우라늄의 분포와 생산, 가공, 그리고 소비

우라늄의 분포와 생산

우라늄은 지각에 약 2.8ppm 수준으로 분포해 있으며, 이는 금과 은, 수은보다도 많은 분포량이며 코발트와 납보다 조금 더 희귀한 수준입니다. 의외로 희귀한 자원은 아닙니다. 일반적인 우라늄 광산에서 우라늄 농도는 약 1000ppm 정도이며, 이보다 낮은 농도에서도 광산이 운영됩니다. 캐나다의 경우 고품질 정광은 우라늄을 약 20%까지 포함하고 있습니다. 

여성 근로자분이 들고있는 코딱지만한 조각이 우라늄 연료 펠렛. KazAtomProm 및 World Nuclear Association

그러나 우라늄의 생산은 전 세계적으로 캐나다와 카자흐스탄, 그리고 호주와 미국 등지에 집중되어있습니다. 이는 상대적으로 우라늄 자체는 풍부한 자원임에도 채산성이 있는 자원은 일부 지역에 집중되어 있기 때문입니다. 또한 핵연료 및 무기용으로 사용되는 우라늄의 동위원소인 U235는 전체 우라늄의 약 0.7%이며, 대부분의 우라늄은 U238입니다. 

과거에는 미국 및 소련, 캐나다가 주된 우라늄 생산지였으나, 최근 우라늄의 생산량 증가는 대부분 카자흐스탄 지역에서 이뤄졌으며, 현재는 호주와 캐나다, 카자흐스탄이 대부분의 생산량을 담당하고 있습니다. 

우라늄의 가공

우라늄의 가공은 아래와 같은 순서로 이뤄집니다. (1) 우라늄을 여러 방법으로 채굴한 뒤 (2) 여러 불순물을 제거하고 U3O8를 분리해내 우라늄 정광인 Yellow Cake을 만듭니다. 이때 우라늄은 약 75%정도 농도입니다. (3) 이 Yellow Cake을 UF6라는 가스 형태로 만든 뒤, 이것을 원심분리기에 돌려 U235의 농도를 올리고 (4) 이걸 다시 UO2, Uranium Dioxide 형태로 만들어 세라믹 연료 펠렛 형태로 구워냅니다. 이걸 여러개를 모아 지르코늄 봉에 포장하면 우라늄 연료봉이 됩니다. 

Yellow Cake은 왼쪽처럼 생겼고, 다 굽고 남은 산화우라늄 펠렛은 오른쪽 처럼 생겼습니다. 우라늄이 화학적 변화를 거치면서 그 색깔이 노란색에서 검정색으로 변합니다. 

이러한 우라늄의 채굴 과정에서 산화우라늄 펠렛 까지로의 변환 과정은 아래 영상에서 자세하게 볼 수 있습니다. 

우라늄의 채굴 방법

우라늄의 채굴 방법은 크게 두가지로 나뉩니다. (1) Mining / Boring 과 (2) In-Situ Recovery (ISR) 또는 In-Situ Leeching (ISL) 입니다. ISR 방식이 원가 측면에서 크게 유리해 현재 50% 이상이 ISR 방식으로 생산되고 있습니다. 

(1) Mining은 다른 광물을 채굴하는 것과 같은 방식입니다. 우라늄이 많이 들어있는 돌을 깨 부수고, 이걸 갈아서 산에 녹인 뒤 우라늄을 추출하는 방식입니다. 우라늄은 Open-Pit Mining 방식이나 지하 광산 방식으로 다 채굴됩니다. 캐나다의 Cigar Lake의 경우 Boring 방식으로 우라늄을 채굴하고, 나미비아에서는 Open-Pit 방식으로 채굴하기도 합니다.

일반적으로 아래 나오는 ISL에 비해 비용이 높으나, 캐나다의 일부 지역처럼 고품질 원석이 발견되는 지역에서는 지하 광산의 비용이 더 낮기도 합니다. 

캐나다의 Cigar Lake 광산 채굴 과정은 아래 영상에서 확인할 수 있습니다. 

 

(2) In Situ Recovery는 돌을 깨부수는 과정이 없이 사암층에 포함되어있는 우라늄을 채굴하는 방법입니다. 사암층에 포함된 광맥에 물을 주입해 우라늄을 녹여내고, 이 수용액을 추출해 내서 가공하는 방식입니다. 이 우라늄을 Yellow Cake 형태로 가공해 출하하게 됩니다. 상대적으로 땅을 뒤집어 엎거나 하는 과정이 없기에 비용이 더 저렴하고, 주변 환경 파괴가 덜하다는 등 장점이 있습니다. 

이 과정에서 지하수를 오염시킬 수는 있으나, 우라늄 광산 채굴 지역은 어차피 방사성 금속 함량이 높아 식수로 부적합합니다. 

우라늄의 소비 현황

우라늄의 소비는 무기를 제외하면 주로 발전용으로 사용됩니다. 우라늄을 가장 많이 소비하는건 북미와 서유럽 지역이고, 최근 가장 많이 성장한건 아시아 지역입니다. 

이 중 북미에서는 미국이, 유럽에서는 프랑스가 많은 양의 전기를 원전에서 조달하고 있습니다. 프랑스의 경우 과거 원전 의존도가 약 70%에 달했었고, 최근 발전량이 크게 올라오는 곳은 중국입니다. 

 

우라늄의 가격 

우라늄 광산 업체인 Cameco에 따르면, 우라늄은 공개시장에서 주로 거래되지 않으며 매수자와 매도자가 개별적으로 가격 협상을 하기에 호가를 알 수는 없으나, 이러한 계약 내용을 UxC 및 TradeTech 등에서 집계하기에 이 데이터를 월단위로 고지하고 있습니다. 수해 등으로 인한 공급량 감소, 가격 하락으로 인한 생산 중단, 후쿠시마 원전 사고, 금융위기 등 다양한 요인으로 우라늄 가격은 영향을 받아왔습니다. 

그 외에 우라늄 선물이 거래되고 있습니다. 다만 거래가 많이 되지는 않으며 호가는 얇은 편입니다. 그나마 이것도 개선된 편이며 World Nuclear Association에 따르면 2000년 우라늄 스팟 시장에서 발전소들의 비중은 95%에 달했으나, 우라늄 선물 및 우라늄 ETF 등의 등장으로 현재는 발전소들이 차지하는 비중은 약 30~40% 정도라고 합니다. 

발전소라는게 원래 고정비가 높은 사업이나, 그 중에서도 원자력발전은 상대적으로 연료비가 낮은 편입니다. 그 중에서도 우라늄 자체의 비용보다는 우라늄을 쓸 수 있도록 처리하고 쓴 뒤에 안전하게 처리하는 비용이 연료비의 일부를 차지해, 순전히 연료비 자체로만 본다면 그 비중이 매우 낮습니다. 

따라서, 원자력발전소들은 대체로 가격에 매우 둔감하며, 왠만해서는 계속해서 원자로를 가동하는 것이 수익성에 더 유리하기에 우라늄 가격에 매우 비탄력적인 특징을 보인다고 합니다. 또한, 우라늄 시장에서 우라늄의 대부분이 (약 85%) 장기 계약으로 거래 된다고 하며, 스팟으로 거래되는 물량은 매우 제한적이라고 합니다.