한국원자력연구원이 개발한 중수로 폐수지 상용규모 처리 공정 장치.[한국원자력연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 월성원전과 같은 중수로에서는 중준위 방사성폐기물로 폐수지가 발생한다. 폐수지는 중수 등의 액체를 처리하는 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 사용한 이온교환수지인데, 방사성동위원소인 탄소-14(14C)를 포함하고 있다. 방사능의 농도가 높고 양이 많아 경주 방사성폐기물 처분장에 처분하는 것이 불가능하다. 발전소 내 저장탱크에 따로 장기간 보관해왔지만 이번에 한국원자력연구원이 해결 방법을 찾았다.

한국원자력연구원은 선진핵주기기술개발부 박환서 박사 연구팀이 세계 최초, 최대 용량의 중수로 폐수지 처리 상용규모 실증에 성공했다고 15일 밝혔다.

원자력연구원은 2018년 ‘마이크로파 조사를 통한 폐수지 처리 원천기술’을 개발한 바 있다. 이 기술은 마이크로파로 이온교환수지를 가열해 화학적 구조를 바꿔 탄소-14를 분리하는 기술이다. 해당 기술을 바탕으로 상용규모 공정을 개발해 지난 2월, 월성발전소 내 보관 중인 폐수지를 처리하여 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리·저감하고 회수했다. 이번 실증은 세계 최초로 안전성을 확인받고 인허가를 거쳐 실제 사용한 폐수지를 상용규모로 처리에 성공한 것으로 그 의미가 크다.

중수로를 운영하는 캐나다, 중국, 인도 등에서도 중수로 폐수지 처리 관련 연구를 진행하고 있으나, 실험실 규모에서 실증하는 단계다. 또 대부분 폐수지에 전기, 열 또는 산을 가하는 방식으로 저감 처리를 했는데, 이는 과도한 2차 폐기물이 발생하고 처리에 오랜 시간이 걸리는 등의 문제점이 있었다.

반면 연구팀은 폐수지내 탄소-14를 효과적으로 회수하기 위해 마이크로파에 주목했다. 마치 전자레인지의 마이크로파가 음식물을 조사해 운동에너지를 발생시켜 음식물을 데우듯이, 폐수지를 2시간 정도 마이크로파로 조사하면 화학 반응이 일어나 탄소-14가 약 99% 분리되는 것을 확인했다.

폐수지 처리 전(왼쪽)과 처리 후(오른쪽).[한국원자력연구원 제공]

연구팀은 실증을 위해 냉장고 크기 정도의 마이크로파 조사 반응기를 발전소 내부에 설치했다. 그 후 폐수지 저장탱크에 있는 폐수지를 옮겨 마이크로파 반응기에 투입했다. 조사가 진행되는 동안 폐수지의 탄소-14가 장치 내부에서 가스 형태로 발생 되고, 이를 흡착장치로 흘려보내면 흡착제가 탄소-14를 회수할 수 있다. 남은 폐수지는 저준위 폐기물로 분류되어 경주처분장에 보내지게 된다.

국내 중수로에 보관된 폐수지 역시 많은 양의 탄소-14를 포함하는데, 이는 약 1조 원 이상의 가치를 지닌다. 연구팀이 개발한 기술로 전량 수입에 의존하는 고가의 동위원소를 직접 회수해 국내 산업에 활용하거나 외국으로 수출하는 길이 열린 것이다.

또한 폐수지에서 회수한 탄소-14는 농축 과정 한 번만 거치면 의약품 개발에 사용되는 표지화합물의 원료물질로 활용할 수 있다. 기능성 소재 개발과 같은 새로운 4차 산업 소재 분야에도 응용할 수 있어 기대가 크다.

류재수 선진핵주기기술개발부 부장은 “이번 중수로 폐수지 처리기술은 방사성폐기물의 문제를 해소하는 중요한 연구 결과 중의 하나”라며 “새롭고 혁신적인 방사성폐기물처리 공정기술과 관리기술을 지속적으로 추진할 계획”이라고 밝혔다.