사용후핵연료 처분에 필요한 핵심 소재 국내서 생산할 길 열었다

[이데일리 강민구 기자] 우리나라가 그동안 수입해 오던 다목적 산업재 ‘벤토나이트’를 우리 기술로 품질을 높여 대량 생산할 길이 열렸다.

한국원자력연구원은 김봉주 저장처분성능검증부 박사 연구팀이 국내산 저품질 벤토나이트를 외국산과 동등한 품질까지 높일 수 있는 생산 공정 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

김봉주 한국원자력연구원 박사가 벤토나이트 품질 향상을 위해 초음파, 부유 선별 과정을 시험하고 있다.(사진=한국원자력연구원)

벤토나이트는 우리 주변에서 볼 수 있는 점토의 일종이다. 물을 흡수하면 부피가 팽창하는 특성을 지녀 토목 분야에서 방수재로 많이 쓴다. 불순물을 흡착해 없애는 능력도 우수해 화장품, 의약품 원료로도쓰는 다목적 산업재다.

고준위폐기물인 사용후핵연료 처분 분야에서도 벤토나이트가 핵심 소재다. 우리나라는 사용후핵연료를 지하 수백 미터 아래에 격리하는 심지층처분 방식을 고려하는데 벤토나이트는 사용후핵연료를 담은 처분 용기 주변에 완충재로 사용돼 지하수 유입을 막고, 방사성물질 이동을 저지하기 위해 필요하다.

벤토나이트의 방수, 흡착 능력은 주성분 광물인 몬모릴로나이트 함량이 높을수록 우수하다. 몬모릴로나이트는 천연 점토 자원으로 얇은 층들이 쌓인 층상 구조를 지녀 다른 점토에 비해 층 사이로 물을 더 많이 흡수하고 팽창할 수 있다. 하지만, 국내산 벤토나이트는 몬모릴로나이트 함량이 외국산에 비해 낮아 산업적 활용에 한계가 있었다. 때문에 몬모릴로나이트 함량이 높은 고품질의 벤토나이트는 중국, 미국, 인도, 호주, 몽골 등 해외 수입에 의존했다.

연구팀은 국내산 벤토나이트의 품질 향상을 위해 습식 공정과 물리적 선별 공정으로 몬모릴로나이트 함량을 높였다. 벤토나이트를 물과 섞어 슬러지를 만들고 초음파로 광물질 입자를 분산시켰다. 이후 슬러지에 미세 기포를 투입해 가벼운 입자를 띄우는 부유 선별 방식으로 비교적 가벼운 몬모릴로나이트 입자를 분리했다. 이런 공정으로 벤토나이트 내 몬모릴로나이트의 함량을 60%에서 94%까지 높였다. 고품질 벤토나이트를 대량 생산할 수 있는 부유 선별 장치도 개발해 실증 준비를 마쳤다.

연구팀은 앞으로 고준위폐기물 처분장을 운영하게 되면 완충재로 대량의 벤토나이트가 필요하며, 미국산 벤토나이트를 수입하지 않고 국산화 공정을 통해 자체 공급한다면 약 6000억원의 비용을 줄일 수 있다고 내다봤다.

원자력연은 과학기술정보통신부와 사용후핵연료관리핵심기술개발사업단의 지원으로 대량 생산 공정시스템을 개발하고, 실증 연구를 하고 있다. 추가 실증 연구로 방사성폐기물처분 분야 외 다양한 산업에 적용할 방안도 찾을 계획이다.

주한규 원장은 “이번 공정 개발은 국내 원자력 산업 기술 선도력을 강화하고, 국제 기술 경쟁력을 입증한 좋은 사례”라고 했다.