케이엔알시스템, 세계 첫 '중수로 원전해체 로봇시스템' 개발완료…"기술자립 이정표"

슈퍼휴머노이드 기반 설계로 거대한 크기에 세밀한 원격작업 구현 '주목'

슈퍼휴머노이드 기반 설계로 거대한 크기에 세밀한 원격작업 구현 '주목'

케이엔알시스템이 원전 '중수로 방사화구조물 절단 플랫폼' 개발을 최근 완료했다. ⓒ 케이엔알시스템

[프라임경제] 로봇전문기업 케이엔알시스템(199430)은 원전 '중수로(PHWR, Pressurized Heavy Water Reactor) 방사화구조물 절단 플랫폼' 개발을 최근 완료했다고 31일 밝혔다.

2026년 1월 약 28억원 규모의 정부 발주 중수로 해체 실증사업에 대한 본계약 체결 후 7개월 만이며, 9월에는 최종 납품절차에 들어간다.

이번에 납품되는 원전해체 로봇시스템은 한국원자력환경복원연구원(KRID, 이하 원복연) 경주 분원 중수로해체기술원에 설치되어 본격적인 중수로 해체 실증작업에 투입된다. 

원복연은 고리1호기와 월성1호기 영구정지 이후 원전해체 기술자립과 안전한 해체작업 지원, 해외 원전해체 시장 진출을 위한 기술적 기반을 마련하는 산업통상자원부 산하기관이다.

이는 특히 캐나다 등 해외에서조차 중수로 해체가 시료 채취용 원격 툴링을 활용하거나 단순 전동 구동방식의 원격장비를 검토하는 등 초기수준에 머물러 있다. 상용 중수로의 핵심 구조물인 칼란드리아(밀폐형 원자로 용기) 해체를 목적으로 하는 원전해체 로봇시스템을 개발해 실증까지 나서는 것은 전 세계에서 처음이다.

최근 개발에 성공한 케이엔알시스템의 원전해체 로봇시스템은 칼란드리아 및 내부 부속물을 사람의 접근 없이 원격으로 해체하는 통합플랫폼이다.

세부적으로는 △원자로 내부의 미세 구조물을 원격으로 정밀하게 절단하여 인출하는 '수평해체시스템' △고하중 양팔로봇으로 대형 구조물의 원격 해체 및 방사성 폐기물을 격리 이송하는 '수직해체시스템' △해체물을 안전하게 옮기는 '중량물 인양시스템' △칼란드리아 Vault 구조물을 해체하는 'Vault 구조물 해체시스템' 등 총 4개의 체계로 구성되어 있다.

이중 가장 핵심체계인 고하중 양팔로봇은 한 팔당 7자유도로 제작됐다. 크기 2.4m, 작업반경 2.5m, 가반하중(들어올리거나 운반할 수 있는 최대무게) 400kg에 달하는 대형 로봇팔이다. 

이 양팔로봇은 슈퍼휴머노이드의 설계원리를 기반으로 개발돼 거대한 크기에도 불구하고 실제 사람의 작업모습과 매우 흡사하여 세밀한 원격작업이 가능하다.

이 같은 고하중 양팔로봇의 기술적 배경은 이 회사가 25년간 축적한 유압 정밀제어 기술이라는 설명이다. 유압로봇은 전동모터 방식보다 부피 대비 매우 강력한 힘을 내며, 방사선에 의한 전자부품 오작동 확률이 현저히 낮은 게 특징이다.

인체에 노출되면 수초 내에 사망에 이를 수 있는 피폭선량인 1000시버트(Sv)의 초고준위 방사선 환경은 사람이 아예 접근할 수 없으며, 일반 로봇이나 전자장비조차 수분 내에 고장이 나는 수준이다. 

케이엔알시스템의 유압로봇은 방폭 인증을 확보해 방사성폐기물을 안정적으로 처리할 수 있으며, 극한환경에서 오작동 없이 정상기능을 발휘한다. 또한 수심 20m 이상의 수중에서도 정밀제어가 가능하다.

여기에 '스마트 유압제어 기술'과 '디지털 트윈 시뮬레이션' 등의 제어기술과 함께 고온, 분진, 진동, 습기 등 극한환경에서의 해체 및 절단 공정을 위한 방진, 방수, 내열, 내진, 내방사능 설계를 적용했다.

이번 원전해체 로봇시스템의 개발 완료가 갖는 기술적 의의는 그 적용 대상이 중수로라는 데에 있다. 중수로는 경수로보다 구조가 복잡하고 방사능 오염도가 높아 해체 난이도가 훨씬 높으며, 상용급 PHWR의 경우 세계적으로도 아직 해체 성공사례가 없다. 다수의 중수로 운전이 종료된 캐나다에서조차 2057년에야 최종 철거를 시작한다는 계획에 머물러 있다.

케이엔알시스템은 세계에서 처음 시도되는 중수로 해체 사전단계에 참여해 실물 성과물까지 확보한 셈이다.

케이엔알시스템은 이번 중수로 원전해체 로봇시스템 실증 투입에 따른 경험을 활용해 △국내 경수로 방사선관리구역 해체 △월성1호기~4호기 등을 비롯해 △향후에는 세계 최다인 17기의 중수로를 가동중인 캐나다를 비롯해 아르헨티나, 루마니아, 중국, 인도 등 해외 원전 해체시장의 로봇화에도 적극 참여한다는 계획이다.

원전해체는 △영구정지 △해체계획 승인 △비관리구역 해체 △사용후핵연료 반출 △방사성 계통·구조물 철거 △부지복원 순으로 진행되며, 이번 원전해체 로봇시스템은 가장 난이도가 높은 방사성 구조물 철거 단계에 투입되는 장비이다.

로봇이 원자로를 직접 자르는 단계까지 국산기술로 준비를 마쳤다는 점에서 국내 원전해체 기술자립의 중요한 이정표인 셈이다.

김명한 케이엔알시스템 대표는 "원전해체 로봇을 국내 기술로 약 7개월 만에 완성해낸 것은 우리의 로봇 설계 기술이 최고 난이도의 현장에서 통한다는 것을 실물로 증명한 것"이라며 "이번 실증 성과물을 발판으로 국내외 원전 해체 로봇화 시장에 본격 진출하겠다"고 말했다.

한편 케이엔알시스템은 'K-휴머노이드연합' 공식 참여기업과 'AI팩토리 전문기업'으로 선정됐으며, 이미 심해(深海)에서 작업하는 로봇과 제철소 용광로를 관리하는 로봇 기술이 현장에서 활용될 정도로 뛰어난 로봇 개발 능력을 보유하고 있다. 

또한 기존 로봇팔보다 2배 업그레이드된 고성능 '다목적 유압 로봇팔' 개발에 성공했으며, 소형 서보밸브 국산화에도 성공했다. 2025년에는 세계 최초로 전동모터와 유압액추에이터를 하나로 결합한 '로봇용 하이브리드 액추에이터 라인업'을 완성했다.

또한 고중량 작업용 슈퍼휴머노이드 로봇을 2026년 말 선보인다는 계획이다. 최대 가반하중 600kg급의 고하중 슈퍼휴머노이드가 개발되면 세계 최초이자 최대의 '일하는' 이족보행 로봇이 탄생할 전망이다. 

이밖에도 2027년 초 완료를 목표로 가반하중 1톤급 '고중량 사족보행 로봇' 개발에도 착수했다. 현재 글로벌 시장의 전동식 사족보행 로봇이 10~40kg 수준의 적재한계를 보이는 것과 비교하면 시장의 판도를 바꿀 수 있을 정도의 압도적인 스펙이다.