- 원자력연, 하이드로겔 기반 표면제염코팅제 개발 성공 -

- 기존 대비 2배 뛰어난 제염효과, 물로 쉽게 분리하여 방사성폐기물량 1/2로 절감 -

□ 한국원자력연구원(원장 박원석) 양희만 박사가 방사성으로 오염된 표면에 액체 분사 방법으로 세슘*을 쉽고 빠르게 제거할 수 있는 ‘하이드로겔(hydrogel)** 기반의 표면제염 코팅제’를 개발하는데 성공했다.

  * 세슘: 원자력 사고 시 누출되는 대표적 방사성 물질로 장기간 방사능 오염(세슘-137, 반감기 30년)을 일으키기 때문에 빠른 제염 작업을 통해 제거 필요

 ** 하이드로겔(hydrogel): 수분을 많이 흡수할 수 있는 고분자 물질로 젤리와 같은 형상을 지님

 ㅇ 현재의 제염 기술은 건물 표면에 제염 코팅제를 도포한 이후 직접 벗겨내거나 표면 자체를 깎아야하기 때문에 대단위 면적에 신속한 작업이 어렵고 대량의 방사성폐기물이 발생하는 문제가 있었다.

 ㅇ 이번 연구는 표면제염 코팅제를 액체 형태로 뿌려서 신속하게 도포할 수 있으며, 세슘을 흡수하고 굳은 코팅제를 물로 쉽게 제거할 수 있어 방사성폐기물 발생을 크게 줄일 수 있다.

사진 1. 넓은 건축물 표면의 방사성 오염을 빠르고 쉽게 제거할 수 있는 새로운 표면제염코팅제가 개발됐다

□ ‘하이드로겔 기반 표면제염코팅제’는 친환경 고분자 화합물*, 가교제**를 첨가한 특수용액과 기존 세슘 흡착제를 혼합해 만들었다. 

  * 고분자 화합물 : 분자량이 1만 이상으로 큰 분자 화합물로, 슬라임(통칭 액체괴물) 장난감에도 사용하는 물질로 독성이 없고 자연분해되어 안전성을 더욱 강화함

 ** 가교제(Cross-Linker) : 하나의 고분자 사슬을 다른 고분자 사슬에 연결시켜주는 유기화합물

 ㅇ 오염표면에 특수용액과 세슘 흡착제를 분사하면 하이드로겔 형태의 코팅제가 만들어지며, 세슘은 특수용액 속의 암모늄, 나트륨과 이온 교환*되어 표면에서 제거되고 세슘 흡착제에 달라붙는다. 

   * 이온 교환: 어떤 물질이 전해질 수용액과 접촉할 때 그 물질 중의 이온이 방출되고 대신 용액 중의 이온이 물질에 흡착하는 현상

 ㅇ 특수 장비 없이 일반적인 액체 분사장치로 분사·도포할 수 있어 광역 오염 지역에서도 쉽고 빠르게(분당 1.25㎡ 속도) 사용할 수 있다. 또한 현재 가장 널리 사용되고 있는 박리형 표면제염코팅제보다 2배 이상 우수한 제염 성능*을 확인했다.

   * 시멘트와 같은 다공성 표면에서도 57% 이상의 세슘을 제거

□ 특히, 물 세척만으로 표면제염 코팅제의 특수 용액과 세슘 흡착제를 분리시키는데 세계 최초로 성공했다. 

 ㅇ 이에 세슘 흡착제는 여과나 자석으로 선별 분리하여 방사성 폐기물로 처분하고, 나머지 용액은 일반 폐수로 처리 가능하기 때문에 방사성폐기물의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있다.  

 ㅇ 또한 세슘 흡착제 대신 다른 핵종별 흡착제를 사용하면 세슘 외 다양한 방사성 핵종을 제거할 수도 있다. 

사진 2. 원자력연구원이 개발에 성공한 새로운 하이드로겔 기반 표면제염코팅제

□ 이번 연구는 과기정통부「원자력기술개발사업」의 지원을 받았고, 국내(’20.2)와 일본(’20.7)에 특허 등록을 마치고, 미국에서도 특허 등록을 심사 중에 있다. 

□ 연구를 이끈 양희만 박사는 “이번 연구결과는 방사능 물질이 누출되는 사고 시에도 오염된 건물의 제염을 신속하고 광범위하게 할 수 있는 원천 기술을 개발한 것”이라며, 

 ㅇ “액체나 물로 쉽게 다루고, 방사성폐기물 발생량을 줄여서 현장 활용성을 높인 만큼 실제 오염 현장에 투입하는 것을 목표로 기술 이전을 추진 중이다”라고 밝혔다.

 ㅇ 연구결과는 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, ’20.7)’에 게재됐다.

사진 3. 한국원자력연구원 양희만 박사(앞 오른쪽) 연구팀이 하이드로겔 기반 표면제염코팅제를 개발했다