AI는 왜 전기를 먹고 자랄까: 실리콘밸리가 원자력에 베팅하는 이유

AI 혁명의 보이지 않는 엔진, 데이터센터의 끝없는 에너지 식욕이 촉발한 거대한 에너지 전환의 흐름을 추적합니다.

• AI 데이터센터의 막대한 전력 소비 규모를 정확하게 파악할 수 있습니다.
• 실리콘밸리가 원자력으로 에너지 전략을 선회한 배경을 이해할 수 있습니다.
• 원자력의 새로운 대안인 소형모듈원자로(SMR)의 현실과 과제를 알 수 있습니다.

본문

AI 혁명의 보이지 않는 엔진

우리가 생성형 AI에게 시 한 편을 써달라고 부탁하거나, 단어 몇 개로 환상적인 그림을 만들어내는 마법 같은 순간을 떠올려 보세요. 하지만 그 커튼 뒤에는 수많은 서버가 뜨거운 열기를 내뿜으며 돌아가는 거대한 물리적 엔진, 바로 데이터센터가 있습니다. 우리가 던지는 간단한 질문 하나하나가 이 거대한 기계를 깨워 막대한 양의 전기를 삼키게 만들죠. 챗봇에 질문 26번을 던지는 에너지는 점심을 데우는 전자레인지와 맞먹고, 단 한 번의 질문은 스마트폰을 24분간 충전할 수 있는 전력에 해당합니다.

바로 이 지점에서 현대 기술의 가장 큰 역설이 드러납니다. 비물질적 미래의 상징 같았던 AI 혁명이, 인류 역사상 가장 거대하고 중앙집중적인 에너지 수요를 만들어내고 있는 것입니다. 이 끝없는 에너지 식욕은 전 세계 에너지 정책의 근본적인 재검토를 강요하고 있으며, 한때 ‘100% 재생에너지’를 외치던 실리콘밸리마저 외면했던 에너지원, 바로 원자력 발전을 다시 끌어안게 만들고 있습니다.

10억 와트의 뇌: AI의 끝없는 식욕 정량화하기

AI가 왜 ‘전기 하마’가 되었을까요? 첫째, AI 연산은 수천 개의 고성능 GPU를 동시에 가동하는 방식에 의존합니다. GPT-3 같은 대형 모델 하나를 훈련시키는 데 약 $1.3 \text{GWh}$의 전력이 필요한데, 이는 수천 가구가 하루 종일 쓰는 전력량과 맞먹습니다.

둘째, 더 큰 문제는 ‘열’입니다. 강도 높은 연산은 엄청난 열을 발생시키고, 이 열을 식히기 위해 컴퓨팅 자체에 쓰는 전기만큼이나 많은 전력을 냉각 시스템에 쏟아부어야 합니다. 현재 데이터센터 전력의 약 **40%**가 오직 냉각을 위해 소모될 정도입니다.

국제에너지기구(IEA)는 전 세계 데이터센터의 전력 사용량이 2022년 460TWh에서 2026년에는 1,050TWh로, 불과 4년 만에 두 배 이상 증가할 것으로 전망했습니다. 이는 일본 전체의 연간 전력 소비량과 맞먹는 엄청난 양입니다. 특히 이 수요의 80%가 미국과 중국에 집중될 것으로 보여, 에너지 정책은 이제 AI 패권을 둘러싼 지정학적 경쟁의 핵심 도구로 변모하고 있습니다.

표 1: 전 세계 데이터센터 전력 소비 전망

문제는 이 폭발적인 수요를 어떻게 충당하느냐입니다. AI 데이터센터는 1년 365일, 24시간 중단 없이 안정적인 전력을 공급받아야 하는 전형적인 ‘기저부하’ 수요처입니다. 해가 지거나 바람이 멈추면 발전량이 널뛰는 간헐적 재생에너지(풍력, 태양광 등)만으로는 이 수요를 감당하기 어렵죠. 결국 IEA는 2030년까지 데이터센터의 신규 전력 수요 증가분 중 40% 이상을 결국 천연가스와 석탄 발전으로 충당할 것으로 전망했습니다. AI 혁명이 인류의 탈탄소 목표와 정면으로 충돌하는 ‘기후 변화의 역설’입니다.

위대한 유턴: 세계가 다시 원자를 포용하다

2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 10여 년간, 세계는 ‘원자력의 겨울’을 보냈습니다. 하지만 기후 변화와 에너지 안보, 그리고 AI라는 변수가 더해지면서 이 흐름은 극적인 반전을 맞이하고 있습니다.

• 미국: 인플레이션 감축법(IRA)으로 원자력에 파격적인 세제 혜택을 제공하고, 전력난에 시달리던 캘리포니아주는 폐쇄 예정이던 디아블로 캐니언 원전의 수명을 연장했습니다.
• 유럽: 프랑스는 최대 14기의 신규 원전 건설을 발표했고, 영국도 원자력 발전 용량을 4배로 늘리는 로드맵을 제시했습니다.
• 아시아: 사고 당사국인 일본조차 원전 재가동과 수명 연장으로 방향을 틀었고, 한국 역시 신규 원전 3기 건설과 차세대 SMR 상용화 계획을 공식화했습니다.

예기치 않은 동맹: 실리콘밸리가 원자로를 만났을 때

가장 놀라운 장면은 실리콘밸리의 기술 대기업들이 원자력의 가장 열렬한 지지자로 나섰다는 점입니다. 한때 RE100(사용 전력의 100%를 재생에너지로 충당)을 외치던 그들이 이제 원자력을 향해 적극적으로 손을 뻗고 있습니다. 이는 재생에너지 만으로는 24시간 가동되어야 하는 데이터센터의 막대한 전력을 안정적으로 충족시킬 수 없다는 냉정한 현실 인식 때문입니다.

이러한 전략적 선회는 구체적인 투자로 나타나고 있습니다. 아마존은 원전 옆 데이터센터를 인수하고 SMR 개발사에 투자했으며, 마이크로소프트는 사고가 났던 스리마일섬(TMI) 원자로를 재가동하는 내용이 포함된 장기 계약을 체결했습니다. 구글마저 SMR 스타트업과 대규모 전력 구매 계약을 맺으며 원자력의 미래에 과감히 베팅하고 있습니다.

표 2: 빅테크와 원자력의 동맹

작고 아름다운가? SMR은 만능 해결책일까?

새로운 원자력 르네상스의 중심에는 **소형모듈원자로(SMR)**가 있습니다. 안전성(Safety), 확장성(Scalability), 속도(Speed)라는 ‘3S’를 장점으로 내세우며 원자력의 패러다임을 바꿀 기술로 주목받고 있죠.

하지만 SMR의 선두 주자였던 미국 뉴스케일의 첫 상용 프로젝트가 경제성 문제로 좌초된 사례는 장밋빛 미래에 찬물을 끼얹었습니다. 건설 비용이 급등하며 전기요금이 비싸지자 고객사들이 계약을 포기한 것입니다. 이는 SMR이 상용화되기 위해선 ‘최초 호기’의 막대한 비용과 위험이라는 _‘죽음의 계곡’_을 넘어야 하는 숙제가 있음을 보여줍니다.

냉정한 현실: 원자력의 길에 놓인 영원한 장애물

AI라는 강력한 동맹군을 만났지만, 원자력의 미래는 여전히 가시밭길입니다.

• 비용 문제: 미국 보글 원전 사례처럼, 신규 원전 건설은 예측을 뛰어넘는 비용 초과와 공기 지연의 위험을 항상 안고 있습니다.
• 핵폐기물: 수만 년간 치명적인 방사능을 내뿜는 사용후핵연료를 영구적으로 처분할 방법은 아직 전 세계 어디에도 없습니다. 이는 해결책을 미래 세대에게 떠넘기는 심각한 윤리적, 기술적 난제입니다.
• 사회적 수용성: 기술적 안전성과는 별개로, ‘우리 집 뒷마당은 안된다’는 님비 현상과 정치적 변동성은 원전 프로젝트의 가장 큰 장벽으로 작용합니다.

결론

AI의 끝없는 에너지 수요는 ‘재생에너지냐, 원자력이냐’의 양자택일이 아닌, **‘재생에너지와 원자력 모두’**를 필요로 하는 시대로 우리를 이끌고 있습니다. 날씨에 따라 변동하는 전력은 재생에너지가, 24시간 중단 없는 안정적인 기저부하는 원자력이 책임지는 상호보완적 시스템이 필요합니다. 현재로서는 원자력이 그 역할을 대규모로 수행할 수 있는 유일하게 검증된 무탄소 기술입니다.

우리는 지금 중대한 선택의 기로에 서 있습니다. 향후 10년간 에너지 인프라에 대해 내리는 결정들은 기후 목표 달성 여부뿐만 아니라, AI 혁명의 궁극적인 한계를 규정하게 될 것입니다. 인공적인 두뇌를 만들려는 인류의 탐구는, 역설적으로 그 두뇌에 동력을 공급하는 물리적 세계를 근본적으로 재설계하도록 우리를 이끌고 있습니다.