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한국원자력연구원이 중준위 방사성폐기물 폐수지를 저준위 폐기물로 전환하는 기술 실증에 성공했다고 15일 밝혔다. 중수로를 운영하는 캐나다 등 해외에서도 중수로 폐수지 처리 관련 연구를 진행하고 있지만, 상용화 규모로 실증에 성공한 것은 세계에서 처음이다.
원자력연에 따르면 월성원전과 같은 중수로에서는 중수 등의 액체를 처리하는 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 이온교환수지가 쓰인다. 이온교환수지는 약 1㎜ 크기의 구슬 형태를 가진 고분자 물질로, 방사성 동위원소를 제거하는 기능을 한다.
사용 후 이온교환수지는 방사성동위원소인 탄소-14를 포함한 폐수지가 된다. 방사능 농도가 높고 양이 많아 경주 방사성폐기물 처분장에 처분하는 것이 불가능하다. 그래서 발전소 내 저장탱크에 따로 장기간 보관해왔다.
원자력연 선진핵주기기술개발부 박환서 박사 연구팀은 2018년 개발한 ‘마이크로파 조사를 통한 폐수지 처리 원천기술’을 적용했다. 이 기술은 이온교환수지에 마이크로파를 약 2시간가량 쬐면 화학반응이 일어나 구조가 바뀌는 원리를 이용한 것이다.
연구팀은 실증을 위해 냉장고 크기 정도의 마이크로파 조사 반응기를 발전소 내부에 설치하고, 폐수지에서 나오는 탄소-14를 흡착하는 100㎏ 상용규모 공정을 개발했다.
저장탱크에 있는 폐수지를 옮겨 반응기에 투입한 뒤 마이크로파를 쏘면 폐수지의 탄소-14가 장치 내부에서 가스 형태로 발생한다. 이를 흡착장치로 흘려보내 흡착제가 탄소-14를 회수한다. 남은 폐수지는 저준위 폐기물로 분류돼 경주처분장에 보내진다.
연구팀은 지난 2월 월성발전소 내 보관 중인 폐수지를 처리해 탄소-14를 99% 분리하고 회수하는 데 성공했다. 이번 실증은 세계 최초로 안전성을 확인받고 인허가를 거쳐 실제 사용한 폐수지를 상용규모로 처리에 성공한 것이다.
경제적 이익도 기대된다. 연구팀은 폐수지에서 분리한 탄소-14가 약 1조원 이상의 가치를 가지는 것으로 추산했다. 탄소-14는 전량 수입에 의존하는 고가의 동위원소로, 이를 국내 산업에 활용하거나 외국에 수출할 수 있을 것으로 기대한다.
이번 공정 개발은 산업통상자원부의 지원을 받아 산·학·연이 협업한 것으로, 한국원자력연구원, 선광티엔에스, 울산과학기술원(김희령 교수)이 함께 했다.
선진핵주기기술개발부 류재수 부장은 “이번 중수로 폐수지 처리기술은 방사성폐기물의 문제를 해소하는 중요한 연구 결과 중의 하나”라며 “새롭고 혁신적인 방사성폐기물처리 공정기술과 관리기술을 지속해서 추진할 계획”이라고 밝혔다.
