과학기술연합대학원대학교(UST·총장 강대임)-한국원자력연구원(KAERI·원장 정우식) 스쿨 연구진이 독성 화학약품은 줄이고, 방사성 폐액 처리까지 한번에 이루는 기술을 만들었다.
UST-KAERI 스쿨 원자력과학기술 전공 노창현 교수가 총괄하고 미구타 파우스틴 응굴리미 박사 졸업생이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 '저널 오브 하자더스 마테리얼스' 10월호에 게재됐다.
중수로 원전(PHWR)에서 원자로와 냉각재 계통을 잇는 배관(피더관) 안쪽에는 방사성 코발트가 섞인 녹 층(마그네타이트 산화막)이 쌓인다. 이 녹 층은 정비 및 해체 작업자의 방사선 피폭을 일으키는 주요 원인이다.
이 녹 층을 없애기 위해서는 화학약품으로 녹이는 제염 작업이 필수다. 기존에 사용되던 제염제 성분 중 하이드라진은 독성이 강한 유해물질로, 사용량을 줄이고 사용 후 안전하게 분해해야 한다. 그러나 지금까지의 연구는 오염 제거 성능 개선에 집중되어, 작업 후 남는 폐액 및 폐기물 처리까지 함께 연계한 해법은 부족했다.
이에 연구진은 녹 층을 녹이는 단계부터 폐액 속 금속을 걸러내고 남은 독성 약품을 분해하는 단계까지 하나로 잇는 통합 공정을 개발했다.
연구 결과, 제염제 성분 중 구리를 빼고 하이드라진 농도를 기존의 5분의 1 수준으로 낮춘 새 제염액이 오히려 더 좋은 성능을 보였다. 1시간 동안 녹여낸 철의 양은 기존의 약 3배였고, 코발트도 더 많이 제거됐다. 작업 중 생기는 찌꺼기(슬러지)는 절반 이하로 줄었다.
이를 통해 전체 공정에서 사용하는 하이드라진의 양은 기존 대비 약 32% 절감하였고, 기술경제성평가(TEA) 결과 운영비용의 약 13%를 줄였다. 전과정평가(LCA) 결과 기후변화, 산성화, 부영양화 영향은 동등 수준을 유지하면서, 독성 관련 환경영향은 약 11~21% 감소시켰다.
이번 연구 성과를 가동 중인 중수로 원전의 정비와 영구 정지된 월성 1호기 등의 해체 과정에 적용하면, 정비 및 해체 작업자의 방사선 피폭을 효과적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다. 또 하이드라진, 구리 등 화학약품 사용량을 줄이고 찌꺼기, 방사성 폐액 등 2차 폐기물 발생도 줄여, 방사성 폐기물 처리 및 처분 부담을 덜고 비용 절감에도 기여할 전망이다.
응굴리미 UST 박사 졸업생은 “제염 후 폐액 내 금속 이온 침전과 하이드라진 분해까지 하나의 흐름으로 연결함으로써, 2차 폐기물 발생과 운영 비용을 동시에 낮출 수 있음을 실험과 기술경제성 및 전과정평가로 입증했다”고 밝혔다.
노창현 교수는 “본 기술은 월성 1호기 등 중수로 해체뿐만 아니라 다른 원전 유형과 가동 원전에도 적용되며 유해물질 정화가 필요한 산업 분야로도 확장 가능하므로, 원전 해체 경쟁력 강화와 탄소중립 목표 달성에 기여할 것“이라고 전했다.
한편 응굴리미 박사는 지난 8월 졸업 후 귀국해 현재 탄자니아 원자력위원회 연구원으로 근무 중이다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
