KAIST, 원전 폐수 속 삼중수소 제거 촉매 개발...“최대 효율 76.3%”

고동연 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수. [사진=KAIST]

삼중수소는 중수로 원전 운영 시 발생하는 대표적인 방사성 물질이다. 지난해부터 방류되고 있는 후쿠시마 오염수와 관련해 쟁점이 되는 물질이다. 국내 연구팀이 삼중수소를 제거하는 촉매를 개발했다. 최대 76.3%의 제거 효율을 보이는 촉매다.

고동연 한국과학기술원(KAIST) 생명화학공학과 교수 연구팀은 27일 박찬우 한국원자력연구원 박사 연구팀과 함께 원전 폐수에 함유된 삼중수소 제거 공정을 위한 촉매를 개발했다고 밝혔다.

현재 삼중수소 제거에는 주로 액상 촉매 교환 공정이 이용된다. 수소와 물 동위원소 교환 반응을 활용하는 이 공정은 촉매로 백금을 주로 사용한다. 백금은 반응성이 높지만 비용이 많이 들고 물에 의해 반응이 쉽게 비활성화되는 문제가 있다. 적은 양의 백금을 고르게 분산하고, 물을 밀어내는 성질인 소수성 물질을 도입해야 촉매의 효율이 높아진다.

연구팀은 평균 약 2.5나노미터(nm) 지름의 백금 입자를 고르게 분포시킨 촉매를 개발했다. 그런 다음 화학적 변형을 통해 소수성을 갖도록 했다. 연구팀은 “분자 수준에서 소수성을 조절해 촉매가 물에 의해 활성을 잃는 것을 방지한다”며 “동시에 반응에 필요한 양의 물 분자는 촉매에 쉽게 접근할 수 있다”고 설명했다.

개발한 촉매는 최대 76.3%의 반응 효율을 보였다. 현재까지 밝혀진 바가 거의 없는 수백 ppm 수준의 저농도 동위원소에 대한 촉매의 작용까지 확인됐다. 4주 연속 가동 시 일정 수준 이상의 성능을 유지해 내구성도 확인됐다는 게 연구팀 설명이다.

이번 연구는 국제학술지 ‘에너지 앤 인바이런멘탈 머티리얼스’에 지난달 31일 공개됐다. 고동연 교수는 “개발한 촉매는 삼중수소 처리뿐 아니라 반도체에 사용되는 중수소 원료 생산, 핵융합 연료 주기 기술 등 다양한 기술에 응용이 가능하다”고 밝혔다.