‘조용한 중추’: 적층 제조가 전 세계 전력망에 새로운 활력을 불어넣는 방식

2026년 4월 1일 | 읽는 데 걸리는 시간: 4분

 

세계 에너지 산업은 ‘용량 계수’라는 개념에 의존하고 있습니다. 이 지표는 발전소의 실제 에너지 생산량을 최대 이론적 잠재력과 비교하여 측정합니다. 미국에서 원자력은 전력망의 확실한 주력원으로 자리 잡고 있으며, 무려 93%에 달하는 놀라운 용량 계수를 유지하고 있습니다. 이를 비교해 보면, 천연가스는 약 57% 수준을 유지하는 반면, 풍력과 태양광은 25%에서 35% 사이에서 등락을 거듭합니다.

원자력 업계가 신뢰성에서 남은 1%의 격차를 좁히기 위해 고군분투하는 동안, 석유·가스 업계는 또 다른 골칫거리인 ‘재고세’와 맞서 싸우고 있다. 엑슨모빌과 같은 기업들은 전 세계 각지에 예비 부품을 비축해 두기 위해 수십억 달러를 쏟아붓는다. 펌프 임펠러와 같은 이러한 부품의 40%는 실제로 사용되기도 전에 방치되는 경우가 많다. 이 부품들은 단순히 먼지만 쌓이고 세금을 내다가 결국 폐기될 때까지 방치될 뿐이다.

오늘날 적층 제조(AM)는 이 두 가지 과제에 대한 해결책을 제시하며, 단순한 시제품 제작 기술에서 글로벌 에너지 안보의 핵심 인프라로 거듭나고 있습니다.

 

마지막 1%를 향한 도전

원자력 산업에서는 “그럭저럭 괜찮은” 수준이란 존재하지 않습니다. 웨스팅하우스 뉴클리어(Westinghouse Nuclear)는 적층 제조(AM) 기술을 활용해, 고성능 발전소와 완벽한 발전소를 가르는 극히 미세한 가동 중단 시간을 줄이는 데 주력하고 있습니다. 웨스팅하우스의 글로벌 AM 프로그램 리더인 아담 트래비스는 자신이 "목적 중심 설계(Design for Purpose)"라고 명명한 철학을 주창한다. 그는 엔지니어들이 '적층 제조를 위한 설계(DfAM)'라는 제한적인 사고방식에서 벗어나야 한다고 주장한다. 대신, 그들은 기존 제조 방식의 제약이라는 짐을 벗어던진 채 AM을 활용해 부품의 궁극적인 기능적 목표를 실현해야 한다고 말한다.

이 철학의 주요 목표 중 하나는 ‘누출’ 문제입니다. 누출은 냉각수 순환로 내의 미세 이물질이 연료봉을 뚫고 들어가 우라늄 펠릿을 노출시킬 때 발생합니다. 단 5mm 길이의 철사 한 가닥만으로도 이러한 고장을 일으킬 수 있습니다. 전통적으로 필터 성능이 향상되면 "압력 강하"가 증가하여 발전소 전체 효율이 저하되는 문제가 있었습니다. 그러나 웨스팅하우스는 비등수형 원자로용 '스트롱홀드 AM 필터'를 개발했습니다. AM 기술을 활용해 복잡하고 구불구불한 내부 유로를 형성함으로써, 기존에 비해 효율이 떨어지던 구형 모델과 동일한 압력 강하를 유지하면서도 5mm 크기의 이물질을 100% 걸러내는 데 성공했습니다.

 

‘목적 중심 설계’ 접근법 이해하기

이러한 ‘목적 중심 설계(Design for Purpose)’ 접근 방식은 가압수형 원자로용 적층 제조 하부 노즐(AMBN)의 개발로 이어졌습니다. 이 안전 관련 부품은 정교한 3D 메쉬 구조를 갖추고 있어, 이전 모델에 비해 이물질을 포집하는 효율이 13배나 높습니다.

이 혁신 덕분에 이물질 여과 효율이 65%에서 무려 96%로 향상되었습니다. 이 부품들은 단순히 복잡한 수준을 넘어 ‘안전 관련’ 부품으로 분류되는데, 이는 원자력 분야에서 항공우주 분야의 ‘비행에 필수적인’ 부품만큼이나 엄격한 기준을 적용받는 범주입니다.

 

디지털 웨어하우스

웨스팅하우스가 유체 역학에 주력하는 한편, 엑슨모빌은 ‘디지털 공급망(Digital Supply Network)’을 통해 공급망을 재정의하고 있다. 엑슨모빌 배턴루지 지역 적층 제조(AM) 책임자인 크리스토퍼 비슨은 이 대규모 전략적 전환을 총괄하고 있다. 엑슨모빌은 적층 제조를 휴스턴과 뉴저지에 위치한 중앙 집중식 기업 연구소에서 현장으로 직접 이전했다. 이러한 전환은 적층 제조를 단순한 연구 프로젝트가 아닌, 성숙한 ‘실행 가능한’ 기술로 간주하고 있다.

목표는 “디지털 창고”를 구축하여 실물 재고 관리 비용을 없애는 것입니다. 엑슨은 쉘(Shell)이나 코노코필립스(ConocoPhillips)와 같은 경쟁사들이 비지식재산권(non-IP) 3D 모델을 공유하는 협업형 산업 클라우드인 ‘필드 노드(Field Node)’에 참여하고 있습니다. 엑슨 현장 펌프 볼류트가 고장 났을 때, 쉘이 이미 해당 모델을 스캔하고 검증해 둔 상태라면, 엑슨은 해당 파일에 접근하여 즉시 출력할 수 있습니다. 이러한 협력을 통해 수개월에 걸친 리버스 엔지니어링 과정을 생략하고, 기존 주조 공정에 흔히 소요되는 12개월의 리드 타임을 단축할 수 있습니다.

 

디지털 여권의 효과

이를 원활히 추진하기 위해 업계는 국제 석유·가스 생산자 협회(IOGP)를 통해 ‘디지털 패스포트’를 도입하고 있습니다. 이 패스포트는 디지털 준비도 수준(DRL)을 활용하여, 재료 경도부터 표면 마감 사양에 이르기까지 공급업체가 필요로 하는 모든 정보가 파일에 포함되어 있는지 확인합니다.

비슨은 목표가 “원클릭” 견적 요청을 통해 수년에 걸치던 공급망 지연을 몇 주 만에 처리할 수 있는 디지털 실행 체계로 전환하는 것이라고 설명한다.

 

프로토타이핑을 넘어: 실제 현장의 주요 성과

2023년, 원자력 산업에서 적층 제조(AM)의 역할은 지정학적 측면에서 중요한 이정표를 세웠습니다. VVER 원자로로 알려진 동유럽의 대부분의 원자로는 원래 러시아산 연료에 의존해 왔습니다. 2022년 우크라이나 침공 이후, 웨스팅하우스는 적층 제조 기술을 활용해 불과 18개월 만에 서방산 연료 유동판을 개발하고 인증을 획득했습니다.

이 프로젝트는 적층 제조(AM)가 비용과 성능 면에서 기존 가공 방식을 능가할 수 있음을 입증했습니다. 웨스팅하우스는 9개의 부품을 2개의 일체형 부품으로 통합함으로써 용접을 없애고 구조적 강도를 높였습니다. 2024년까지 이 프로젝트를 위해 생산된 안전 관련 적층 제조 부품이 1,000개를 돌파했습니다. 이는 지구상에서 규제가 가장 엄격한 산업 분야 중 하나에서 진정한 양산 체계를 구축했음을 의미합니다.

엑슨모빌은 원자재 수준에서 더 작은 규모로 유사한 성과를 거두고 있습니다. 비슨은 기존에는 나사산 부품 4개를 임시로 결합해야 했기 때문에 540달러가 들던 특정 가공 부품을 예로 들었습니다. 적층 제조(AM) 기술을 활용해 이 부품을 단일 부품으로 대량 출력함으로써 비용은 196달러로 떨어졌습니다. 국가 전력망의 안정화를 도모하든, 단일 밸브 부품에서 344달러를 절감하든, 적층 제조의 경제적 타당성은 이제 부인할 수 없는 사실이 되었습니다.

 

새로운 개척지

에너지 분야에 중점을 둔 적층 제조의 발전 속도가 빨라지고 있습니다. 엑슨모빌은 1930년대에 제작된 기존 압축기를 3D 스캔하던 방식에서 벗어나, 대형 부품에 와이어 아크 적층 제조(WAAM)와 같은 첨단 기술을 도입하고 있습니다. 이제 높이 5피트에 달하는 이 주철 대체품의 납기 기간은 수년이 아닌 단 몇 주로 단축되었습니다.

한편, 웨스팅하우스는 우주로 시선을 돌리고 있다. 이 회사는 지난 10년간 축적한 적층 제조(AM) 경험을 eVinci 마이크로 원자로와 AP300 소형 모듈형 원자로 개발에 접목하고 있다. 그중에서도 가장 주목할 만한 것은 NASA와 함께 진행 중인 달 표면 핵분열 발전 프로젝트일 것이다. 이 프로젝트는 원자력 공학과 적층 제조의 대표적인 활용 사례를 결합한 것으로, 우주 여행의 무게를 줄이는 동시에 달 기지에 안정적인 전력 기반을 확보하는 것을 목표로 한다.

 

미래를 위한 안전 보장: 글로벌 에너지 분야의 안전 핵심 도구로서의 적층 제조(AM)

3D 프린팅을 단순히 “재미나 소품 제작”에 활용하던 시대는 지났다. 비슨과 트래비스가 입증했듯이, 적층 제조(AM)는 이제 전 세계 에너지 안보를 보장하는 성숙하고 안전이 최우선인 도구로 자리 잡았다. 배턴루지의 지하 정유 시설부터 달 표면의 잠재적 전초 기지에 이르기까지, 적층 제조는 기존 제조 방식으로는 도저히 따라올 수 없는 속도, 설계의 자유도, 그리고 신뢰성을 제공한다.

에너지 부문이 적층 제조(AM) 기술을 도입할지 여부에 대한 단순한 논의를 넘어, 이제는 업계 리더들이 전 세계적으로 증가하는 안정적이고 저탄소 전력 수요를 충족시키기 위해 이 기술을 얼마나 빠르게 확대해 나갈 수 있을지가 핵심 과제입니다. EOS는 이러한 전환을 지원할 준비가 되어 있습니다. 당사 팀은 운영사 및 OEM 업체와 협력하여 원자력, 석유 및 가스 분야의 안전이 최우선인 응용 분야에 적층 제조 기술을 산업화하고 있습니다.

인증된 품질, 효율적인 물류, 그리고 귀사의 에너지 인프라에 필요한 확신을 제공하는 턴키 방식의 적층 제조 솔루션에 대해 논의하시려면 당사로 문의해 주십시오.

 

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