AI 전력 갈증과 ‘핵폐기물 거버넌스’: 미국 원전 르네상스의 성패를 가를 마지막 변수

요약— 인공지능(AI) 데이터센터와 리쇼어링이 촉발한 전력 수요 급증 속에서 미국은 25년간 원전 전력의 4배 확대를 추진하고 있다. 그러나 1960~70년대부터 내려온 방사성 폐기물의 장기 저장·관리·처분 문제는 여전히 해결되지 않았다. 본 칼럼은 최근 정책·산업 뉴스와 기술 대안을 종합해, 향후 10~20년 미국 원전 르네상스의 성패를 가를 핵심 요인이 ‘폐기물 거버넌스’임을 논증하고, 투자·정책 로드맵을 제시한다.

1) 왜 지금 ‘원전 르네상스’인가: AI·전력·정책의 삼중결합

정책 드라이브: 미국 행정부는 5월 향후 25년간 원전 전력 생산 4배 확대를 목표로 행정명령을 발동했고, 최근에는 웨스팅하우스의 모회사 카메코(Cameco)·브룩필드와 함께 $800억 규모의 신규 원전 건설 계획을 추진 중이라 밝혔다. 이는 웨스팅하우스의 분할·상장(IPO) 가능성까지 동반할 수 있는 대형 트랜잭션이다.
현황과 현실: 현재 28개 주에서 94기 원자로가 미국 전력의 약 20%를 생산한다. 그러나 1990년 이후 준공된 신규 원전은 단 두 기에 불과했고, 이들 프로젝트는 $150억+의 예산 초과와 수년 지연 끝에 가동됐다. 건설 리드타임과 비용 리스크는 여전히 크다.
데이터센터 수요 급증: 구글·메타·마이크로소프트·아마존 등 빅테크는 AI 인프라 CAPEX를 대폭 상향하고 있다. 전력 조달 측면에서 구글·넥스트에라의 아이오와 듀언 아널드 재가동, 마이크로소프트·컨스텔레이션의 스리마일섬 1호기 2028년 재시동 계획, 메타의 일리노이 클린턴 원전과의 20년 PPA 체결 등은 원전-PPA가 데이터센터의 탈탄소·안정 전원으로 재부상했음을 보여준다.
SMR의 기대와 시계: 미국 내 상업 가동 중인 소형모듈원자로(SMR)는 아직 없다. 테라파워의 와이오밍 케머러 프로젝트가 2030년 말 가동 목표로 공사 중이며, 누스케일·홀텍·카이로스·X-에너지 등도 개발 중이다. 즉, 10년 내 공급 확대는 주로 기존 원전 수명 연장·재가동과 결합될 가능성이 높다.

정책(4배 확대)·수요(데이터센터)·기술(SMR)의 삼중 결합은 분명 강력하다. 그럼에도 실물로 이어지려면, 과거 유카 마운틴 좌초로 상징되는 폐기물 거버넌스가 먼저 풀려야 한다. 이것이 이 글의 핵심 명제다.

2) ‘해결되지 않은 오래된 과제’: 폐기물의 숫자와 비용이 말하는 것

미국의 사용후핵연료는 현재 39개 주 79개 부지에서 지상 임시 저장 중이며, 누적량은 95,000미터톤을 넘어선다. 매년 약 2,000미터톤이 추가된다. DOE는 법률상 사용후핵연료의 인수·저장 의무를 지지만, 영구 처분장 부재로 지연 손해가 눈덩이처럼 불어났다.

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1998년 이후 미국 납세자가 유틸리티에 지급한 손해배상 누계는 $111억에 달하며, 현재도 연간 최대 $8억 규모가 추가로 발생한다는 추정이 제시됐다.

유카 마운틴(네바다)은 1987년 지질학적 처분장으로 지정됐지만, 수차례의 정치·법적 공방 끝에 2010년 중단됐다. 반면 핀란드는 자국 5기 원전의 폐기물을 수용할 세계 최초의 지하 영구 처분시설 ‘온칼로(ONKALO)’ 완공을 눈앞에 두고, 스웨덴도 유사 프로젝트 시공에 착수했다. 프랑스·캐나다·스위스는 초기 단계다. 미·유럽 간의 격차는 이제 기술이 아니라 사회적 합의·거버넌스의 문제로 읽어야 한다.

3) 해법 지도: 4가지 경로의 효용·리스크 비교

미국 내에서 검토되는 폐기물 해법은 크게 네 갈래다. 각 접근의 실행성·비용·시간표·리스크를 객관적으로 정리한다.

접근	핵심 개념	장점	한계·리스크	상태/타임라인
지하 심층 처분(Geologic Repository)	지질학적으로 안정된 심부에 영구 처분장 구축	국제 표준, 장기 안전성이 검증된 유력 해법; 핀란드·스웨덴 진척	미국 내 입지·정치 난제; 유카 마운틴 중단 전례	미국: 정책 재시동 필요; 유럽: 선행
딥 보어홀(Deep Borehole)	석유·가스형 수직-수평 시추로 현장 병행 저장	운송 리스크 완화(동일 부지 적용); 모듈형 확장; ARPA-E 지원	기술·규제 검증 미완; 전 NRC 위원장 등 현실성 회의	딥 아이솔레이션: 2027년 실물 규모 시연 목표
재처리(Reprocessing)	사용후핵연료에서 유용 성분 분리·재활용	자원 효율 향상; SMR 연료와 연계 가능성	비용 과다·신규 폐기물 흐름; 확실한 경제성 불투명	오클로·큐리오·샤인 추진; 규제·상용화 과제
현상 유지(수조/건식 캐스크)	원전 부지 내 장기 임시 저장	즉시성; 기존 체계와 연속성	영구 해법 아님; 누적 비용·책임 증대	미국 다수 부지에서 지속 중

딥 아이솔레이션은 지하 수천 피트까지 직경 18인치의 수직 구멍을 뚫고, 수평 전환 구간에 부식 저항성 용기(길이 16피트, 직경 15인치, 6,000파운드)를 병렬 적층하는 보어홀 처분을 제시한다. CEO는 미국 부지의 약 80%에서 지질적 적합성이 높을 수 있다고 주장하며, 현장 동일 부지 저장으로 운송 리스크를 줄인다는 장점을 강조한다. 다만 전 NRC 위원장 앨리슨 맥팔레인은 “딥 보어홀은 비현실적”이라며 용기 투입 과정의 기술 신뢰성에 의문을 제기했다. 기술-규제 ‘이중 검증’은 필수다.

재처리 측면에서 오클로는 SPAC 상장 이후 시가총액 $165억을 넘기며 주가 429% 급등하는 변동성을 보였고, 테네시 오크 리지에 $168억 규모의 고급 연료 재처리 시설을 발표했다. TVA 부지의 사용후핵연료를 자사 원자로 연료로 전환하는 협약도 체결했다. 그러나 NRC 최종 승인 대기, 매출 부재, 상업 가동 전무 등 고위험 특성은 분명하다. 윌리엄 블레어는 ‘프리 레베뉴’ 특성상 고위험 종목으로 분류하면서도 ‘아웃퍼폼’을 유지하며, 11월 11일 실적 콜에서 구체 계획 공개를 요구했다.

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4) ‘안전·경제·수용성’ 삼각 방정식: 무엇이 비용을 결정하나

원전의 경제성은 CAPEX·OPEX·자본비용(WACC)뿐 아니라 사회적 수용성이 좌우하는 규제·허가 시간에 의해 크게 흔들린다. 미국에선 신규 원전 두 기가 수년 지연·$150억+ 초과를 겪었다. 반면 유럽의 영구처분장(온칼로·스웨덴)은 갈등을 최소화하는 합의 구조를 먼저 만들었다는 점에서 선행한다.

전력 믹스 경쟁에서도 신중해야 한다. 전 NRC 위원장 맥팔레인은 원전이 유틸리티 규모 태양광·풍력·가스 대비 가장 비싼 전원이라고 지적했다. 이는 과거 비용 궤적과 최근 두 기의 초과 사례를 근거로 한 판단이다. 그럼에도 원전은 간헐성 없는 24/7 전원이라는 장점을 갖고, 데이터센터·산업 PPA에 특화된 상품으로 위험-수익을 재설계할 여지가 크다. 핵심은 가격·폐기물·수용성을 같은 ‘상품’ 안에서 묶는 계약·정책 설계다.

필자의 제언: ‘폐기물 포함형 전력 상품’으로 재설계하라

폐기물 책임 내재화형 PPA: 데이터센터·산업 고객의 장기 PPA에 폐기물 관리비·신탁 적립을 요금 항목으로 내재화해, 전력계약이 곧 폐기물 재원 조달 수단이 되도록 설계해야 한다. ‘청정전력+폐기물처분권’ 통합 상품으로 사회적 비용의 외부효과를 내부화할 수 있다.
연방 표준의 ‘동의 기반(Consent-based) 입지’ 가이드라인: 유카 마운틴 좌초의 교훈은 과학만으론 부족하다는 것이다. 현금·세제·인프라로 구성된 장기 커뮤니티 보상, 공정한 지방정부 의사결정, 정기 재검토권을 제도화해야 한다.
RAB(규제자산기반)·크레딧 보강: 대규모 CAPEX를 낮은 WACC로 조달하려면 건설 중 수익인정 등 RAB 모델과 연방 신용보강을 결합하고, 단계별 성과에 따라 비용을 조정하는 스테이지 게이트를 두어야 한다.
‘클린 캡애드’ 의무: 일정 규모 이상의 데이터센터 신규 착공에 대해 무탄소 기저전원 추가 의무를 부과하고, 원전·수력·지열 등으로 포트폴리오를 구성하게 하되, 폐기물 포함형 PPA에 가점을 부여한다.

5) ‘경로의존성’을 바꿀 촉매: 기술과 시장의 동시 혁신

시장 측면에서 이미 변화 조짐은 확인된다. 구글·MS·메타의 원전 연계 PPA, 컨스텔레이션과의 재가동 협업은 수요측 신호다. 공급 측면에서는 딥 아이솔레이션의 2027년 보어홀 시연, 오클로의 재처리·고속로 계획(2027~28년), 테라파워의 2030년 가동 목표가 공급측 신뢰를 쌓는 분기점이 된다.

다만, 반대 시그널도 있다. 비영리 NIRS는 데이터센터 수요 급증의 즉각 해법으로서 원전은 공상에 가깝다고 지적했다. 건설 리드타임이 너무 길고, 데이터센터는 지금 지어진다는 것이다. 이 평가는 단기 대응의 현실을 강조한다. 그래서 단기(재가동·수명연장), 중기(SMR 1차 가동), 장기(대량 증설)를 다층 해법으로 분리 설계해야 한다.

6) 투자지도: 수혜·리스크·체크포인트

원전 르네상스는 단일 종목이 아니라 밸류체인 포트폴리오로 접근해야 한다.

연료·핵심 광물: 우라늄과 희토류는 에너지·전력기계·모터·제어 핵심 소재다. 최근 MP 머티리얼즈는 연초 이후 276% 급등했고, 미 국방부가 최대주주가 된 이후 완전 통합(채굴→정제→자석) 모델과 $110/kg 가격 하한 메커니즘 등 정책 수혜 기대가 부각됐다(도이체방크 ‘매수’ 상향, TP $71). 다만 원전 증설은 장기 수요인 만큼 사이클 변동성 관리가 중요하다.
기술·폐기물: 딥 아이솔레이션(딥 보어홀), 오클로(재처리·고속로) 등은 고위험·고변동 영역이다. 오클로는 상장 후 429% 급등했으나 매출 부재·NRC 승인 리스크가 크다. 기술-규제-상용화 삼중 검증의 전개에 따라 이익 실현/리밸런싱이 필수다.
유틸리티·PPA: 컨스텔레이션 등 원전 운영사의 가동률·PPA 확대는 현금흐름 가시성을 높인다. 다만 규제 스펙트럼(요금 인가·RAB 채택 여부)에 따라 멀티플 차이가 커질 수 있다.
EPC·제작: 웨스팅하우스 분할·상장 가능성, 대형 기자재·안전계통 공급사는 수주 싸이클 초입에서 수혜가 빠르다. 프로젝트 리스크(지연·비용 초과) 전가 구조도 함께 확인해야 한다.

체크포인트(12~24개월)—

NRC 인허가: 오클로 Aurora 고속로, 테라파워 케머러 프로젝트의 인허가 진척
딥 보어홀 시연: 딥 아이솔레이션 텍사스 캐머런 실증 프로젝트의 2027년까지 단계별 마일스톤
PPA 확대: 데이터센터-원전 간 20년급 PPA 추가 체결, 재가동·수명연장의 금융조건
정책·재원: DOE의 폐기물 프로그램, ARPA-E 그랜트, 연방·주 단위의 동의 기반 입지 프레임워크

7) 시나리오 플래닝(2026~2035): 베이스/불/베어

베이스

원전 재가동·수명연장 확대, Duane Arnold·TMI1 등 주요 사례 현실화
2030년 전후 SMR 1~2기 상업 가동 개시
폐기물은 임시 저장 고도화와 딥 보어홀·재처리 초기 상용의 혼합
데이터센터 전력 중 원전 비중 완만 확대

불(강세)

연방 차원의 폐기물 합의 메커니즘(동의 기반·지역 인센티브·신탁) 확립
핀란드·스웨덴 모형의 미국 내 영구 처분장 착공
RAB 등 금융 혁신으로 CAPEX 비용 구조적 하락
SMR·재가동·대형 신설의 동시 전개, 데이터센터 PPA 급증

베어(약세)

법정·정치적 저항으로 유카 마운틴 전철 반복
건설 비용 급등과 공급망 병목 재연
안전사고·규제 강화로 리드타임 연장, AI 수요 둔화
원전은 보완 전원에 머무르고, 가스·재생에너지가 공백 대체

8) ‘핵폐기물 거버넌스’가 열어줄 투자·정책의 넥스트

필자는 거버넌스 우선 접근을 제안한다. 기술은 다변화되고 있으며, 지하 심층 처분·딥 보어홀·재처리는 상호 대체가 아니라 포트폴리오로 결합될 수 있다. 중요한 것은 누가·언제·어떻게 책임을 지고 비용을 나누는가다.

정책 로드맵—

연방 ‘폐기물 포함형’ 표준 PPA: 데이터센터·산업 고객의 대형 PPA에 폐기물 기금 적립과 처분권을 결합하는 표준 계약서 개발
동의 기반 입지 가이드라인: 커뮤니티 보상·세제 인센티브·인프라 동반투자를 표준화하고, 지방정부·주민의 출구옵션을 제도화
RAB·보증: 규제 자산으로 수용해 건설 중 수익 인정, 연방 보증·그린본드로 WACC 하향
실증-상용 브리지펀드: ARPA-E 등 고위험 R&D 이후 실증-상용화 중간 단계의 자본 공백을 메우는 브리지펀드 신설

시장 로드맵—

‘폐기물 포함형’ 전력상품 출시: 유틸리티·IPP가 전력+폐기물처분권을 통합 설계해 기업 RE·ZE 전략과 연계
프로젝트 본딩: 딥 보어홀·재처리 프로젝트에 성과연동(메자닌) 구조를 도입해 리스크-리턴 매칭
리스크 헤징: 정책·인허가 리스크는 이벤트보험, 자재·환율은 파생상품으로 대응

9) 반대·우려에 대한 정면 답변

“너무 비싸다”— 과거의 비용 궤적은 사실이다. 그러나 RAB·보증·표준화로 자본비용·리드타임을 낮추고, 재가동·수명연장과 PPA를 통해 현금흐름 가시성을 키우는 조합은 가능하다. 무엇보다 폐기물 비용을 가격에 내재화해야 ‘총비용’ 논쟁이 정직해진다.

“너무 느리다”— 원전은 장기 축이다. 단기에는 효율화·수요관리·재가동·수명연장이 중요하다. 중기에는 SMR 1차 가동, 장기에는 대량 증설로 이어진다. 다층 해법의 설계가 관건이다.

“폐기물 위험”— 리스크는 존재한다. 그렇기에 지하 심층 처분이 국제 표준이 되었고, 딥 보어홀·재처리는 보조축으로 다뤄져야 한다. 미국은 유럽의 합의 기술을 가져오고, 현장 실증으로 신뢰를 쌓아야 한다.

10) 결론: 원전의 미래는 ‘킬로와트시’가 아니라 ‘거버넌스’가 결정한다

미국은 25년간 원전 전력 4배 확대를 선언했고, 데이터센터는 20년 PPA로 손을 내밀었다. 그러나 유카 마운틴의 그림자는 아직 짙다. 폐기물 거버넌스—동의 기반 입지, 폐기물 포함형 PPA, RAB·보증, 실증-상용 브리지—를 선제적으로 정비하는 국가·시장 설계가 없다면, 표어와 현실의 괴리는 다시 벌어질 것이다.

투자자는 밸류체인 포트폴리오로 접근해야 한다. 연료·핵심 광물은 장기 테마이나 변동성이 크고, 폐기물·기술은 고위험·고수익의 옵션에 가깝다. 유틸리티·PPA는 현금흐름 가시성이 높다. 12~24개월의 체크포인트—NRC 인허가, 보어홀 실증, PPA 확대, 정책 프레임—를 체계적으로 추적하되, 정책·사회 수용성의 진전에 포지션을 동태적으로 맞출 필요가 있다.

핵심은 명료하다. 원전 르네상스의 성패는 기술이 아니라 ‘거버넌스’가 가른다. 폐기물을 가격에, 계약에, 제도에 내재화한 순간, 미국 원전의 궤적은 비로소 선언에서 실행으로 옮겨간다.

참고: 본 칼럼은 최근 보도된 다수의 뉴스와 공개 발언을 종합해 작성했다. 주요 근거에는 미국 원전 4배 확대 행정명령, $800억 규모 웨스팅하우스 관련 계약 추진, 미국 94기 원자로·20% 전력, 신규 원전 두 기의 $150억+ 초과·지연, 핀란드 온칼로·스웨덴 진척, 미국 39개 주 79개 부지 95,000mt 사용후핵연료·연 2,000mt 증가, DOE 손해배상 누계 $111억·연 최대 $8억, 딥 보어홀(딥 아이솔레이션) 2027년 실증 목표, 오클로의 재처리·고속로 계획·주가 429% 급등·시총 $165억·NRC 승인 대기, 테라파워 2030년 가동 목표, 구글·MS·메타의 원전 연계 PPA·재가동 계획, NIRS의 단기 대안 회의론 등이 포함된다. 수치와 인용은 보도 시점의 자료에 기반하며, 향후 변경될 수 있다.