방폐물 유리고화

[류재훈]

방사성 핵종 폐기물의 흡착 유리고화

후쿠시마 원전의 폭발을 계기로 전 세계의 원전은 30여국 437기가 2011년 3월 현재 가동되는 것으로 파악됐다. 현재 가동기수는 미국이 104기로 최고이며 프랑스 59기 일본 55기 러시아 33기 건설 중인 것이 63기다 우리나라는 5째 대국으로 23기(고리 6기, 월성 5기, 영광 6기, 울진 6기)를 보유하고 총 전력 생산량의 34.1%를 원전으로 의존한다.

이와 같이 전 세계가 원자력 의존이 높으나 원자력발전과 핵무기 제조로 인해 생긴 핵폐기물 처리 문제는 격렬한 저항을 받고 있다. 우라늄 다발인 핵연료는 3~5년 정도 사용하면 핵분열을 방해하는 성분이 누적돼 효율성이 떨어져 주기적으로 새 연료를 넣어야 하는데 이 때 사용후 핵연료가 나온다. 이 폐기물에서 나오는 방사능은 생태계에 치명적인 해를 입힌다. 원전 운영국들의 최대 골칫거리다. 이 폐기물이 반감기를 거듭하여 인체에 해롭지 않은 수준으로 안정화 처리가 요망된다. 최소 10만년이 걸린다 한다. 현재 전 세계의 사용 후 핵연료가 27만톤으로 매년 700여 톤의 사용후핵연료가 나와 늦어도 2024년도에는 포화상태가 될 전망이다.

사용후핵연료 처리 방식은 두 가지인데 하나는 수천 미터 깊이의 지하 암반이나 바닷물 속에 묻는 영구처리 방식이고 다른 하나는 우랴늄을 다시 뽑아서 핵연료로 재사용하는 재처리 방식이다. 영구처리 방식은 지각활동에 버틸 시설을 짖기 어렵고 영구적으로 담아 둘 용기 제작도 어럽다.

재처리 방식은 우라늄을 재활용 할 수 있고 방사성핵종폐기물(방폐물) 양을 줄일 수 있다는 장점이 있긴 하지만 그 과정에서 핵무기 원료인 플루토늄이 나온다는 심각한 문제가 있다. 플루토늄은 반감기가 2만년이 걸리는 매우 위험한 원소다. 핵보유국 중 프랑스 영국 러시아 등이 재처리를 하고 있고 비핵보유국 일본도 재처리를 하고 있다.

이 두 가지 방식을 절충한 것이 사용후핵연료를 격납용기에 담아 지하에 저장하는 것이 ‘중간저장’방식이다. 이 방법은 임시저장과 영구저장의 중간단계이다.

방폐물 유리화 국내기술 현황은 러시아와 협력한 삼성중공업과 미국과 협력한 원택산업기술연구소와 두산중공업 한국수력원자력주식회사 등이 있다. 그러나 아직 만족할 결과를 도출치 못하고 있다.‘파이로프로세싱’이라는 재처리 방식으로 핵 확산의 우려가 없다는 주장에서부터 ‘핵주권론’까지 등장하고 있다. 파이로프세싱(Pyroprocessing) 기술을 개발하기 위해 모의재료로 연구하고 있다.

세계원전 5대국 중 사용후핵연료를 재처리 하지 못하는 나라는 우리나라뿐이다. 미국은 한국이 1970년 핵무기 개발을 시도했다는 이유로 핵무기 개발에 이용될 수 있는 재처리 기술을 허용할 수 없다는 입장이다.

그런데 방사성 핵종 폐기물을 흡착(adsorption) 유리고화(琉璃固化vitrification)하여 영구 처리하는 무기이온교환체 ACTIVA 신소재와 원천기술이 우리나라에서 최소 개발되었다. 이 유리고화 공법의 기술을 적용해 핵폐기물과 악성산업폐기물 등에 함유된 방사능과 유해물질을 가장 안전하고 완벽하게 영구처리 하는 생산기술을 세계에서 유일하게 단독보유하고 있단다.

저온 용융으로 방사성 물질의 휘발 방지, 무 결정 유리고화로 재 추출 방지 영구처리 하는 기술이다. 재 처리 과정에서 분리 추출되는 플루토늄의 핵무기 전용 가능성을 원천적으로 차단한다는 점에서 원자력의 평화적 이용을 담보로 하는 획기적 기술이다.

방사성 물질을 흡착유리고화 할 경우 액티바 신소재의 장점은 1) 저온에서 유리화가 되며 550℃이하 2)용융 유리의 점도가 낮고 3)존가 전도도가 양호하며 4)미국 에너지부 PCT(product consistency test) 테스트에서 네 가지 원소의 7일 침출율이 모두 만족스럽고 5) 액티바 첨가량이 65%로 높고 6 )유리의 균질성이 우수하며 7) 액티바를 건조하여 세 가지 첨가제만 추가해 투입하므로 유리화 공정이 간단하는 것이다.

1978년 가동한 이래 방폐장을 갖지 못해 임시저장해온 우리나라의 경우 머지않아 포화상태에 이르게 된 다는 점에서 우리의 당면 문제를 푸는 열쇠가 될 것이다. 이 기술의 성공으로 핵폐기물은 물로 각종 악성 산업폐기물을 영구처리 하는 환경산업 분야에서 ‘빅뱅’의 시기를 맞게 되었다. 이 기술로 방폐장을 유리고체화 할 경우 안정성이 담보되므로 핵폐기물을 임시저장 할 필요가 없고 국제적으로 방산폐기물 관련 시장이 활성화 할 것으로 기대된다. 우선 국내 발생된 액상 폐액을 흡수 침전 분리 제거 건조시켜 전량 유리고체화 공정을 통해 방사성 물질과 폐기물의 오염원을 안전하게 영구처리가 가능해 진다.

또한 세계 원저 시장과 폐기물 시장에 우리 엔지니어링 기술 수출을 병행함으로 차별화된 국제 경쟁력을 확보하고 원전 군수용 병원 산업체 등에서 나오는 방사성페기물과 악성 산업페기물 처리시장에서 이 기술이 활용될 전망이다.

이 기술은 미국 일본 독일 등 원전선진국에서 다양한 공법의 유리고화 기술이 연구 개발중이다. 미국과 일본은 원전 및 재처리 시설에서 방출되는 액상 중 고준위 방폐물 유출을 막는 유리고화 안정화 기술이 활동되고 있으나 액티바에 미치지 못하고 있단다. 미국은 전역에 엄청난 자금과 시설을 투입하여 십여 곳에 유리고화 공장을 건설하고도 안전성이 입증되는 방폐물 유리고화 작업을 추진하지 못하는 실정이다.

윤희봉 소장이 이끄는 액티바연구소에서는 국제 석학과 비정부기구들과 국제 해양관계자와 유엔의 승인을 얻어 프리즈마 유리고화 시스템을 장착한 특수 대형선박을 해상에 띄워 심해에 방폐물을 투여하는 계획을 투진 중이다.

방사성 핵종이 다양하난 본 액티바를 PH를 조정 및 양간의 첨가제를 응용하면 전 핵종의 핵폐기물을 안전하게 흡착 유리고화 할 수 있다 단언하면서, 단일 엑티바로 전 공정 소재가 되므로 경제적이고 이상적이라고 말한단다.

세계 방폐물처리업 시장과 산업폐기물 시장을 크게 열기 위한 방편으로 윤 소장은 미국의 벡테사, 위스팅 하우스사, 아멕사 등과 공동사업을 모색하고 있고 이 기술이 우리나라 원천 기술 및 플랜트 수출과 연계될 경우 관련 산업의 시너지 효과를 높여 잠재력을 증대시킬 것이다.

방폐물 시장의 규모는 2008년 기준 6000억 불 추정 된다

국가발전과 에너지 안보를 동시에 만족 확보하고 동시에 모든 경제 발전의 근간이 되는 풍부하고 청정한 에너지를 확보해야 할 것이다. 에너지 자립이 없이는 선진국 진입과 경제도약은 기대할 수 없기 때문이다. 실로 에너지 주권의 확립이 없이는 국가의 발전은 기대하기 어려운 것이다.

2017 03 29 요약

[시메온]

방사성 핵종 폐기물의 흡착 유리고화가
우리나라에서 개발되었다하니 매우 기쁜 일입니다.
사용 후 핵연료를 안전에 대해서 우려했는데
처리할 수 있다하니 안심이 되는군요. 감사합니다.

[희망]

좋은 소식입니다
감사합니다^^