"암 유발 기체 방사성폐기물 제거, '다공성 흡착제'에 맡긴다"

화학연, 고습 환경서 방사성요오드 흡착
기존 흡착제 대비 280배 높은 성능 발휘

한국화학연구원은 기체 방사성 폐기물인 방사성 요오드를 높은 습도에서 최대 280배 가량 높은 성능으로 제거할 수 있는 다공성 흡착제 기술을 개발했다. 화학연 제공

화학연이 방사성요오드를 높은 성능을 포획해 제거하기 위해 개발한 다공성 흡착 화학소재 모습. 화학연 제공

원자력발전소의 배기가스나 산업체, 병원 등에서 발생하는 방사성 요오드를 효과적으로 제거할 수 있는 흡착제 기술이 개발됐다. 방사성 가스 배출로 인한 2차 환경오염을 줄이고, 방사성폐기물 부피를 최소화해 경제성도 확보할 수 있는 기술로 유용할 전망이다.

한국화학연구원은 황영규·홍도영 박사 연구팀이 현재 쓰이고 있는 탄소계 흡착제에 비해 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능을 지닌 다공성 흡착제를 개발했다고 27일 밝혔다.

방사성폐기물은 원자력발전소뿐 아니라 병원, 산업체, 연구기관에서 방사성물질을 이용하는 과정에서 나온다. 이 방사성폐기물은 반드시 200ℓ 드럼 안에 넣어 폐기물 처분장으로 보내는데, 한 드럼당 1500만원 상당의 처분 비용이 발생한다. 현재 2040년까지 약 39만 드럼이 추가 발생할 것으로 추정된다.

이 때문에 방사성폐기물의 부피를 줄여 처분 비용을 최대한 낮추기 위한 기술개발이 활발히 진행되고 있다. 특히 원자력발전소에서 발생하는 기체 방사성폐기물 중 방사성 요오드는 다량의 수분과 함께 극미량 배출되지만, 낮은 농도로도 인체에 축적돼 갑상선암 등을 유발한다. 최근에는 환경규제가 크게 강화되면서 제거 성능을 높인 흡착제 개발에 어려움이 있다.

연구팀은 차세대 다공성 소재인 금속유기골격체(MOF) 표면을 특정 화합물로 처리해 고습 환경에서 메틸요오드화합물(기체 방사성물질 중 주요 누출 핵종)을 매우 높은 성능으로 포획할 수 있는 화학소재를 개발했다. 이 소재는 극저농도인 메틸요오드화합물을 습도 많은 환경에서 포획하기 위해 소수성(물을 싫어하는 성질)을 띠고 있어 수분 접근을 막는다. 또한 방사성 요오드와 상호 작용하는 '은'을 기존 제올라이트 흡착제 대비 90% 줄여 사용함에도 메틸요오드화합물을 0.01ppb 이하에서 포획할 수 있다.

연구팀은 비싼 은 대신 활성물질인 아민류를 이용해 메틸요오드화합물을 더욱 강하게 포획하도록 함으로써 99.999% 이상의 제거 성능을 약 11일 동안 유지하는 것을 확인했다. 이는 기존 상용 활성탄 흡착제에 비해 280배 높은 제거 성능을 보인 것이라는 게 연구팀의 설명이다.

또한 대표적인 휘발성 유기화합물 일종인 포름알데히드도 고습 환경에서 기존 탄소계 흡착제에 비해 5배 우수한 성능을 나타내는 등 산업적 활용성이 우수함을 입증했다.

이미혜 화학연 원장은 "방사성물질 유출에 따른 잠재적 위험에서 국민의 안전을 지킬 수 있는 흡착제 기술로 쓰일 것"이라며 "앞으로 소형모듈원자로(SMR) 등 차세대 원전기술 보급에 안전핀 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 환경과학 분야 국제 학술지 '유해물질 저널'과 '화학공학 저널'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr