핵처리 관련주는 원자력발전소에서 발생하는 방사성폐기물 처리·저장·처분 기술을 보유한 기업들입니다. 고리1호기 해체 본격화로 500조원 규모 시장이 열리며 오르비텍, 대창솔루션, 우진엔텍 등이 주목받고 있습니다.
핵처리 산업의 개요와 중요성
핵처리 관련주는 원자력 발전소에서 발생하는 방사성폐기물을 안전하게 처리, 저장, 처분하는 기술과 서비스를 제공하는 기업들의 주식을 의미합니다. 원자력 발전은 깨끗한 에너지원으로 주목받고 있지만, 발전 과정에서 불가피하게 발생하는 방사성폐기물의 안전한 관리는 원자력 산업의 지속가능성을 결정하는 핵심 과제입니다.
방사성폐기물은 방사능 농도와 열발생률에 따라 고준위, 중준위, 저준위, 극저준위로 구분됩니다. 고준위폐기물은 반감기가 20년 이상의 알파선을 방출하는 핵종으로 방사능 농도가 4000Bq/g 이상이며 열발생률이 2kW/㎥ 이상인 폐기물로 대부분 사용후핵연료가 해당됩니다. 중저준위폐기물은 원전 운영 과정에서 발생하는 작업복, 장갑, 부품, 폐수지, 폐필터 등으로 방사능 수준이 상대적으로 낮습니다.
2025년 11월 현재, 한국은 고리 1호기 해체를 본격화하며 원전 해체 및 방사성폐기물 처리 산업의 새로운 전환점을 맞이하고 있습니다. 원자력안전위원회는 2025년 6월 26일 고리 1호기 해체 최종계획을 승인했으며, 이는 국내 상업용 원전 해체의 첫 사례로 향후 12년에 걸쳐 진행될 예정입니다.
글로벌 원전 해체 시장 규모와 전망
국제원자력기구(IAEA)에 따르면 2025년 기준 전 세계에서 영구 정지된 원전은 총 213-214기에 달하며, 2050년까지 588기로 증가할 것으로 예상됩니다. 이 중 완전히 해체된 원전은 23-25기에 불과해 향후 해체 수요가 급증할 전망입니다.
글로벌 원전 해체 시장 규모는 2040-2050년까지 약 500조원에 달할 것으로 추산됩니다. 원전 1기당 해체 비용은 약 7500억-8000억원으로 예상되며, 해체 작업은 10~20년에 걸쳐 장기적으로 진행되기 때문에 관련 기업들에게 안정적인 수익 기회를 제공합니다.
방사성폐기물 처리의 기본 원칙과 방법
방사성폐기물 처리의 목적은 환경에 대한 방사능 영향을 최소화하는 것입니다. 처리의 기본 원칙은 크게 세 가지로 나뉩니다.
첫째, 분리와 농축입니다. 오염되지 않은 물질과 방사성물질을 분리한 후 오염된 물질의 부피를 최소화하도록 농축하는 것이 가장 기본적인 원칙입니다. 둘째, 지연과 붕괴입니다. 폐기물을 일정 장소에 저장하여 시간이 지남에 따라 방사능이 자연 붕괴하여 소멸하면 일반 폐기물로 처리하는 방식으로, 주로 기체폐기물에 적용됩니다. 셋째, 희석과 분산입니다. 농도가 낮은 기체나 액체폐기물을 공기나 물에 희석하여 환경 영향을 완화하는 방법입니다.
고체폐기물은 감용 과정을 거쳐 부피를 줄인 후 시멘트, 석고, 콘크리트 등을 이용해 고화 처리하여 드럼통에 담아 처분장으로 이송됩니다. 액체폐기물은 필터와 이온교환수지를 사용해 방사성물질을 제거하고 증발·농축 과정을 거쳐 깨끗해진 액체는 방류하며, 남은 폐기물은 고체화합니다.
핵처리 관련 주요 기술 분야
사용후핵연료 재처리 기술
사용후핵연료 재처리는 원자로에서 사용된 핵연료에서 유효한 우라늄과 플루토늄을 추출하는 기술입니다. 전통적인 습식 재처리 방법인 PUREX(Plutonium-URanium EXtraction)는 전 세계 주요 재처리 공장에서 사용되는 방법으로 순도 높은 우라늄과 플루토늄을 얻을 수 있습니다.
한국은 1997년부터 건식 재처리 방법인 파이로프로세싱(Pyroprocessing) 기술을 연구해왔습니다. 파이로프로세싱은 500도 이상의 고온에서 용융염 매질과 전기를 이용해 사용후핵연료를 전기화학적으로 처리하는 기술로, 고순도 플루토늄 추출을 원천적으로 배제할 수 있어 핵확산 저항성이 높습니다.
이 기술을 실용화하면 사용후핵연료의 부피를 20분의 1, 발열량은 100분의 1, 방사성 독성은 1000분의 1로 줄여 고준위폐기물 처분장의 규모를 100분의 1로 줄일 수 있습니다. 한국은 미국과 한미핵연료주기공동연구(2011~2020)를 통해 파이로프로세싱 기술의 타당성을 입증했으며, 최근 한미 원자력협정 개정으로 전처리와 전해환원 단계를 수행할 수 있게 되었습니다.
원전 해체 기술
원전 해체는 방사선 노출이 없는 비관리구역부터 시작하여 터빈과 배관 등 2차 계통 설비를 해체한 후, 사용후핵연료를 반출하고 최종적으로 방사선 관리구역의 원자로 및 핵심 기기를 해체하는 순서로 진행됩니다.
고리 1호기 해체는 2025년 11월 두산에너빌리티를 주관사로 HJ중공업, 한전KPS와 함께 2028년까지 비관리구역 내부·야드 설비 해체공사를 수행하는 것으로 시작되었습니다. 한수원은 2031년 사용후핵연료를 반출한 뒤 방사선 관리구역 해체를 거쳐 2037년 해체를 종료할 계획입니다.
방사성폐기물 처분시설 기술
한국원자력환경공단이 운영하는 경주 중저준위방사성폐기물 처분장은 2015년 완공되어 200ℓ 드럼 기준 1단계 10만 드럼, 총 80만 드럼의 저장용량을 갖추고 있습니다. 처분 방식은 동굴처분 방식으로 지하 터널 형태의 사일로에 방사성폐기물을 300년 이상 격리 보관합니다.
한국전력기술은 중저준위방사성폐기물에 대한 1단계 동굴처분시설 종합설계를 수행했으며, 2014년부터 2단계 표층처분시설, 2021년부터 3단계 매립형 처분시설 설계를 수행하고 있습니다. 2단계 표층처분시설은 2022년 8월 착공되어 총사업비 2800억원이 투입되며 200L 드럼 12만 5000개를 수용할 예정입니다.
핵처리 관련주 주요 기업 분석
오르비텍 - 방사성폐기물 분석·처리 대장주
오르비텍(046120)은 방사선 안전관리 및 폐기물 분석·처리 기술에 특화된 기업으로 국내 원전해체산업기술연구조합(NDIRA)의 조합사로 참여하고 있습니다. 원자력 발전소 운영 및 해체 과정에서 발생하는 방사성폐기물에 대한 분석, 평가, 처리를 담당하는 핵심 기술을 보유하고 있습니다.
2025년 3분기 누적 기준 오르비텍은 매출액 424억원, 당기순이익 123억원을 달성했습니다. 전년 동기 대비 매출액은 16.3% 감소했지만, 영업외수익이 크게 증가하면서 당기순이익은 전년 동기 대비 9배가량 증가했습니다. 2025년 11월에는 122억원 규모의 자금조달을 통해 성장 기반을 마련했으며, 30억원 규모의 전환사채를 발행했습니다.
대창솔루션 - 핵폐기물 저장용기 전문기업
대창솔루션(096350)은 1953년 설립된 주강 전문기업으로 해양솔루션, 원전폐기물, 발전설비, 조선기자재 사업을 영위하고 있습니다. 세계 최초로 주강방식을 적용한 핵폐기물 저장용기(RWC, Radioactive Waste Container)를 제작하는 기업입니다.
2018년 캐나다 원자력 엔지니어링 기업의 의뢰를 받아 2년간의 연구 끝에 주강 타입 원전폐기물 저장장치를 상용화했습니다. 2025년 하반기에는 캐나다 원전 발전사업자인 OPG와 신규 수주계약이 진행 중이며, 수익성이 높은 RWC 매출이 증가하여 수익성 개선에 기여할 전망입니다.
대창솔루션은 2025년 7월 경영 효율성 제고 및 기업 가치 증대를 위해 1주당 액면가를 100원에서 500원으로 조정하는 1:5 액면병합을 추진했습니다. 최근 글로벌 친환경 선박엔진 수요 증가와 중국 조선사 발주량 증가로 해양사업 부문에서도 성장이 기대됩니다.
우진엔텍 - 원전 전생애주기 기술 보유
우진엔텍(457550)은 2013년 설립된 원자력 및 화력발전소 계측제어설비 정비 전문업체입니다. 원전 설비 진단, 성능 개선을 포함한 종합 솔루션을 제공하는 정비 서비스와 국산 시스템 제작 및 공급 사업에 주력하고 있습니다.
유안타증권은 우진엔텍을 원자력발전 전생애주기 원천 기술을 보유한 업체로 평가했습니다. 2013년 설립 이후 2024년까지 매출이 지속 성장하며 연평균 성장률 13.4%를 기록했습니다. 2025~2026년 상업 운전 예정인 신한울 2발전소(3, 4호기)의 시운전공사를 수행함에 따라 경상정비 수주로 이어질 가능성이 있습니다.
우진엔텍은 2003년부터 정부 유관기관에서 추진하는 원전 해체 기술개발 국책과제 수행기업으로 선정되어 방사선 측정 관련 원전해체 핵심 기술을 개발하고 있습니다. 노후 원전 해체와 수명 연장에 모두 대응 가능한 유연한 사업구조를 보유하고 있습니다.
비츠로테크 - 플라즈마 폐기물 처리 기술
비츠로테크(042370)는 고온플라즈마 기술을 활용하여 원자력 발전소에서 발생하는 고체·액체 방사성 폐기물의 안정적인 처리 사업을 진행하고 있습니다. 플라즈마 토치를 이용해 1600℃ 이상의 초고온으로 방사성폐기물을 용융시켜 부피를 약 5분의 1 이상으로 줄일 수 있는 기술을 개발했습니다.
비츠로테크의 플라즈마 열처리 기술은 방사능 폐기물을 최소화하고 안전한 상태로 전환하는 친환경적이고 효율적인 처리 방법으로 평가받고 있습니다. 2025년 1분기 매출 977억원(+12.3%), 영업이익 114억원(+30.8%), 순이익 96억원(+1.2%)을 기록하며 양호한 실적을 보였습니다.
두산에너빌리티 - 원전 해체 종합 역량
두산에너빌리티(034020)는 한국의 대표적인 원자력 플랜트 전문 기업으로 가동원전 서비스 기술을 기반으로 원자로 및 증기발생기와 같은 핵심 기기 해체기술을 개발했습니다. 국내 원전해체 및 방사성폐기물 처리사업을 주도하고 해외 시장으로 사업 영역을 확대할 계획입니다.
2025년 11월 두산에너빌리티는 한국수력원자력과 고리 1호기 비관리구역 내부·야드 설비 해체공사 계약을 체결했습니다. 계약 규모는 약 184억원이며 HJ중공업, 한전KPS와 함께 2028년까지 수행할 예정입니다.
두산에너빌리티는 사용후핵연료 건식저장시설에 사용될 운반·저장용기 사업도 주도할 계획입니다. 검증된 설계·제작기술력을 바탕으로 국내외 원전 해체 시장에서 입지를 강화하고 있습니다.
한전KPS - 원전 정비 전문 기업
한전KPS(051600)는 1978년 고리 원전 정비사업을 시작으로 원자력발전소 정비 분야에 참여한 이후 1990년대 원자력정비기술센터를 설립하여 핵심정비기술을 자립했으며, 국내 모든 원전의 정비 사업을 담당하고 있습니다.
전력 설비 정비 전문회사인 한전KPS는 원전 유지보수, 설비 진단, 방사선 관리, 폐기물 관리 등 다양한 정비 기술 분야에서 전문성을 보유하고 있습니다. 2024년 연간 영업이익은 2000억원대를 회복했으며, 4분기 기준 409억원(전년 동기 대비 -30.9%)을 기록했습니다.
2025년 11월 한전KPS는 스페인 원전 정비 전문 기업 GDES와 원전 정비 및 기술협력 강화를 위한 업무협약을 체결하며 유럽 시장 진출을 위한 교두보를 마련했습니다. 스페인 내 원전 수명연장 논의가 커지면서 원전 정비 및 기술서비스 분야에서 잠재적 시장 확대가 기대됩니다.
한국전력기술 - 방사성폐기물 처분시설 설계
한국전력기술(052690)은 국내 대부분의 원전을 설계하며 축적된 고도의 엔지니어링 기술력을 보유하고 있습니다. 중저준위방사성폐기물에 대한 1단계 동굴처분시설 종합설계를 수행했으며, 2014년부터 2단계 표층처분시설, 2021년부터 3단계 매립형 처분시설 설계를 수행하고 있습니다.
2025년 9월 한국전력기술은 한국원자력환경공단과 방사성폐기물 처분시설 관련 해외시장 공동진출을 위한 업무협약을 체결했습니다. 양사는 국내 고준위방폐물 처분장 조성 등 향후 추진될 원전 사후관리 사업과 해외 원전 시장의 신규사업 기회 창출에 적극 협력할 계획입니다.
위드텍 - 방사성폐기물 핵종분석 전문
위드텍(171090)은 한국원자력연구원과 방사성 핵종 분석을 위한 기술개발 용역 계약을 체결했습니다. 방사성폐기물 처분 시 반드시 필요한 핵종분석 프로세스 구축 작업을 진행하며, 각 기관에서 진행하는 핵종분석 절차와 과정을 표준화하는 것이 목표입니다.
위드텍은 한국원자력연구원과 국책과제 '이동형 원전 해체 방사성폐기물 핵종분석 설비 개발'을 통해 원전 현장에서 즉시 방사성폐기물을 분석·관리할 수 있는 기술을 개발하고 있습니다. 2024년에는 세계 최초로 방사성폐기물 교차오염 문제를 해결할 수 있는 '오픈프랩 센서 이벤트 크로마토그래피 시스템'을 개발했습니다.
코네스코퍼레이션 - 방사성폐기물 통합 솔루션
코네스코퍼레이션은 2004년 설립된 원자력 엔지니어링 전문기업으로 국내 최고의 방사성폐기물 처리·처분 기술을 바탕으로 다수의 관련 장비를 개발하고 특허를 보유하고 있습니다.
방사성폐기물을 발생 시점부터 분석, 설계, 처리, 포장, 운반, 저장, 최종 처분까지 모든 단계를 하나의 시스템 안에서 해결하는 '원스톱 서비스'를 제공합니다. 사용후핵연료 건식저장 시스템, 방폐물 업사이클링 기술, 고건전성용기(HIC) 개발 등 다양한 고유 기술을 보유하고 있습니다.
2025년 9월 코네스코퍼레이션은 엘씨젠과 함께 한수원 중소기업 협력연구개발사업을 통해 '폐수지 건조설비(SRDS) 개발'과 '입자성 방사성폐기물 처분용 수밀형 폴리에틸렌 용기 개발' 등 2개 과제를 공동개발하기로 합의했습니다.
일진파워 - 핵융합 삼중수소 기술
일진파워(094820)는 원자력 및 신재생 에너지 등 에너지 관련 플랜트 설비 전문 업체로 핵융합 핵심 원료인 삼중수소 취급 기술을 보유하고 있습니다. 2001년 캐나다에 이어 세계 두 번째로 삼중수소 저장장치 상용화에 성공했습니다.
삼중수소는 후쿠시마 원전 오염수 방류로 주목받는 방사성 핵종이지만, 전기 없이도 빛을 내는 자발광체로 활용하거나 핵융합에너지 연료로 활용되는 고부가가치 자원입니다. 글로벌 핵융합 시장은 2027년 395.14억 달러(약 51조원)에 달할 전망입니다.
일진파워는 한국핵융합에너지연구원과 협력하며 핵융합 관련 사업을 확대하고 있습니다. 2025년에는 유럽 원전시장에도 진출하여 중수로 원전에서 삼중수소를 추출하는 시스템인 액상촉매교환계통 시스템과 컴프레서 등을 제작·납품하고 있습니다.
핵처리 관련주 투자 시 고려사항
시장 성장성과 정책 지원
글로벌 원전 해체 시장은 2040~2050년까지 약 500조원 규모로 성장할 것으로 전망되며, 한국은 고리 1호기 해체를 시작으로 본격적인 후행핵주기 산업에 진입했습니다. 정부는 방사성폐기물 관리사업에 소요되는 재원의 안정적 확보를 위해 방사성폐기물관리기금을 운영하고 있으며, 사용후핵연료관리부담금과 방사성폐기물관리비용, 기금운용수익 등을 재원으로 활용합니다.
2025년 11월 원자력안전위원회 최원호 위원장은 "고리 1호기 해체 작업 본격화와 한국원자력환경공단의 방사성폐기물 2단계 처분시설 운영이 우리나라 방사성폐기물 관리 체계가 새로운 단계로 진입하는 중요한 전환점"이라고 강조했습니다.
기술적 진입장벽과 실적 가시성
원전 해체는 원자로 해체, 방사선 폐기물 관리, 방사선 안전, 부지 복원 등 복합적이고 고도화된 기술이 요구됩니다. 높은 기술 진입 장벽으로 인해 기존 강국 중심의 과점 체제가 유지되고 있으며, 한국은 신규 원전 설계와 건설, 운영 등 선행주기에 집중해왔기 때문에 후행주기 분야는 상대적으로 경험이 부족합니다.
핵처리 관련주는 수주 기반 사업이기 때문에 단기 실적은 불확실할 수 있습니다. 원전 해체와 방사성폐기물 처리 사업은 10~20년에 걸쳐 장기적으로 진행되므로 장기 투자 관점에서 접근해야 합니다.
정책 변화와 기술 리스크
정부의 에너지 정책 방향이 바뀔 경우 성장 모멘텀이 저하될 수 있습니다. 방사능 누출, 공정 지연 등의 기술 리스크도 존재하므로 각 기업의 기술력과 안전관리 체계를 면밀히 검토해야 합니다.
파이로프로세싱 기술의 경우, 한미 공동연구를 통해 기술적 타당성은 입증되었으나 상용화까지는 추가적인 연구개발과 국제적 합의가 필요합니다. 핵연료 재처리 기술은 핵확산 우려와 연결되어 있어 국제 정치적 요인에도 영향을 받을 수 있습니다.
핵처리 관련주의 미래 전망
한국은 고리 1호기 해체를 성공적으로 마무리하면 미국에 이어 대형 상업용 원전을 온전히 해체한 두 번째 국가가 될 것으로 기대됩니다. 이를 통해 확보한 기술력은 월성 1호기 등 후속 해체 사업과 글로벌 시장 진출에 활용될 전망입니다.
2025년 6월 한국수력원자력은 체코전력공사와 두코바니 5·6호기 건설을 위한 본계약을 체결했으며, 총사업비 26조원이 투입되는 체코 역사상 최대 투자 프로젝트입니다. 원전 수출이 활성화되면 향후 해당 원전의 유지보수와 해체 사업에서도 한국 기업들이 경쟁력을 발휘할 수 있을 것입니다.
블룸버그는 한국이 50여년간 지속적으로 원전을 건설·발전시켜왔고, 전세계 제안된 원전 사업 400여건 중 한국이 43%를 수주할 수 있는 위치에 있다고 평가했습니다. 한국의 원전 기술력이 세계적으로 인정받으면서 원전 전주기 산업에서 후행핵주기 분야의 중요성도 함께 부각되고 있습니다.
방사성폐기물 관리기금은 2023년 예산 기준 약 8조6000억원 규모로 방사성폐기물 관리사업에 안정적인 재원을 제공하고 있습니다. 한국원자력환경공단은 2단계 표층처분시설 건설을 진행 중이며, 2026년부터 운영될 예정입니다.
핵처리 관련주는 원자력 산업의 지속가능성을 담보하는 핵심 분야로, 정부의 정책 지원과 글로벌 시장 확대에 힘입어 장기적인 성장이 기대됩니다. 다만 기술적 난이도가 높고 안전성이 최우선 과제이므로 투자자들은 각 기업의 기술력, 실적, 수주 현황 등을 종합적으로 검토하여 신중하게 투자 판단을 내려야 합니다.