원자력연, 원전 방사능 폐수지 굳혀서 처분기술 개발…특허로 이어져

탄화처리 및 고형화 기술 ㈜그린방사선에 이전
탄화 폐수지 40% 넣어도 처분 인수기준 충족

한국원자력연구원이 방사성 폐이온교환수지를 시멘트처럼 굳혀서 처분하는 기술을 개발했다. 사진은 손성준 선임연구원이 탄화폐수지가 포함된 시멘트 고화체의 압축 강도를 측정하고 있다.  (사진=원자력연 제공)

마땅한 처분 방법이 없어 원자력발전소 내에 임시 보관해 온 방사성 폐이온교환수지를 시멘트처럼 굳혀 처분할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국원자력연구원 원자력시설청정기술개발부 임승주 박사 연구팀은 원전에서 발생하는 방사성 폐이온교환수지를 탄화한 뒤 시멘트나 지오폴리머를 이용해 고체 형태로 만드는 기술을 개발해 (주)그린방사선에 기술을 이전했다고 23일 밝혔다. 정액기술료 1억 원과 매출액 2%를 경상기술료로 받는 조건이다.

원자력발전소는 정상 운전이나 해체 과정에서 시설과 설비에 묻은 방사성물질을 제거하는 제염 작업을 한다. 이 과정에서 발생하는 폐액 속 방사성물질은 이온교환수지라는 필터 소재를 이용해 걸러낸다. 수지가 오랜 기간 물속의 코발트, 세슘 등 방사성 물질을 흡착하면, 더는 이온을 교환할 수 있는 능력이 사라져 사용할 수 없게 된 이온교환수지를 '방사성 폐이온 교환수지(폐수지)'라고 한다. 폐이온교환수지는 방사능을 띠고 있을 뿐만 아니라 물리적 특성 때문에 처분이 매우 까다롭다.

하나로 원자로 역시 방사성폐기물 중에 비가연성, 폐수지, 폐필터 등의 고체성폐기물은 오염도와 감마핵종 분석 후 폐기물 저장용기에 포장 후 원내 방사성폐기물 저장고에 저장하고 있다.

탄화처리된 폐이온교환수지의 사진 (좌) 탄화처리 전 폐수지, (우) 탄화처리 후 폐수지.  (사진=원자력연 제공)

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. 반대로 균열을 막기 위해 폐수지를 적게 넣으면 만들어야 하는 고체 폐기물의 양이 늘어나 최종 처분 부피와 비용이 커지는 부작용이 있어, 그동안 폐수지는 마땅한 처분 방법 없이 원전 내 임시 보관되고 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. 탄화한 폐수지를 고화체 전체 무게의 40%까지 넣어 시멘트와 지오폴리머로 각각 굳혔다. 그 결과 경주 방폐장에 반입할 수 있는 폐기물 인수기준인 압축·열순환·침수·침출·유리수 시험 기준을 모두 충족했다. 시멘트 등을 전체 무게의 60%까지 추가해 고화체를 만들었을 때도 최종 부피는 탄화 폐수지 자체의 부피보다 20% 이내로만 증가했다.

고화체에서 방사성물질이 외부로 빠져나오는 정도를 평가한 시험에서도 모두 처분 인수기준을 넘어 빗물이나 지하수에 노출되었을 때도 방사성핵종이 침출되어 확산될 위험이 없음을 확인했다.

폐수지 고화체의 부피와 처분비용을 줄이는 동시에 안전성도 높아 원전 해체 현장에도 적극 활용될 전망이다. 기후에너지환경부 에너지기술개발사업의 지원을 받아 연구됐으며, 국내 특허 출원을 마치고 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.
임병안 기자