산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2024.3(p23~25)

원자력 발전 특허 출원, 중국에서 급증
미국에서는 소형모듈로(SMR) 기업들이 강세

원자력 발전의 가치가 세계적으로 재인식되고 있다. 그 배경에 있는 것은 탄소중립(온난화 가스 배출량 실질적 제로) 추진과 에너지 안보의 양립을 목표로 하는 움직임이다. 2023년 12월, 미국은 2050년까지 세계 원자력 발전의 설비 용량을 3배로 늘린다는 선언을 발표했다. '제 28차 유엔기후변화협약 당사국총회(COP28)' 개최 시기에 맞춘 것으로, 일본, 프랑스, 영국, 한국 등 20여 개국이 동참했다.

-- 중국의 출원, 2000년대 후반부터 급증 --
그렇다면 최근 원자력 발전 기술개발에 주력하고 있는 국가나 기업은 어디일까? 닛케이모노즈쿠리가 원자력 발전에 관련된 특허 출원 동향을 조사한 결과, 상기의 ‘원자력 발전 3배 선언’의 동참 국가가 아닌 중국에서의 출원 건수가 2000년대 후반부터 급증하고 있다는 것을 알 수 있었다. 미국에서는 최근 주목 받고 있는 ‘소형모듈로’(SMR) 관련 기업들이 존재감을 드러내고 있다는 것도 엿볼 수 있었다.

일본의 원자력 발전을 되돌아 보면, 1960년대경부터 주로 미국으로부터의 기술 도입이 시작되어 1970~1980년대에 걸쳐 국산화가 진행되었다. 특허 출원 건수의 추이를 보면, 1970~1980년대에 일본은 관련 특허 출원 건수에서 세계 최대를 기록, 1985년경에 피크를 맞이했다.

이에 대해서 일본원자력산업협회의 아라이(新井) 이사장은 “확실한 것은 말할 수 없다”라고 전제한 후, “민관이 함께 경수로 기술 향상을 목표로 한 ‘개량표준화계획’이라고 불린 활동이 있었던 것이 대략 이 시기에 해당한다”라고 말한다. “실제로 플랜트를 건설해 운용하는 과정에서 많은 기술개발과 특허 출원이 이루어졌다”(아라이 이사장).

이후 일본의 출원 건수는 감소했으며, 2000년대 후반에 들어 다시 증가세로 돌아섰다. 이것은 미국과 유럽을 중심으로 원자력 발전을 재평가하는 ‘원자력 르네상스’라고 불리는 움직임이 있었던 시기와 겹친다.

1986년 체르노빌 원자력 발전소 사고 등으로 한때 원자력 발전은 정체 기미를 보였지만, 에너지 수요 증가와 환경 문제를 배경으로 재확대 분위기가 높아졌다. 하지만 2011년 동일본 대지진이 발생한 뒤 일본의 출원 건수는 다시 감소세로 돌아섰다.

한편, 상승세를 계속 이어가고 있는 곳이 중국이다. 2012년경에는 출원 건수에서 일본을 앞질렀다. 실제로 중국에서는 2023년 12월 기준으로 20기 이상의 원자력 발전소가 건설 중인 것으로 알려졌으며, 이것은 세계에서 가장 많은 규모이다. “미국이나 프랑스로부터 기술을 도입해온 중국은 독자적인 설계의 원자력 발전에 주력하고 있다”(아라이 이사장). 이것이 중국에서의 출원이 늘어난 배경 중 하나라고 말할 수 있을 것 같다.

-- 출원인 랭킹 상위에도 중국 기업 --
다음으로 기업별 출원인 랭킹을 살펴보자. 최근 10년(2013~2022년)간을 집계하면, 상위 10개 기업 중 4개가 중국의 기업·조직이었다. 최근 10년으로 한정한 것은 원자력 산업을 둘러싼 환경이 크게 변화한 2011년 동일본 대지진 이후의 동향에 주목하기 위해서이다.

중국에서 ‘3대 원자력 발전 투자 집단’이라고 불리는 것이 중국핵공업집단(CNNC), 중국광핵집단(CGN), 국가전력투자집단(SPIC)이다. “이 3개 집단의 자세한 관계는 불분명하지만, 모두 중국의 국유 기업”(일본원자력산업협회)이라고 한다.

예를 들어 랭킹 1위의 중국핵동력연구설계원(NPIC)과 3위의 중국핵전공정(CNPE)은 CNNC의 하부조직이라고 한다. 전자는 원자로나 핵연료 등에 대한 연구 및 설계를 담당하는 기업이며, 후자는 원자력 시설의 엔지니어링 기업에 해당한다. 4위인 중광핵연구원(CNPRI)과 6위인 중광핵공정(CNPEC)은 모두 CGN의 하부조직이라고 알려져 있다.

최근 중국은 국내 건설 뿐만 아니라, CNNC 등이 개발한 대형 경수로 ‘화룡(華竜)’을 파키스탄에 수출하는 등, 해외 사업 확대를 도모하고 있다. 또한 고온가스로(HTGR)의 실증로 ‘HTR-PM’에서 발전을 개시하는 등, 신형로 개발에서도 일본을 포함한 주요 국가들보다 앞서 있다. 이번 기업별 출원인 랭킹 결과에서도 중국의 활발한 움직임이 엿보였다.

일본의 원자로 제조 대기업 3사도 분전했다. 히타치GE뉴클리어에너지는 2위, 미쓰비시중공업은 7위, 도시바는 9위를 차지했다. 미국 기업으로는 10위에 웨스팅하우스일렉트릭(Westinghouse Electric)이 있었다. 최근 아랍에미리트(UAE)에 원전을 수출한 한국은 5위에 한국수력원자력발전(KHNP), 8위에 한국원자력연구원(KAERI)이 이름을 올렸다.

-- 미국은 소형로 기업이 상위에 --
출원 건수로만 보면 세계의 선두를 달리고 있는 것처럼 보이는 중국의 원자력 개발이지만, 출원인 랭킹을 국가별로 집계하면 다른 측면이 보인다.

일반적으로 어느 나라로의 특허 출원은 그 나라의 기업뿐만 아니라 특허의 권리를 주장하고 싶은 타국의 기업도 시행한다. 예를 들어, 유럽 출원인 랭킹을 살펴보면 1위는 프랑스의 원자력 대기업인 프라마톰(Framatome)이지만, 일본 기업과 한국 기업, 미국 기업의 이름도 확인할 수 있다.

한편, 중국의 출원인 랭킹을 보면, 상위는 대부분 중국의 기업·조직이 차지했다. 중국은 자국으로의 특허 출원에 주력하는 한편, 일본이나 미국, 유럽 등, 타국으로의 출원에서는 그다지 존재감이 없다. 이번 결과를 보면, 최근 중국의 눈에 띄는 출원 건수 증가는 주로 자국 기업의 출원에 의한 것이라고 말할 수 있다.

미국의 출원 랭킹에서는 최근 주목 받는 소형모듈로(SMR) 관련 기업들이 상위에 올랐다. SMR은 기존 대형 경수로와 비교해 구조를 간소화할 수 있고 안전성도 높일 수 있을 것으로 기대되고 있다. 복수의 방식이 제안되고 있으며, 그 중에서도 경수로형 SMR은 기존 원자력 기술의 연장선상에 있어 상용화가 가까운 것으로 알려져 있다.

예를 들면, 3위의 미국 NuScale Power는 소형의 가압수(加壓水)형 경수로(PWR)를 설계·제조하는 기업으로, 일본의 IHI나 닛키(一揮)홀딩스, 주부전력(中部電力)으로부터도 출자를 받고 있다. 미국을 비롯해 캐나다, 루마니아 등에서 건설이 검토되고 있다.

하지만, 현시점에서 SMR은 가동 실적이 적고, 전력량당 발전 코스트 측면에서 기존의 대형 경수로에 뒤처진다는 견해가 있다. 2023년 11월, NuScale Power가 미국 아이다호 주에서 진행하고 있던 원자력 발전소 건설 계획이 중단되었다. 당초 전망보다 발전 코스트가 급등한 것이 이유로 꼽힌다.

특허 출원이라는 시점에서 보면, 신흥 기업이 역사가 있는 원자력 대기업과 어깨를 나란히 하며 존재감을 나타내고 있는 것은 일본에는 없는 미국다운 상황이라고 말할 수 있을 것이다.

<조사 개요>
특허 분석 툴 'Patentfield'를 이용해 일본, 미국, 중국, 유럽, 한국에 대한 특허 출원을 살펴보았다. 국제적인 특허 분류 ‘IPC 서브 클래스’에서는 ‘G21C(원자로)’, ‘G21D(원자력 플랜트)’로 한정한 다음, ‘원자력 발전’, ‘nuclear power’ 등의 키워드를 포함한 특허를 집계. 1970~2022년에 걸친 국가별 출원 건수 추이와 2013~2022년 간의 출원인 랭킹을 작성했다. 검색은 2023년 12월 하순에 실시. PCT 국제출원 특허는 국가 별로 집계되어 있다.

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