“원전 임시보관, 방사성 폐수지” 안전 처분길 열렸다…원자력硏, 탄화·고형화 기술 개발

- 처분 부피 증가 20% 이내 억제, 그린방사선에 기술이전

손성준 한국원자력연구원 선임연구원이 탄화폐수지가 포함된 시멘트 고화체의 압축 강도를 측정하고 있다.[한국원자력연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 그간 마땅한 처분 방법이 없어 원자력발전소에 임시 보관해 온 방사성 폐기물을 안전하게 굳혀 처분할 수 있는 길이 열렸다. 폐기물을 탄화해 부피 증가를 억제하면서도 방사성물질의 외부 유출을 막는 기술로, 원전 해체 과정에서 발생하는 방사성폐기물 처리에도 활용될 전망이다.

한국원자력연구원은 원자력시설청정기술개발부 임승주 박사 연구팀이 방사성 폐이온교환수지를 탄화한 뒤 시멘트나 지오폴리머로 굳히는 고형화 기술을 개발해 그린방사선에 이전했다고 23일 밝혔다. 정액기술료 1억원과 매출액의 2%를 경상기술료로 받는 조건이다.

폐이온교환수지는 원전 운전과 해체 과정에서 발생하는 방사성 폐액을 정화하는 데 사용되는 필터 소재다. 방사성물질을 흡착해 더 이상 사용할 수 없게 된 수지는 고형화 과정을 거쳐 최종 처분해야 한다.

문제는 폐수지가 물을 흡수하면 쉽게 팽창한다는 점이다. 시멘트에 많은 양을 섞으면 내부에 균열이 발생해 경주 중·저준위 방사성폐기물 처분시설의 인수기준을 충족하기 어렵다. 반대로 폐수지 함량을 줄이면 고화체 부피가 늘어나 처분 비용이 증가한다.

연구팀은 산소가 없는 환경에서 폐수지를 가열해 열분해하는 탄화 기술로 이 같은 문제를 해결했다. 최적의 온도와 처리 조건을 찾아 폐수지의 수분 흡수와 팽창을 억제한 것이다.

실제 탄화 폐수지를 고화체 전체 무게의 40%까지 넣어 시멘트와 지오폴리머로 각각 굳힌 결과, 압축·열순환·침수·침출·유리수 등 경주 방폐장의 주요 인수기준을 모두 충족했다.

탄화처리된 폐이온교환수지. 탄화처리 전 폐수지(왼쪽), 탄화처리 후 폐수지(오른쪽).[한국원자력연구원 제공]

특히 결합재를 전체 무게의 60%까지 넣었음에도 최종 고화체 부피는 탄화 폐수지 자체보다 20% 이내로만 증가했다. 고형화 과정에서 발생하는 처분 부피 증가를 최소화한 셈이다.

방사성물질의 외부 유출 가능성을 평가하는 침출시험에서도 안전기준을 충족했다. 시멘트와 지오폴리머 고화체의 세슘 침출지수는 각각 9.18과 10.41, 코발트 침출지수는 10.43과 13.77로 나타났다. 모두 처분 인수기준인 6.0을 웃도는 수치다.

이번 기술은 폐수지의 안정적인 고형화와 처분 부피 최소화를 동시에 구현했다는 점에서 의미가 있다. 향후 원전 내 임시 보관 중인 폐수지 처리뿐 아니라 원전 해체 과정에서 발생하는 방사성폐기물의 처분 비용 절감에도 기여할 것으로 기대된다.

기술을 이전받은 그린방사선은 원자력연구원의 패밀리기업으로, 이번 성과를 활용해 폐이온교환수지 고형화 처리 사업에 진출할 계획이다.

연구팀은 국내 특허 출원을 마쳤으며 미국·일본·유럽·중국·아랍에미리트(UAE) 등 해외 특허 출원도 추진하고 있다.

임승주 박사는 “처리가 까다로운 방사성 폐수지를 탄화해 안정적으로 고체화하고 최종 처분해야 할 폐기물의 부피와 비용을 줄일 수 있다는 데 의미가 있다”고 말했다.