"전기가 부족하다!" 빅테크 기업의 선택은

 

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2022년 11월 챗GPT가 등장했습니다. 2023년에는 여러 빅테크 기업들이 앞다퉈 ‘거대언어모델(LLM)’ 기반의 AI 서비스를 내놨고요. 이후 많은 산업에서 어떻게 AI를 활용할 수 있을지 고민하는 시간이 이어지고 있어요. AI가 산업의 중심이 된 거죠.

이러한 상황에서 잊을만 하면 한 번씩 제기되던 문제가 있었습니다. 바로 ‘전력’ 부족이에요. 더 나은 AI 서비스를 제공하기 위해서는 GPU와 같은 반도체 칩이 가득한 데이터센터 설립이 필요하고, 이를 운영하는 과정에서 막대한 전기가 필수입니다. 

10여년 전부터 제프 베이조스, 빌 게이츠를 비롯해 오픈AI를 이끄는 샘 올트먼 등 실리콘밸리의 기술 억만장자들은 ‘핵융합 발전’과 같이 미래 에너지 문제를 해결할 수 있는 기술에 투자를 해왔습니다. 핵융합에 투자할 때만 해도 이런 생각이 있었을 것 같아요. “되기만 하면 게임 체인저. 좀 투자해볼까” 

지금은 상황이 달라졌습니다. 당장 경쟁사보다 더 나은 서비스를 만들어 제공하고, AI 시장을 장악하려면 데이터센터를 빠르게 확대해야 하는데, 전기가 문제거든요.

현재 전력 수급량만으로는 이를 감당하기가 벅차요. 이제 빅테크 기업들은 ‘먼 미래’보다는 ‘근 미래’를 바라보며 ‘전기’에 투자하고 있습니다. 이 과정에서 원자력발전이 다시 떠오르고 있고요. ‘불가능할까’라고 생각했던 소형원전(SMR)도 힘을 얻는 모양새입니다.

이번 레터에서는 이러한 내용을 빠르게 정리해 보려 합니다.

오늘의 지수

• SMR 찾는 구글, 아마존, 오픈AI
• AI 시대, 절실한 '전기'
• 결국 SMR, 극복과제는
• 모닝 브리핑

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구글이 카이로스파워와 만들려는 SMR의 조감도입니다. 심플하게 계획하고 있는 걸로 보여요. [사진=구글]  SMR을 찾는 구글, 아마존, 오픈AI... 15일(현지 시각) 있었던 일입니다. 구글이 미국에서 ‘작은 원자력발전’ 기술을 개발하고 있는 스타트업 ‘카이로스’와 전력 공급과 관련된 계약을 체결합니다. 이 계약이 주목받은 이유는 작은 원전, 즉 ‘SMR’에서 전기를 공급받는 세계 최초의 계약이기 때문입니다. SMR이 아직 상용화된 것은 아닙니다. 카이로스는 2030년부터 SMR을 가동하겠다는 계획이에요. 이를 위해 지난 7월 미국 테네시에 자사의 기술을 확인해볼 수 있는 시험용 원자로 건설에 착공한 상황입니다. 물론 이 과정에서 미국 원자력규제위원회로부터 허가받았고요.  구글은 “청정에너지 전환을 가속하기 위해 우리는 카이로스가 개발할 다수의 SMR에서 발생하는 에너지를 구매하기 위한 세계 최초의 계약을 체결한다”라며 “2030년 첫 번째 SMR을 신속하고 안전하게 가동하고 2035년부터 추가 원자로를 배치할 것”이라고 밝힙니다. 이를 기반으로 500MW(메가와트)의 전력을 끌어오겠다는 계획입니다. 500MW는 약 12만 가구에 전력을 공급할 수 있는 수준이라고 해요.  구글의 이러한 계약 소식이 전해진 다음 날인 16일. 이번엔 아마존이 ‘혁신적인 원자력 에너지 프로젝트’를 추진한다고 발표합니다. 도미니언 에너지라는 원전 운영 기업과 함께 SMR 개발을 위한 계약을 체결했는데요, 이를 기반으로 300MW의 에너지를 확보한다는 계획이에요. 도미니언 에너지는 이미 ‘도미니언 원전’을 운영하고 있는데, 이 인근에 소형 원전 개발을 함께 추진키로 했습니다.  이와 함께 워싱턴주의 전력 공급 기업, 노스웨스트와도 계약을 맺어요. 이 과정에서 노스웨스트가 추진 중인 4개의 소형 원전 건설 사업을 지원한다고 합니다. 또한 X-에너지라 불리는 기업에도 투자한다고 해요. 이 기업은 차세대 원자로, 원자력발전소에서 쓰이는 연료를 개발하고 있는 스타트업입니다. 아마존은 3개 기업과의 협력을 추진하면서 5억달러, 우리돈 6800억원 이상을 투자할 것이라고 해요.  이들 두 기업이 전력을 확보하겠다는 소형원전(이라고 표현할게요), SMR이라는 것에 대해서는 아래에서 자세히 살펴보겠습니다. 비단 구글과 아마존뿐만이 아닙니다. AI 부흥을 이끈 오픈AI의 샘 올트먼은 SMR을 개발하고 있는 기업 ‘오클로’에 투자했고 이사회 의장으로 활동하고 있습니다. 오클로는 16일 “연료제조 시설의 개념 설계 승인을 획득했다”라고 밝혔습니다. ‘오로라’라고 불리는 SMR을 개발하고 건설하려면 정부의 허가가 필요한데, 연료 제조 시설 설계가 승인을 받았다는 내용입니다. 오클로는 2027년부터 SMR을 가동한다는 계획을 추진하고 있어요.  빅테크 기업들이 원자력발전의 르네상스를 이끌고 있다는 기사, 자주 보셨을 거예요. 그중에서도 SMR로 구체화되는 모양새입니다.

마이크로소프트(MS)는 최근 가동이 중단된 스리마일섬 원전을 재가동한 뒤, 여기서 발생하는 전기를 수급하는 계약을 체결합니다. 2028년부터 재가동될 것으로 보여요. 울버린과 웨이드가 첫 전투를 벌였던 바로 그 장소! [사진=위키] AI시대 절실한 전기 빅테크 기업들이 전기가 필요한 이유. 데이터센터 때문입니다. AI 가동을 위해서는 GPU와 같은 수많은 칩이 필요합니다. 이를 한 공간에 두고 일을 시켜야 해요. 이때 엄청난 ‘열’이 발생합니다. 열을 식혀주지 않으면 AI가 제대로 작동하지 못해요. 냉각에 얼마나 많은 전기가 필요하냐고요? 구글과 메타의 유럽 본사는 아일랜드에 있어요. 아일랜드에는 빅테크 기업들의 데이터센터가 있는데, 아일랜드의 2022년 전기 사용량의 5분의 1이 데이터센터 가동에 사용됐습니다. 아일랜드의 데이터센터가 쓰는 전기량은 2015년 이후 400%가 증가했다고 해요.  미국에서만 AI 데이터센터 구축으로 2030년까지 323TWh의 추가 수요가 필요할 것으로 예상되고 있어요. 미국 뉴욕에서 연간 소비하는 전기가 48TWh인데 이것의 7배에 달하는 수준입니다. 골드만삭스는 데이터센터가 2030년 말까지 미국 전체 전기 소비량의 8%를 차지할 것으로 예상하기도 했어요.  챗GPT에 질문을 할 때 필요한 전기량이 구글 창에 질문을 하는 것과 비교했을 때 10배의 전기를 필요로 한다는 연구도 있어요. LLM은 이제 텍스트를 넘어 오디오, 비디오까지 나아가고 있는 만큼 새로운 AI 기능이 추가될 때마다 에너지 수요는 증가할 수밖에 없는 상황입니다. 물론 데이터센터를 짓는 과정에서 에너지 사용량은 점점 나아지겠지만 수요 증가는 꾸준히 이어질 거예요.  국제에너지기구는 글로벌 데이터센터 전기 소비량이 2026년에 1000테라와트시(TWh)가 될 것으로 보고 있습니다. 일본이 1년 동안 생산하는 전력량이라고 하네요. 늘어나는 데이터센터를 가동하려면 지구 전체에서 생산되는 전력의 약 8~10%를 사용해야 한다는 연구도 나오고 있어요.  일반적으로 데이터센터를 짓는데 1~2년이 걸립니다. 하지만 기존의 그리드에 새로운 전력을 추가하는 데 4년 이상 걸린다고 합니다. 에너지는 필요하고, 탄소는 줄여야 하고. 태양광, 풍력과 같은 신재생에너지 기술도 빠르게 발전하고 있지만 그 속도보다, 당장 필요한 전기량이 큰 거죠. 결국 빅테크 기업들은 탄소 배출량이 적으면서 에너지를 생산하는 원전으로 눈을 돌릴 수밖에 없었을 겁니다. 원전이 100% 완벽한 답이 아닐지라도요. 방법이 없는 거죠.  이달 초 구글 CEO 순다르 피차이가 일본 언론과 한 인터뷰에서도 이러한 고민이 보입니다. 구글은 2030년까지 탄소배출을 0으로 달성할 것이라 했는데 최근 오히려 증가했거든요. 원전에 대한 투자를 검토할 수밖에 없는 이유입니다.  이는 메타, MS 모두 마찬가지예요. 모두 최근 들어 탄소 배출량이 늘어나고 있습니다. 데이터센터 때문에요.

캐나다 기업 GFP가 꿈꾸는 SMR의 모습이에요. 저렇게 작은 원자로를 만들어 필요한 곳에 전기를 공급하겠다는 이 계획. 과연 2030년대에 SMR에서 만든 전기를 활용하는 시대가 올까요. 빅테크가 움직인 이상, 단지 꿈으로만 남지는 않을 것 같다는 생각이 듭니다. [사진=GFP] 결국 SMR 극복 과제는 결국 원전이었습니다. 앞서 말씀드렸듯이 대형 원전은 지을 수 없어요. 후쿠시마 원전 사고의 아픔이 크니까요. 결국 기존에 가동을 멈췄던 대형 원전을 재가동하거나, 대형 원전 대비 저렴하고 위험성이 적다고 알려진 SMR로 가야 합니다.  짧게 SMR에 대해 정리해 보겠습니다. 일반적으로 기존 원전 1기를 지으려면 1조원가량의 비용이 필요합니다(대략적으로요). SMR은 부지는 대형 원전 대비 절반 이하, 비용 역시 3분의 1 정도, 공사 기간 역시 절반 정도로 떨어트릴 수 있다고 합니다. 원자로가 작은 만큼 발전량도 대형 원전의 5분의 1 정도라고 해요.  안전 측면에서 대형 원전 대비 위험을 크게 줄였습니다. 원전은 핵분열 과정에서 발생하는 열을 이용해서 물을 끓이고, 여기서 발생한 증기로 터빈을 돌려 전기를 얻습니다. 대형 원전은 원자로, 증기발생기, 가압기 등 다양한 부품을 연결해 만들어요. 이 과정에서 원자로에서 문제가 발생하면 방사성 물질이 누출될 수 있습니다. SMR은 이러한 부품을 하나의 용기로 일체화해 단순화했어요. 또한 원자로의 열을 식히는 냉각수가 따로 필요하지 않아 후쿠시마 원전과 같은 문제가 발생하지 않는다고 해요.  SMR은 핵분열을 이용합니다. 이미 인류는 핵분열을 이용한 원전을 가동한 경험을 가지고 있어요. 2011년 후쿠시마 사고 이후 대형 원전이 주춤하니 기존 원전 사업자들이 SMR으로 방향을 선회했고, 이 과정에서 많은 스타트업이 생겨났습니다. 투자도 이어졌고요. 2010년 중반부터 SMR이 원전 시장을 재편할 차세대 먹거리로 떠오르기 시작합니다.  2022년 이후 전기를 찾아 헤매던 빅테크 기업들에 있어서 SMR은 상당히 매력적인 존재일 거예요. 태양광을 무한하게 늘리자니 현실적으로 어렵고, 핵융합을 원했는데 2040년 이후에나 가능할 것 같고, 결국 현재로서 기대를 걸 수 있는게 SMR이었습니다. SMR도 완벽하지 않습니다. 가장 큰 문제점. 아직 상용화된 시설이 없다는 거예요. SMR을 비판하는 쪽에서는 “이론적으로 안전하고 효과적인 것은 알겠는데, 실제 이를 가동해본 적이 없는 만큼 실제로 안전한지, 그렇지 않은지 어떻게 알 수 있냐”라고 주장하는 이유입니다.  전기 생산에 필요한 ‘연료’도 문제가 될 수 있다는 지적이 있어요. 미국은 현재 러시아를 통해 원전의 연료인 농축 우라늄을 들여오고 있습니다. 미국이 한때 이 시장을 지배했지만 지금은 전혀 생산하고 있지 않아요(가격이 원인). 이는 미국이 기존 원전을 재가동하기 쉽지 않은 원인으로 꼽히는데요, SMR이 만약 2030년대 상용화되면서 미국 곳곳으로 확산된다면 핵연료 문제도 영향을 미칠 것으로 보여요.  SMR이 실제 건설까지 추진된 적이 있었습니다. 한국 기업들도 많이 투자한, 지난해 미국 내 첫 번째 SMR 구축을 추진하던 뉴스케일 사례에요. 뉴스케일은 유타주의 전력을 담당하는 발전사 UAMPS와 ‘무탄소발전소프로젝트(CFPP)’를 추진해왔습니다. 정부로부터 설계 인증까지 허가받고 실제 건설까지 이어질 뻔했지만 마땅한 수요자를 찾지 못해 무산됐어요.  이유는 비용입니다. 뉴스케일은 SMR로 지은 전기를 MWh당 58달러에 공급할 수 있다고 계산했어요. 그런데 원자재 가격 상승 등의 이유로 이 비용이 지난해 말 89달러로 올랐습니다. 미국 원전의 생산 단가는 약 30달러, 태양광도 대략 30달러 정도로 보여요. 아직 너무 비쌉니다. 결국 SMR을 찾는 수요자, 즉 기업이 나타나지 않았고 이를 통해 2029년부터 가동을 기대했던 세계 최초 SMR은 무산되고 맙니다.  그렇지만 방법이 없습니다. 늘어나는 전력 수요 감당을 위해 많은 SMR 기업은 2030년을 전후로 상용화를 위한 연구에 몰두하고 있습니다. 이런 상황에 구글, 아마존과 같은 빅테크 기업이 “우리가 돈 줄게! 전기 만들어줘”라고 한 거죠. SMR 시장에 숨통(?)이 트인 셈입니다.  물론 전기를 얼마에 공급할지 등 계약과 관련한 자세한 사안까지 공개되지 않았습니다. MWh당 몇 달러 이하, 라는 조건이 달려 있을 듯한데요. 그래도 사겠다는 사람이 나타났으니, SMR 기업들은 전력투구하지 않을까 합니다. 미국 정부 역시 빅테크 기업들이 겪고 있는 인프라 문제에 대해 알고 있습니다. 이를 위한 방안도 마련하고 있고요. 미국에서 또 다른 혁신이 일어날 수 있을까요.

요약 보고

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ASML 쇼크 ASML이 내년 매출 예상을 시장 전망치인 358억 유로에 미치지 못하는 300억 유로로 발표했습니다. ASML이 반도체 장비를 만드는 기업인 만큼 이것이 향후 반도체 시장의 부진을 의미하는 것은 아닌지에 대한 우려가 나오고 있습니다.  현실판 스카이캐슬, 대박으로... 미국 명문대학에 입학하고자 하는 학생들을 위한 컨설팅 회사가 기업가치 7000억원에 달했다는 보도가 나왔습니다. 크림슨 에듀케이션이라고 하는 미국 대학입시 컨설팅 회사인데요, 2028년 졸업예정(입학 기준 2024년)인 미국 주요 명문대 입학생의 약 2%를 차지하고 있다고 해요. 교육에 있어서 '퍼스트 무버(?)'인 한국을, 미국도 쫓는 것일까요.  엔비디아 vs TSMC "고성 오고갔다" 엔비디아의 AI칩 '블랙웰' 생산차질을 두고 엔비디아와 이를 만드는 TSMC간 '갈등'이 있었다는 보도가 나왔습니다. 생산 차질을 두고 양사의 고위층이 소리를 높여 싸웠다는 얘기인데요, 엔비디아가 TSMC에 대한 의존을 줄일 수 있다는 전망도 나옵니다. 수혜를 보는 기업에는 삼정전자 이름도 등장하고 있네요.

인사말

지난 9월 올트먼이 백악관을 찾았습니다.

AI 인프라와 관련된 논의가 이어졌는데 올트먼은 이날 “5GW에 달하는 전력이 필요하다”라고 했다고 해요. 이 얘기를 들은 사람들은 모두 현실성이 없다 생각해 웃었고요. 5GW는 300만 가구의 사람에게 전력을 공급할 수 있는 양이라고 합니다.

이는 전 세계 전력 소비량의 약 1%에 달하는 수준이라 해요. 올트먼은 중국의 추격을 뿌리치고 미래 AI 시대를 열기 위해서는 이 정도 전력이 필요하다고 주장했다 합니다. 

빅테크 기업들이 원자력 분야에서도 움직이고 있습니다. 데이터센터는 AI 시대에 필수라서 경쟁자보다 먼저 확보해야만 하는 인프라에요.  

1등, 혁신을 추구하는 빅테크 기업들은 이를 위해 전력투구 할 것이란 생각이 들어요. 핵융합이 2040년, 2050년의 일이라면 그 전 단계를 SMR이 차지할 수 있을까요.

물론 그사이 태양광 기술이 비약적으로 발전하면서 태양광이 이 자리를 차지할 수도 있고요.

어쨌든 빅테크가 움직이고 돈을 넣고 있으니 5년 안에는 어떠한 커다란 변화가 이어질 것 같다는 생각이 듭니다.

한국도 기회가 될 수 있어요. 한국은 세계 최초로 SMR과 같은 ‘스마트 원전’을 개발했고 또한 원전을 지으면서 확보해왔던 탄탄한 밸류체인도 가지고 있거든요. 2030년, 우리는 어떤 에너지원을 맞이하게 될까요. 

빅테크의 이야기를 쫓다 보면 지금 우리 세대는 나름 ‘즐거운’ 세대가 아닌가 하는 생각이 듭니다. AI가 SMR로 연결되는 지금. 이러한 놀라운 모습을 실시간으로 바라보고 있는 목격자는 바로 이 순간을 사는 우리니까요. 

미래 에너지를 고민하면서 오늘 점심에는 ‘탄소발자국’을 계산해 보면 어떨까요. 한국일보가 제공하는 한끼밥상 탄소계산기를 이용하면 간편합니다. 내가 먹은 한끼의 탄소량, 생각보다 많아 깜짝놀랐습니다

긴글 읽어주셔서 감사합니다. 좋은 주말 보내시기 바랍니다. 

함께 적어가겠습니다

원호섭 드림

도움 주신 분 = 임채영 한국원자력연구원 원자력진흥본부장