- 원자력연, 폐이온교환수지 탄화처리 및 고형화 기술 ㈜그린방사선에 이전 -

- 탄화 폐수지 40% 넣어도 처분 인수기준 충족  -

□ 마땅한 처분 방법이 없어 원전 내에 임시 보관해 온 방사성 폐이온교환수지를 안전하게 굳혀 처분할 수 있는 기술이 개발됐다.

사진 1. 탄화처리된 폐이온교환수지의 사진(좌) 탄화처리 전 폐수지, (우) 탄화처리 후 폐수지

□ 한국원자력연구원 원자력시설청정기술개발부 임승주 박사 연구팀은 원전에서 발생하는 방사성 폐이온교환수지를 탄화한 뒤 시멘트나 지오폴리머*를 이용해 고체 형태로 만드는 기술을 개발해 (주)그린방사선(대표이사 박승철)에 이전했다고 23일 밝혔다. 정액기술료 1억 원과 매출액 2%를 경상기술료로 받는 조건이다.

   * 지오폴리머: 알루미늄과 규소 등을 포함한 무기물질을 반응시켜 만든 결합재로, 시멘트처럼 폐기물을 단단하게 굳히는 데 사용할 수 있다.

 ㅇ (주)그린방사선은 원자력발전소의 방사성폐기물·방사선·방사화학 기술개발 및 기술서비스를 제공하는 연구원의 Family 기업이다. 이번 기술을 활용해 폐이온교환수지의 고형화 처리 사업에도 진출할 예정이다.

 사진 2. (좌) 탄화폐수지가 포함된 시멘트 고화체 (우) 탄화폐수지가 포함된 지오폴리머 고화체

□ 원전은 정상 운전이나 해체 과정에서 시설과 설비에 묻은 방사성물질을 제거하는 제염 작업을 한다. 이 과정에서 발생하는 폐액 속 방사성물질은 이온교환수지라는 필터 소재를 이용해 걸러낸다. 방사성물질을 흡착해 더 이상 사용할 수 없게 된 이온교환수지를 ‘방사성 폐이온교환수지(폐수지)’라고 한다. 이렇게 발생한 폐수지는 반드시 시멘트 등으로 고형화한 후 최종 처분되어야 한다.

 ㅇ 그러나 폐수지는 물을 쉽게 흡수하고 팽창하는 성질이 있어 그대로 시멘트 등과 섞어 굳히기 어렵다. 폐수지를 많이 넣으면 고체 내부에 균열이 생겨 경주 중·저준위 방사성폐기물 처분시설의 인수기준을 충족하기 어렵기 때문이다.

 ㅇ 반대로 균열을 막기 위해 폐수지를 적게 넣으면 만들어야 하는 고체 폐기물의 양이 늘어나 최종 처분 부피와 비용이 커진다. 이와 같은 문제로 현재 폐수지는 마땅한 처분 방법 없이 원전 내 임시 보관되고 있다.

사진 3. 원자력연구원 손성준 선임연구원이 탄화폐수지가 포함된 시멘트 고화체의 압축 강도를 측정하고 있다.

□ 연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 폐수지를 산소가 없는 환경에서 가열해 열분해하는 탄화 기술을 적용했다. 적절한 온도와 처리 조건을 찾아 물을 흡수해 부푸는 현상을 억제했다.

 ㅇ 탄화한 폐수지를 고화체 전체 무게의 40%까지 넣어 시멘트와 지오폴리머로 각각 굳혔다. 그결과 경주 방폐장의 주요 폐기물 인수기준인 압축·열순환·침수·침출·유리수 시험 기준을 모두 충족하였다.

 ㅇ 특히 시멘트 등을 전체 무게의 60%까지 추가해 고화체를 만들었을 때도 최종 부피는 탄화 폐수지 자체의 부피보다 20% 이내로만 증가했다. 즉, 고형화 과정에서 늘어나는 최종 처분 부피를 최소화한 것이다.

 ㅇ 고화체에서 방사성물질이 외부로 빠져나오는 정도를 평가한 시험에서도 기준을 충족했다 시멘트와 지오폴리머 고화체의 세슘 침출지수*는 각각 9.18과 10.41, 코발트 침출지수는 10.43과 13.77로 모두 처분 인수기준 6.0을 넘어 방사성핵종이 침출되어 확산될 위험이 없음을 확인하였다.

    *  침출지수: 방사성폐기물 고화체가 빗물이나 지하수에 노출되는 경우를 고려하여 방사성물질이 외부로 침출되어 유출되는지 여부를 시험하며, 시험결과 침출지수 6.0 이상일 때 인수기준을 만족한다.

사진 4. 한국원자력연구원이 원전에서 발생하는 방사성 폐이온교환수지를 탄화한 뒤 시멘트나 지오폴리머를 이용해 고체 형태로 만드는 기술을 개발해 (주)그린방사선에 이전했다.

(사진 중앙 좌측) (주)그린방사선 박승철 대표이사, (사진 중앙 우측) 한국원자력연구원 임인철 원장 직무대행

□ 이번 기술개발은 아직 전 세계적으로 뚜렷한 처리 방안이 없는 방사성 폐수지의 처리 및 처분 솔루션을 제시했다는데 의의가 있다. 또한, 폐수지 고화체의 부피와 처분비용을 줄이는 동시에 안전성도 높아 원전 해체 현장에도 적극 활용될 전망이다.

□ 이번 성과는 기후에너지환경부 에너지기술개발사업의 지원을 받아 진행되었다. 현재 국내 특허 출원을 마쳤으며 미국, 일본, 유럽, 중국, UAE 등 국외 특허 출원을 앞두고 있다.

□ 임승주 박사는 “이번 기술은 처리가 까다로운 방사성 폐수지를 탄화해 안정적으로 고체화하고, 최종 처분해야 할 폐기물의 부피와 비용을 줄일 수 있다는 데 의미가 있다”고 밝혔다. 연구를 함께한 손성준 박사는 “향후 다양한 방폐물을 대상으로 장기 처분 건전성과 현장 적용성을 검증하여 실용적인 처분기술로 발전시키겠다”며 포부를 밝혔다.