월성원자력발전소 등 중수로(CANDU)롤 사용하는 곳에서는 중준위 방사성폐기물로 폐수지가 발생한다. 

폐수지는 중수 등의 액체를 처리하는 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 사용한 이온교환수지로, 방사성동위원소인 탄소-14를 포함한다.

이는 방사능 농도가 높고 양도 많아 경주 방폐장 처분이 불가능해 원전 내 저장탱크에 장기간 보관해왔다.

방사능폐기물 처리 & 값비싼 동위원소 추출

한국원자력연구원(이하 원자력연)은 선진핵주기기술개발부 박환서 박사팀이 세계 최초로 중수로 폐수지 처리 상용규모 실증에 성공했다고 15일 밝혔다.

앞서 원자력연은 2018년 마이크로파로 이온교환수지를 가열, 화학적 구조를 바꿔 탄소-14를 분리하는 ‘마이크로파 조사를 통한 폐수지 처리 원천기술’을 개발했다.

이 기술을 바탕으로 상용규모 공정(100㎏/batch)을 개발, 지난 2월 월성원전에 보관 중인 폐수지를 처리해 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리 회수했다. 

이번 실증은 세계 최초로 안전성을 확인받고 인허가를 거쳐 폐수지를 상용규모로 처리한 것으로 그 의미가 크다.

중수로를 운영하는 캐나다, 중국, 인도 등에서 폐수지 처리에 대한 연구를 진행하고 있지만 실험실 규모 실증에 그치고 있다.

또 대부분 폐수지에 전기와 열 또는 산을 가하는 방식으로 저감처리 하는데, 이는 과도한 2차 폐기물 발생과 시간이 오래 걸리는 등 문제가 있다.

반면 연구팀은 폐수지 내 탄소-14를 효과적으로 회수하기 위해 마이크로파에 주목했다. 

이는 전자레인지에서 마이크로파로 음식물에 운동에너지를 발생시켜 데우는 것과 같은 원리로, 연구팀은 폐수지에 마이크로파를 2시간가량 조사하면 화학 반응이 일어나 탄소-14가 99% 분리되는 것을 확인했다.

연구팀은 실증을 위해 냉장고 크기 마이크로파 조사반응기를 발전소 내부에 설치하고 폐수지에 조사했다.

이 과정에서 폐수지의 탄소-14가 가스형태로 발생, 이를 흡착장치로 흘려보내 회수하고, 남은 폐수지는 저준위 폐기물로 분류돼 경주 방폐장으로 보내면 된다.

국내 중수로에 보관된 폐수지는 많은 양의 탄소-14를 포함하며, 이는 1조 원 이상의 가치를 지닌다. 

연구팀이 개발한 기술은 지금까지 전량 수입하던 고가의 동위원소를 직접 회수해 산업에 활용하거나 외국으로 수출도 할 수 있다.

특히 폐수지에서 회수한 탄소-14는 농축과정을 한 번만 거치면 의약품 개발에 사용되는 표지화합물 원료물질로 활용할 수 있고, 기능성소재 개발 등 신산업 분야에 응용할 수 있다.

류재수 원자력연 선진핵주기기술개발부장은 “이번 중수로 폐수지 처리기술은 방사성폐기물 문제를 해소하는 중요한 연구 결과”라며 “새롭고 혁신적인 방사성폐기물처리 공정 및 관리기술을 지속적으로 개발하겠다”고 말했다.

한편 이번 공정 개발에는 ㈜선광티엔에스, 울산과학기술원이 함께했다.

이재형 기자 jh@kukinews.com