 채굴관련 ETF주가가 급등합니다. 예를 들어, Cameco는 카자흐스탄, 캐나다, 미국에서 우라늄 채굴 및 UF6변환작업을 하는 글로벌 최대 우라늄 관련 기업입니다. 그리고 우라늄 채굴 관련 기업들에 투자하는 URNM ETF에서 가장 큰 비중으로 투자하는 기업이기도 합니다.
사진처럼 2023년 이후 카메코와 URNM ETF주가가 크게 상승했습니다. 원자력 발전 관련 기업에 투자하는 것도 좋지만, 원자력 발전소가 늘어나면서 계속 수요가 증가할 수 밖에 없는 우라늄 투자에도 관심을 가져야 할 이유입니다. 관련 기업 및 ETF에 대한 소개는 다른 포스트에서 좀 더 자세히 다루겠습니다.
원자력 발전의 장/단점
☑️ 장점
원자력 발전의 장점은 아래 4가지 정도로 정리해 볼 수 있겠습니다.
- 안정적인 전력생산: 재생에너지 발전소는 날씨나 천재지변의 영향에 따라 전력 생산량에 기복이 크고 안정적이지 못하다는 단점이 있습니다. 2021년 유럽에서는 러시아 천연가스 공급중단과 기후문제로 인한 풍력발전 중단으로 에너지 가격이 급등했는데, 전력 생산의 60%를 원자력으로 해결하는 프랑스만 피해가 없었던 사례가 있습니다.
- 토지이용의 효율성: 재생에너지 발전소들은 생각보다 많은 땅을 사용하거나, 특성 상 발전소 위치를 자유롭게 결정할 수 없습니다. 풍력, 해력, 지력발전소를 생각해보시면 어쨌든 발전을 할 수 있는 곳에 발전소를 지어야 한다는 걸 쉽게 이해할 수 있으며, 태양광은 대량 전기발전을 위해선 엄청난 크기의 땅을 사용해야 합니다. 반면 원자력은 상대적으로 발전소 위치를 자유롭게 선택할 수 있습니다.
- 긴 수명: 원자력 발전소의 평균 수명은 50~60년으로 평균 20~30년의 재생에너지 발전소보다 깁니다.
- 높은 효율성: 원자력 발전소는 작은 양의 우라늄 핵원료로 많은 전기를 생산할 수 있습니다.
☑️ 단점
반면 원자력 발전도 큰 단점들을 가지고 있는데요.
- 건설기간이 길다: 원자력 발전소를 짓는 데 걸리는 기간은 평균 10년입니다. 건설 자체에도 시간이 많이 걸리지만 각종 규제와 승인과정에서 걸리는 시간도 만만치 않게 깁니다. 이런 부분들은 규제완화로 조금씩 줄어들고 있습니다만, 평균 2~3년에서 5년 정도면 만들 수 있는 재생에너지 발전소 대비로는 여전히 긴 편입니다.
- 건설비용이 비쌈: 재생에너지 발전소 건설비용 대비로 원자력 발전소는 평균 2~3배 이상 비쌉니다. 상식적으로 생각해도 원자력 발전소가 기술적으로도 복잡하고 안전장치가 많이 필요하며, 규모자체도 재생에너지보다 훨씬 크기 때문에 건설비용이 비쌀 수 밖에 없습니다.
- 안전과 폐기물 문제: 이건 길게 얘기하지 않겠습니다. 한번 사고가 나면 재앙이고, 폐기물도 계속 묻는데 한계가 있고 묻는다고 해도 아주아주 오랜 기간동안 없어지지 않고 방사능을 뿜어냅니다. 물론 기술적으로 이런 부분을 개선하고 있습니다.
- 제한된 연료: 우라늄 매장량이 많긴 합니다만, 그래도 지구 상에 묻혀있는 자원이라 언젠가는 고갈됩니다.
흥미로운 것은 우리나라 원전 기술이 꽤 경쟁력이 있다는 점입니다. 아래 그림처럼 우리나라 원자력 발전 건설비용은 다른 국가대비 매우 낮은 편이고, 건설기간도 약 3년으로 매우 빠릅니다. 물론 국가별 법규와 규제에 따라 건설기간은 늘어날 수 있습니다.
이러한 단점들을 해결 및 극복하기 위해서 제 4세대 원자로와 SMR과 같은 신기술들이 연구/개발되고 있는데요. 관련 내용들은 다음 포스트에서 다루도록 하겠습니다.
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