[비즈한국] 原子炉の役割が電力生産を超え、産業プロセス用の熱供給へと拡大している。最近、中国が世界初となる第4世代原子炉「高温ガス炉（HTGR）」を大規模産業団地と連携させるプロジェクトに着手したことで、石油化学や鉄鋼などエネルギー集約型産業の脱炭素競争で一歩リードする形となった。一方、韓国は今ようやく官民協力の段階に足を踏み入れたばかりで、追い上げる立場にある。
中国、世界初の産業用高温ガス炉の建設を開始
1月16日、中国核工業集団公司（CNNC）は江蘇省連雲港市で「徐圩原子力熱併給発電所」のコンクリート打設作業を開始した。この事業は、中国が独自設計した第3世代加圧水型軽水炉「華龍1号」2基と、第4世代高温ガス炉1基を組み合わせたハイブリッド型だ。世界初の加圧水型軽水炉と高温ガス炉を結合した原子力発電所であり、第4世代原子炉技術の最初の産業用商用化事例となる予定である。
このプロジェクトの核心は、原発から発生する熱を直接産業用蒸気に変換し、近隣の徐圩石油化学団地に供給することだ。華龍1号が生成した熱で一次蒸気を作り、それを高温ガス炉が再加熱して700度以上の超高温蒸気を生産する方式である。完工時には年間3250万トンの産業用蒸気と115億kWh以上の電力を同時に生産することになる。これは年間726万トンの石炭消費を削減し、1960万トンの二酸化炭素排出を抑制する効果があるとCNNCは明らかにした。
石油化学・鉄鋼の新たな熱源
高温ガス炉は、冷却材として水の代わりにヘリウムガスを、減速材として黒鉛を使用する次世代原子炉である。石油化学や鉄鋼産業は、製造工程で膨大な量の熱エネルギーを消費する。しかし、既存の原子炉は生産可能な蒸気温度が低く、活用に限界があった。高温ガス炉は700度から最高950度に達する超高温の熱を得られるという点で、産業用熱源としての価値が高い。
石油化学産業では主にナフサ分解工程（NCC）にこの熱を活用する。ナフサを熱分解してエチレンやプロピレンなどを得るには800度以上の高温が必要だが、高温ガス炉がこの熱を供給すれば、工程で発生する炭素を根本的に除去できる。1月28日に麗水商工会議所で朱哲賢（チュ・チョルヒョン）共に民主党議員の主催により開かれた「石油化学産業復興のための高温ガス炉活用方策討論会」で、ロッテケミカル011170のパク・インチョル常務は「現在、エネルギーコストが売上高の約20％を占めるほど大きい」と明かした。石油化学業界は、この熱源を高温ガス炉に代替できれば、炭素低減とともに工程の経済性を向上できると期待している。
鉄鋼産業でも活用度が高い。カーボンニュートラルの鍵とされる「水素還元製鉄（HyREX）」は、原料炭の代わりに水素を還元剤として使用する。この時、水素と鉄鉱石が反応するためには800度以上の高温状態を維持する必要があり、水を熱化学的に分解して大量のクリーン水素を生産するプロセスでも高温ガス炉の熱が不可欠である。
POSCO E&C側は「国内の再生可能エネルギー拡大の状況と海外からの水素導入の可能性を総合的に考慮すると、原発を並行する戦略が現実的な代替案だと考えている」とし、「高温ガス炉は750度以上の高温熱と無炭素電力を同時に利用できるため、高温水蒸気電解による水素生産やアンモニアクラッキングなどを通じた、クリーン水素の安定的な大量生産に活用可能な技術と評価している」と明らかにした。
高温ガス炉が産業団地の近隣に建設できる背景には、旧世代の原子炉に比べて圧倒的な安全性がある。高温ガス炉に使用される被覆粒子燃料「TRISO」は、3層のセラミックコーティングを施しており、1600度以上の極限状況でも放射性物質を完璧に封じ込める。
また、冷却材であるヘリウムは化学的に不活性な気体であるため爆発の危険がなく、事故で冷却機能が喪失しても黒鉛減速材の高い熱容量のおかげで温度が非常にゆっくりとしか上昇しない。万が一事故につながっても、別途の冷却装置や電源なしに熱放射や空気中への熱伝導だけで自然冷却されるため、炉心溶融事故の危険性が事実上ない。このような高い安全性のおかげで、産業団地の近隣に建設して熱を直接伝達するのに最適化された原子炉と評価されている。
韓国は道のり遠く
中国が商用化段階に突入したのに対し、韓国は初期の研究開発段階にある。科学技術情報通信部は2024年から韓国原子力研究院とPOSCO E&C、大宇建設047040、スマートパワー、SKエコプラント、ロッテケミカルなどの民間企業が参加する高温ガス炉の開発に着手した。1月から基本設計に入っており、今後予備妥当性調査を経て実証炉の建設および運営に乗り出す計画だ。
ロッテケミカル側は「高温ガス炉は現在研究開発の初期段階」とし、「工程に使用される熱源を代替して炭素低減に活用することを検討している」と述べた。
韓国の高温ガス炉開発は、2030年代半ばの実証と商用化を目標としている。石油化学業界の関係者は「中国はすでに建設を開始しており、米国のX-energyコンソーシアムもダウ・ケミカルの工場への高温ガス炉設置許可を申請している状況」とし、「韓国は遅れをとっている状況なので、スピードを上げなければならない」と語った。