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[IT뉴스][과학의 날] 원자력연, 방사성폐기물 처분 기술 개발 앞장

온카뱅크관리자

2025-04-15 18:57:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 폐수지·제염 폐액 등 다양한 방폐물 처리 안전 확보 폐기물 감용·자원 회수·관리 비용 절감 등 성과 
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 <img alt="한국원자력연구원 관계자들이 방사성폐기물을 관리하고 있는 모습. 원자력연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185316570upnf.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="F4E3p37vOO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185316570upnf.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원 관계자들이 방사성폐기물을 관리하고 있는 모습. 원자력연 제공
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 방사성폐기물은 원자로의 연료로 쓰고 난 뒤 꺼낸 사용후핵연료(고준위)와 연구 과정에서 사용한 장갑·작업복(중·저준위) 등을 지칭한다. 한국원자력연구원은 연구개발과 시설 운영 과정에서 발생한 모든 방사성폐기물을 관련 법규에 따라 철저하고 안전하게 관리하고 있다. 특히 폐수지, 제염 폐액 등 다양한 방사선폐기물 특성에 맞춘 처리 기술 개발에 앞장서는 한편, 폐기물 감용, 자원 회수, 경제성 향상 등의 성과도 창출하고 있다.
 ◇ 난분해성 제염 폐액 3시간 내 98% 이상 처리
 제염 폐액은 원자력 시설의 제염 과정 중 발생하는 폐액으로, 방사성 핵종을 흡착하기 위해 사용한 난분해성 유기착화제가 포함돼있다. 미국 등 선진국에서도 이 난분해성 제염 폐액을 처리할 기술이 없어 폐액을 가열해 증발 농축 처리하거나 필터, 분리막, 이온교환수지를 이용하는 등 복잡한 과정을 거친다.
 원자력연은 방사성 핵종 산화물을 나노촉매로 이용해 난분해성 제염 폐액을 3시간 내 98% 이상 처리하는 기술을 개발했다. 이 기술은 제염 폐액에 포함된 방사성 구리, 니켈 등의 방사성 핵종을 촉매로 재사용한다. 기존 고가 금속산화물 촉매 대신 제염 과정에서 나오는 부산물을 활용해 제조공정이 단순하고 경제적이다. 또한 이 기술은 기존 대비 폐기물 발생량을 65% 이상 줄이고, 별도의 이온교환수지를 사용하지 않아 2차 폐기물도 최소화했다.
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 <img alt="한국원자력연구원이 개발한 핵종 나노촉매 이용 폐액처리 장치 시제품. 원자력연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185319460hblb.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="0bHt3tUlsm" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185319460hblb.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원이 개발한 핵종 나노촉매 이용 폐액처리 장치 시제품. 원자력연 제공
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 ◇ 세계 최초 원전 폐수지 처리기술 상용규모 공정 실증 성공
 월성원전과 같은 중수로(CANDU)에서는 중준위 방사성폐기물로 폐수지가 발생한다. 폐수지는 중수 등의 액체를 처리하는 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 사용한 이온교환수지를 말한다. 방사성동위원소인 탄소-14(14C)를 포함하고 있는데, 방사능의 농도가 높고 양이 많아 경주 방사성폐기물 처분장에 처분하는 것이 불가능해 발전소 내 저장탱크에 따로 장기간 보관해왔다.
 원자력연은 세계 최초로 최대 용량의 중수로 폐수지 처리 상용규모 공정 실증에 성공, 이 같은 폐수지 처리 문제를 해소하는 데 기여했다.
 박환서 박사 연구팀은 마이크로파로 이온교환수지를 가열해 탄소-14를 분리하는 기술을 바탕으로 상용규모 공정을 개발, 월성발전소 내 보관 중인 폐수지를 처리해 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리·저감하고 회수했다.
 이 기술을 활용하면, 고가의 동위원소를 직접 회수해 국내 산업에 활용하거나 수출하는 것도 가능하게 된다.
 ◇ 친환경 고효율 우라늄 추출 신기술 개발
 원자력발전의 원료인 우라늄은 광석에서 추출하는 단계부터 활용 후 폐기물에 이르기까지 다양한 물질에 녹아 존재한다. 연구원은 이 우라늄을 효과적으로 추출하고 회수해 자원을 효율적으로 활용하고, 폐기물을 줄이는 친환경적 기술을 개발했다. 특정 질소화합물과 과산화수소(H2O2)를 활용해 폐기물 용액 속 우라늄만을 선택적으로 반응시키고, 이를 침전·여과하는 방식으로 회수했다.
 이 기술은 공정이 단순해 현장 적용성이 뛰어나며, 우라늄을 95%의 고순도로 추출할 수 있다. 이는 세계 최고 수준으로, 처리 후 나머지 물질은 일반폐기물로도 처리 가능해 환경·경제적 효과가 상당할 것으로 예상된다.
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 <img alt="한국원자력연구원 연구진들이 우라늄 회수를 위한 침전반응을 위해 무기성 첨가제를 주입하고 있다. 원자력연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185318059mdic.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="3tdvyvGkEs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185318059mdic.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원 연구진들이 우라늄 회수를 위한 침전반응을 위해 무기성 첨가제를 주입하고 있다. 원자력연 제공
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 ◇ 고효율 삼중수소 분리용 수전해 신소재 개발
 삼중수소는 수소의 동위원소이자 원자력 발전에서 발생하는 대표적인 방사성 물질이다. 특히, 발전소 해체와 부지 복원을 위한 제염 시 발생하는 폐액에 삼중수소가 포함돼 있다. 이 방사성 폐액은 처리·관리하는데 비용이 많이 들어 용량을 줄이는 것이 매우 중요하다.
 원자력연은 삼중수소 폐액 감용을 위한 고효율 수전해용 복합 신소재를 개발, 관리 비용을 절감하는 데 기여했다.
 연구팀은 고분자전해질막에 원자 두께의 얇은 그래핀(탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루는 구조) 박막을 코팅해 복합막을 만들고, 전기화학 반응을 위한 전극을 양쪽에 접합해 삼중수소 분리용 수전해 신소재를 개발했다.
 이 신소재는 수소-삼중수소 분리 성능이 기존 대비 1.4-2배 높으며, 삼중수소수를 1회만 처리해도 배출되는 수소 기체에서 삼중수소 비율을 15분의 1 이하로 줄일 수 있어 국내 배기 중 배출관리 기준 충족에도 도움이 된다. 이 기술로 삼중수소 폐액에서 수소 기체를 분리·배출하면 폐액이 줄어들어 폐액 처리와 관리 비용도 절감할 수 있다. 또한 수소 동위원소 분리가 필요한 국가전략산업에도 응용 가능하다.
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 <img alt="한국원자력연구원이 우라늄 흡착 성능이 우수한 하이브리드 나노 신소재를 개발했다. 원자력연 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185320857aagk.jpg" data-org-width="540" dmcf-mid="pwMiLiaVmr" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202504/15/daejonilbo/20250415185320857aagk.jpg" width="658">
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 한국원자력연구원이 우라늄 흡착 성능이 우수한 하이브리드 나노 신소재를 개발했다. 원자력연 제공
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 ◇ 우라늄 흡착용 하이브리드 나노 신소재 개발
 우라늄은 다양한 물질에 녹아 있고, 방사성폐기물에도 다량 있어 효과적으로 추출해 회수하는 것이 매우 중요하다. 우라늄 추출은 일반적으로 흡착제를 사용해 이루어지는데, 상용화된 흡착제는 현재 해외 수입에 의존하고 있다.
 원자력연은 흡착제에 사용되는 실리카(SiO2) 물질에 유기인산계 화합물을 결합해 우라늄 흡착 성능이 탁월한 나노구조의 신소재를 개발했다. 이 나노 신소재는 1그램(g)당 최대 136밀리그램(mg)의 우라늄을 흡착할 수 있으며, 이는 현재 상용화 제품의 최고 성능과 동일한 수준이다. 간단히 합성할 수 있어 경제적이며, 후처리 공정이 없어 폐기물을 획기적으로 줄여 환경 친화적이다.
 원자력연은 "이 기술은 우라늄 자원 회수, 방사성 물질로 오염된 폐수 관리뿐 아니라 촉매제, 약물전달물질 등 다양한 분야에서 활용할 수 있는 원천기술이 될 것"이라며 "앞으로 대규모 생산과 상용화를 위한 연구를 지속하겠다"고 밝혔다.
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