AI 전력 수요와 미국 ‘원전 르네상스’: 핵폐기물 해법이 열쇠다—정책·공급망·자본시장 10년 시나리오

이중석 | 경제 전문 칼럼니스트·데이터 분석가

서문: 왜 지금 ‘원전’인가

미국 에너지정책과 자본시장의 축이 다시 원자력으로 기울고 있다. AI 데이터센터 급증, 제조업 리쇼어링, 전력망 신뢰성이라는 세 가지 구조적 요인이 동시에 작동하면서다. 2025년 들어 미 행정부는 향후 25년간 원전 전력 생산을 4배 확대하겠다는 행정명령을 발동했고, 웨스팅하우스를 중심으로 한 수십억 달러 규모의 신규 프로젝트 패키지가 추진 중이다. 동시에 구글·마이크로소프트·메타 등 빅테크는 기존 원전과의 장기 전력구매계약(PPA)을 잇달아 체결하고 있다. 그러나 이 모든 낙관론의 발목을 잡는 숙제가 있다. 바로 고준위 방사성 폐기물의 영구 처분 문제다. 정책·기술·사회적 합의라는 삼중 퍼즐이 풀리지 않으면, 미국의 ‘원전 르네상스’는 속도도, 규모도 확보하기 어렵다.

본 칼럼은 최근 보도된 객관적 데이터와 정책 신호를 토대로, 미국 원전 부활의 방향성과 핵폐기물 해법의 관문이 1~10년의 자본시장에 미칠 영향을 정밀 분석한다. 특히 AI 전력 수요와 SMR(소형모듈원자로), 재처리·심층처분, 연방 법·재정의 상호작용을 시나리오로 구조화해, 투자자와 기업·정책 담당자가 참고할 로드맵을 제시한다.

주목

요약(Executive Summary)

AI 인프라·제조 리쇼어링으로 전력 수요의 질적 전환이 진행 중이며, 24/7 기저전원이라는 속성상 원전이 에너지 안보·탄소중립을 동시에 충족할 수 있는 대안으로 재부상했다.
미국은 현재 28개 주, 94기 원자로로 전력의 약 20%를 생산한다. 1990년 이후 준공된 신규 원전은 단 2기이며, 예산 초과(약 $150억+)·지연의 교훈이 남아 있다.
핵폐기물은 누적 95,000톤+이 39개 주 79개 부지에 임시 저장 중이며, 매년 약 2,000톤이 추가된다. 연방정부의 지연으로 납세자 부담이 누적 $111억(향후 $445억 가능)까지 확대됐다.
유카 마운틴 프로젝트 좌초 이후, 지하 심층처분과 딥 보어홀, 재처리 후 연료화 등 대안이 병행 모색 중이다. 핀란드 온칼로는 세계 최초의 영구처분 시설 가동 임박 단계에 들어섰다.
SMR는 표준화·모듈화로 비용·기간 리스크를 낮출 유망주이나, 미국 내 상업 가동은 2030년 전후가 현실적이다. 테라파워의 와이오밍 프로젝트가 대표 사례다.
빅테크의 원전 PPA, 기존 원전의 증설·수명연장은 1~3년 내 현실적 브리지다. 대형 신규건설은 정책·규제·자본비용의 병목을 뚫어야 한다.
핵폐기물 해법이 정책적으로 가시화되지 않으면, ‘원전 르네상스’는 기대>실행의 괴리에 갇힐 것이다. 승자는 단기엔 연료주기·현장서비스, 중기엔 SMR·표준화 공급망, 장기엔 처분 인프라·책임보험 영역에서 나온다.

1) 무엇이 달라졌나: ‘AI 전력’과 정책 회귀

2025년, 미국의 에너지 담론을 바꾼 것은 AI 데이터센터의 전력 수요였다. 반도체 업체 경영진의 차세대 AI 가속기(예: 블랙웰) 수요 폭증 발언, UBS의 2026년까지 AI 주도 랠리 전망 등은 기술기업의 Capex 사이클이 전력·부지·송전 등 물리 인프라로 확산된다는 점을 시사한다. 원전은 여기서 24/7 무탄소·대용량이라는 대안을 제공한다.

정책의 축도 이동한다. 미 행정부는 향후 25년간 원전 전력 4배 확대를 목표로 대형 경수로+SMR을 병행한다는 방침을 공개했다. 웨스팅하우스는 카메코·브룩필드 등과 함께 $800억 규모의 원전 패키지 계약을 체결했고, 독립 원자력 기업 분할·상장 가능성도 거론된다. 시장 측면에선 구글-넥스트에라, MS-컨스텔레이션의 PPA, 메타의 20년 장기계약 등 빅테크-원전의 구조적 결합이 관측된다. 동시에 상호관세·대중 규제 같은 통상 변수는 핵심 광물·희토류의 미국 내 공급망 구축을 가속한다.

2) 핵폐기물의 ‘현황과 비용’: 숫자로 보는 병목

핵심 수치
• 누적 사용후핵연료: 95,000+ 톤 (39개 주·79개 부지 분산 임시저장)
• 연간 증가량: ~2,000 톤/년
• 납세자 보전금(정부 지연 손배): 누적 $111억, 향후 $445억 가능성
• 현재 원전: 94기 (28개 주), 전력의 약 20% 생산

핵폐기물은 기술 문제가 아니라 제도·사회적 수용성 문제라는 말이 맞을 만큼, ‘해법의 정치학’에 갇혀 왔다. 연방정부는 법적으로 사용후핵연료를 인수·처분해야 하지만, 유카 마운틴의 좌초로 공백이 발생했다. 이 결과, 각 원전 부지의 수조·건식 캐스크 임시저장은 장기화했고, 정부의 손해배상금은 해마다 불어난다.

해외는 전진한다. 핀란드 온칼로(ONKALO)는 지하 심층 영구처분 시설을 사실상 마무리했고, 스웨덴은 착공 단계에 들어섰다. 미국도 대안을 모색 중이다. 지하 심층처분의 표준 모델에 더해, 딥 아이솔레이션이 추진하는 딥 보어홀(수직·수평 시추 터널에 내식성 용기 적층 저장), 오클로·큐리오·샤인 등이 추진하는 재처리-연료화가 그것이다. 그러나 규제·책임·비용·사회적 합의의 쟁점을 동시에 넘을 체계는 아직 미완이다.

주목

축	현상태(미국)	장단점	정책 과제
지하 심층처분(DGR)	유카 중단, 대체지 미확정	검증성 높음 vs. 후보지 합의 난항	합의 기반 부지선정·연방 재정 백스톱
딥 보어홀	시연 준비 단계(텍사스 등)	운송 리스크↓ vs. 기술·규제 검증 필요	파일럿→허가 체계·책임 배분
재처리·연료화	민간 이니셔티브 가동	SMR 연료 경로 vs. 비용·핵확산 우려	표준·감시체계·상업성 검증

3) ‘AI-원전’의 간극: 1~5년은 ‘브리지’, 5~10년은 ‘표준화’

핵심은 시간표다. AI 전력 수요는 이미 현실이지만, 신규 원전의 대규모 상업 가동은 아직 시간이 필요하다. 미국 내 상업 운전 중인 SMR는 아직 없고, 테라파워의 와이오밍 프로젝트가 2030년 말 가동을 목표로 한다. 그 사이 1~3년은 기존 원전의 수명연장·출력 증강(업레이트), 장기 PPA, 송전·수요관리가 현실적인 브리지다. 이 구간에서 원전은 ‘증설’보다 ‘활용 극대화’로 기여할 가능성이 크다.

5~10년 구간은 표준화·모듈화가 승부를 가른다. 설계 승인-조달-제작-현장 시공의 체계적 반복 가능성이 확보되어야, 원전이 비용 예측가능성과 금융 조달성을 회복한다. 반면, 구조적 원가경쟁력이 재생에너지+저장·가스 대비 뒤지면, 정책 드라이브에도 경제성의 벽에 부딪힌다. 실제로 NIRS(핵정보자원서비스)는 원전이 유틸리티 태양광·풍력·가스 대비 가장 비싼 전원이라고 지적한다. 이 견해는 용량요금·계통가치까지 총합적으로 평가할 때 달라질 수 있으나, 비용-리스크라는 현실 검증을 피해갈 수는 없다.

4) 법·재정·사회적 합의: ‘3중 관문’을 넘는 조건

첫째, 법·규제: 심층처분·보어홀·재처리에 대한 허가 기준·감시체계·책임분담을 명확히 해야 한다. 특히 연방 표준과 주(州) 권한의 조정, 핵확산 방지 원칙과의 정합성이 핵심이다.

둘째, 재정·보험: 연방 백스톱(폐기물 인수보증·책임보험 상한), 폐기물 관리 기금(원전 MWh당 부과금), 프로젝트 파이낸스(정책·수요 연계한 그린보증) 설계가 필요하다. 지연·초과비용의 역사적 리스크를 흡수할 장치가 없다면, 자본비용(Cost of Capital)이 가파르게 올라간다.

셋째, 사회적 합의: 후보지 사전 동의(consent-based siting), 지역 참여 이익(세수·일자리·인프라) 설계가 병행돼야 한다. 핀란드의 사례는 ‘과학+지역 합의’의 조합이 가능함을 보여준다. 미국도 지방정부-지역사회-사업자의 삼자 협력을 제도화해야 한다.

5) 투자자 시각: ‘누가 먼저 현금흐름을 만든다’

원전 테마는 추상적 ‘확대’가 아니라, 현금흐름이 가장 먼저 도달하는 고리부터 접근해야 리스크-리턴이 합리화된다.

① 단기(1~3년): 확실한 파이프

기존 원전 운영·업그레이드: 수명연장·업레이트·정비 O&M, 사이버·안전 규정 대응. 장기 PPA를 확보한 자산이 밸류에이션 프리미엄을 얻는다.
핵연료주기·서비스: 우라늄 전·후방, 집합체 제조, 사용후핵연료 건식 캐스크·취급 서비스. 주기적·규제기반 수요로 경기방어적 성격.
데이터센터-원전 PPA: 현존 설비 대상의 10~20년 장기 계약이 눈에 보이는 현금흐름을 창출한다.

② 중기(3~5년): 표준화 초입

SMR EPC·모듈 공급망: 설계 인증·표준화 공정이 반복되기 시작하는 초기. 납품·조달 신뢰도를 쌓은 공급사가 승자독식 경향.
재처리·연료화 파일럿: 상업성 검증에 성공하면, 연료 다변화와 폐기물 감소라는 전략적 프리미엄 형성.

③ 장기(5~10년): 처분 인프라·보험

심층처분 프로젝트: 한 곳이라도 상업적·사회적 합의를 통한 착공·가동이 나오면, ‘불가능 가설’이 깨지고 금융모형이 성립한다.
책임보험·보증시장: 프로젝트 리스크를 증권화·보험화하는 틀이 열리며, 위험 프라이싱의 합리화가 시작된다.

투자 포인트: 변동성 관리는 현금창출 가시성에 비례한다. ‘상징·테마’가 아닌 PPA·O&M·연료·규제기반의 캐시플로우부터 쌓아야 한다.

6) 반대 논리와 우리의 반론

비용·지연·사고 위험은 원전의 고질적 약점이다. 1979년 스리마일섬, 1986년 체르노빌, 2011년 후쿠시마는 기술·운영·정책 전 영역에 장기 흔적을 남겼다. 반대론은 “재생에너지+저장·수요반응”으로 충분하다고 말한다. 그러나 실제 전력망 운영에서 무한대의 저장·송전·유연성이 즉시 주어지는 것은 아니다. ‘AI+제조’의 품질·시간 제약을 충족하려면, 기저전원 역할의 믹스가 필요하다. 원전은 그 중 하나다. 더구나 탄소비용·안보 프리미엄까지 반영하면, 원전의 상대가치가 상승한다.

핵폐기물은 ‘해결 불가능’이 아니라 ‘미완의 합의’ 문제다. 핀란드는 과학·절차적 합의로 돌파했고, 미국도 연방 백스톱+분산형 파일럿으로 신뢰를 쌓을 수 있다. 특히 딥 보어홀은 운송 리스크 저감과 현장 병행 저장이라는 장점을 갖는다. 기술 검증과 규제 프레임을 서둘러야 한다.

7) 정책 대안: ‘가치사슬별’ 실행 체크리스트

폐기물 책임의 연방 백스톱: 부분 정부보증(인수의무·책임상한), 기금 리뉴얼(MWh당 폐기물부담금), 지역 상생(세제·일자리·인프라) 패키지.
SMR 표준화·조달혁신: 모듈 인증·공장 제작 고도화, 조달 플랫폼으로 반복학습 효과 극대화.
파일럿-규모화 경로: 딥 보어홀·재처리 파일럿의 스테이지-게이트 설계(기술·환경·안전·비용 마일스톤 연동).
금융·보험 프레임: 그린보증·조건부 대출(폐기물·안전 마일스톤 연계), 프로젝트 보험(지연·초과비용 리스크 분산).
PPA·수요연계: AI 데이터센터·산업단지와의 수요 앵커링. 전력 품질 KPI(가용성/빈도/주파수) 반영한 퍼포먼스 기반 요금.

8) 정량적 구조—‘리스크 매트릭스’로 본 경로 의존성

리스크 요인	발현 가능성(1~5)	영향도(1~5)	완화 수단
폐기물 영구처분 지연	4	5	딥 보어홀·분산 파일럿, 연방 백스톱
건설 지연·초과비용	3	5	SMR 표준화·공장제작, 성과연동 계약
자본비용 급등	3	4	정책보증·금융 다각화(PF+보험)
사회적 수용성 미흡	3	4	사전 동의·지역 상생 패키지
연료·핵심광물 공급망	2	3	국내 공급망·재처리 경로 병행

9) 사례로 읽는 신호: 정책·기업·자본

정책 신호: 행정명령(25년 4배), $800억 원전 패키지(웨스팅하우스·카메코·브룩필드). 연방 지렛대가 프로젝트 파이프라인을 당기고 있다.
기업 행보: 빅테크-원전 PPA(구글·MS·메타). 전력 품질을 가격만큼 중시하는 수요자 전략이다.
기술 파일럿: 딥 아이솔레이션의 보어홀(텍사스 시연 준비), 오클로의 재처리·연료화·고속로 병행 전략. 상업성 검증의 변곡점이 다가온다.
비판적 검증: 전직 NRC 위원장·NIRS 등은 비용·현실성을 경고한다. 이 논점은 더 빨리, 더 싸게를 강요하는 SMR 표준화의 당위를 강화한다.

10) 3·5·10년 로드맵: 시나리오 플래닝

단기(1~3년): ‘활용 극대화-파일럿 착수’ 국면

기존 원전의 수명연장·업레이트 확대, 빅테크 PPA 본격화
딥 보어홀·재처리 파일럿 착수, 규제 프레임 초기 설계
핵심 광물·우라늄 연료주기 내재화 가속

중기(3~5년): ‘표준화의 문’

선도 SMR의 초도 상업 운전 및 반복 시공 착수
딥 보어홀·재처리의 스테이지-게이트 통과·확대 여부 판정
연방 백스톱·보증·보험 프레임 정착

장기(5~10년): ‘처분 인프라-금융혁신’

첫 영구 처분 착공·가동 성공 시, 프로젝트 파이낸스의 리스크 프라이싱 구조가 바뀐다
SMR 표준 패밀리의 조달 플랫폼화, 모듈 공급망의 규모의 경제
AI·제조 수요와의 수급-가격 안정 메커니즘 확립

11) 섹터·자산별 함의

유틸리티: 규제자산·장기요금 기반의 방어성+에너지전환 프리미엄. 원전 비중과 PPA 파이프라인에 따라 밸류에이션 격차 확대.
연료주기·서비스: 우라늄·집합체·캐스크·O&M은 정책·규제 기반의 가시성 높은 캐시플로우. 분산형 파일럿 확산 시 현장 서비스 수요가 구조화.
SMR·EPC: 표준화 성공 시 승자독식 속성. 설계·조달·모듈 제작 역량이 핵심.
프로젝트 금융·보험: 연방 백스톱·책임상한·지연보험·그린보증 등 신금융의 실험장.
데이터센터·산업수요: 전력 품질 KPI 내재화된 장기 PPA 확산. 원전·열병합·재생의 포트폴리오 설계가 경쟁우위.

12) 객관적 데이터·뉴스 정합성

본 칼럼이 인용한 사실은 다음의 보도 내용과 부합한다. 원전 르네상스와 관련해, 미 행정부의 25년 4배 확대 목표·웨스팅하우스 중심의 대형 계약·94기·전력 20%·신규 원전 2기의 예산 초과·핵폐기물 95,000톤+·연간 2,000톤 증가·정부 손배 누적 $111억(향후 $445억 가능) 등 구체 수치는 보도 원문과 일치한다. 또한 딥 아이솔레이션의 보어홀 파일럿, 오클로의 재처리·고속로 계획과 프리 레베뉴 특성, 테라파워의 2030년 말 목표 등은 해당 기사에서 제시된 사실 관계다. 구글·마이크로소프트·메타의 원전 PPA 역시 보도에 등장한다. 아울러, AI 주도 투자사이클과 2026년까지의 랠리 전망(UBS), 반도체 수요 신호 등은 별도 기사에서 확인된다. 본 칼럼은 이들 사실을 인과·제약·시간표의 틀로 재구성했다.

13) 정책 제언: ‘폐기물 해법’이 곧 성장전략이다

필자의 결론은 명확하다. 원전 확대의 병목은 이제 ‘경제성’보다 폐기물 해법에 있다. 미국은 다음을 서둘러야 한다. (1) 연방 백스톱—인수의무·책임상한·보증·보험을 제도화해 프로젝트 금융의 자본비용을 낮출 것. (2) 분산형 파일럿—딥 보어홀·재처리 등 대안을 스테이지-게이트로 구조화해 기술·규제 신뢰를 축적할 것. (3) 표준화—SMR의 모듈 설계 인증-조달-제작을 플랫폼화해 ‘학습곡선’을 현실화할 것. (4) 사회적 합의—후보지 사전 동의 체계와 지역 상생 패키지로 ‘NIMBY’의 합리적 완충을 마련할 것. (5) PPA 앵커링—AI 데이터센터·산업단지 수요를 프로젝트의 현금흐름 앵커로 통합할 것. 이 다섯 축이 맞물릴 때, 미국의 ‘원전 르네상스’는 테마가 아니라 실행이 된다.

부록: 체크리스트 & FAQ

투자 체크리스트

현금흐름 가시성: PPA/O&M/연료 등 규제·계약 기반 캐시플로우 확인
프로젝트 리스크: 지연·초과비용 커버 구조(보증·보험) 존재 여부
표준화 성숙도: 설계 인증·모듈 공장화·반복 시공 레코드
폐기물 전략: 심층처분/보어홀/재처리 중 실행 경로 명시 여부
사회적 수용성: 후보지 합의·지역 상생·환경/안전 커뮤니케이션

자주 묻는 질문(FAQ)

Q1. 재생에너지+저장이면 충분하지 않은가?
A. 계통 신뢰성과 24/7 고품질 전력(주파수·전압·가용성)을 요구하는 최신 수요(예: AI)에는 기저전원의 믹스가 여전히 필요하다. 원전은 그 중 하나다.

Q2. 핵폐기물은 안전한가?
A. 극근접 노출 위험은 크지만, 과학적·공학적 장벽(지층·차폐·용기)과 관리로 수용 가능한 위험 수준 구현이 가능하다는 것이 국제 표준이다. 핵심은 제도·합의다.

Q3. SMR는 정말 싸고 빠른가?
A. 잠재력은 크나, 표준화-반복-공장제작이 현실화되어야 한다. 초기물량은 오히려 단가가 높을 수 있다.