한국원자력연구원(원장 주한규)은 박환서 선진핵주기기술개발부 박사팀이 세계 최초, 최대 용량 중수로 폐수지 처리 상용규모 실증에 성공했다고 15일 밝혔다.
폐수지는 중수 등 액체 처리 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 사용한 이온교환수지인데, 방사성동위원소인 탄소-14를 포함하고 있다.
방사능 농도가 높고 양이 많아 경주 방사성폐기물 처분장에 처분하는 것이 불가능했는데, 이번에 원자력연이 해결 방법을 찾았다.
연구원은 2018년 마이크로파로 이온교환수지를 가열해 화학적 구조를 바꿔 탄소-14를 분리하는 원천기술을 개발한 바 있다. 이를 바탕으로 상용규모 공정(100㎏/batch)을 개발해 지난 2월, 월성발전소 내 보관 중인 폐수지를 처리해 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리·저감하고 회수했다.
이번 실증은 세계 최초로 안전성을 확인받고 인허가를 거쳐 실제 사용 폐수지를 상용규모 처리에 성공한 것으로 그 의미가 크다.
중수로를 운영하는 캐나다·중국·인도 등에서도 중수로 폐수지 처리 연구를 진행하나, 실험실 규모 실증 단계다.
또 대부분 폐수지에 전기·열·산을 가해 저감 처리를 했는데, 과도한 2차 폐기물이 발생하고 처리에 오랜 시간이 걸리는 문제점이 있었다.
연구팀은 폐수지내 탄소-14를 효과적으로 회수하기 위해 마이크로파에 주목했다.
전자레인지 마이크로파가 음식물에 운동에너지를 발생시켜 데우듯, 폐수지를 2시간 정도 마이크로파로 조사하면 화학 반응이 일어나 탄소-14가 약 99% 분리되는 것을 확인했다.
연구팀은 실증을 위해 냉장고 크기 마이크로파 조사 반응기를 발전소 내에 설치했다. 그 후 폐수지 저장탱크에 있는 폐수지를 옮겨 마이크로파 반응기에 투입했다.
조사가 진행되는 동안 폐수지의 탄소-14가 장치 내부에서 가스 형태로 발생되고, 이를 흡착장치로 흘려보내면 흡착제가 탄소-14를 회수할 수 있다. 남은 폐수지는 저준위 폐기물로 분류돼 경주처분장에 보내진다.
국내 중수로에 보관된 폐수지 역시 많은 양의 탄소-14를 포함하는데, 이는 약 1조원 이상 가치를 지닌다. 개발 기술로 전량 수입에 의존하는 고가 동위원소를 직접 회수해 국내 산업에 활용하거나 외국으로 수출하는 길이 열린 것이다.
또 폐수지에서 회수한 탄소-14는 농축 과정 한 번만 거치면 의약품 개발에 사용되는 표지화합물 원료물질로 활용할 수 있다. 기능성 소재 개발과 같은 새로운 4차 산업 소재 분야에도 응용할 수 있어 기대가 크다.
이번 공정 개발은 산업통상자원부 지원을 받아 산·학·연이 협업한 것으로 원자력연, 선광티엔에스(대표 노광준), 김희령 울산과학기술원(UNIST) 교수가 함께 했다.
류재수 선진핵주기기술개발부장은 “이번 중수로 폐수지 처리기술은 방사성폐기물 문제를 해소하는 중요한 연구 결과 중 하나”라며 “새롭고 혁신적인 방사성폐기물처리 공정기술과 관리기술을 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
