원자력연, 원전 폐수지 처리기술 상용규모 공정 실증

[이데일리 강민구 기자] 월성원전과 같은 중수로에서는 중준위 방사성폐기물로 폐수지가 발생한다. 폐수지는 중수 등의 액체를 처리하는 과정에서 방사성 핵종을 제거할 때 사용한 이온교환수지인데 방사성동위원소인 탄소-14를 포함하고 있다. 방사능 농도가 높고 양이 많아 경주 방사성폐기물 처분장에 처분하는 것이 불가능한 상황에서 국내 연구진이 해결 방법을 찾았다.

한국원자력연구원은 박환서 선진핵주기기술개발부 박사 연구팀이 중수로 폐수지 처리 상용규모 실증에 성공했다고 15일 밝혔다.

중수로 폐수지 실험실 규모 처리 공정 장치.(자료=한국원자력연구원)

앞서 원자력연은 지난 2018년에 ‘마이크로파 조사를 통한 폐수지 처리 원천기술’을 개발했다. 마이크로파로 이온교환수지를 가열해 화학적 구조를 바꿔 탄소-14를 분리하는 기술이다. 해당 기술을 바탕으로 상용규모 공정을 개발해 지난 2월 월성발전소 내 보관 중인 폐수지를 처리해 고가의 방사성동위원소 탄소-14를 99% 분리·저감하고 회수했다. 이번 실증은 안전성을 확인받고 인허가를 거쳐 실제 사용한 폐수지를 상용규모로 처리했다는 점에서 의미가 있다.

중수로를 운영하는 캐나다, 중국, 인도에서도 중수로 폐수지 처리 관련 연구를 하고 있지만 실험실에서 실증하는 단계에 머물러 있다. 대부분 폐수지에 전기, 열 또는 산을 가하는 방식으로 저감 처리를 하는데 과도한 2차 폐기물이 발생하는 등 한계가 있었다.

연구팀은 폐수지내 탄소-14를 효과적으로 회수하기 위해 마이크로파에 주목했다. 폐수지를 2시간 정도 마이크로파로 조사하면 화학 반응이 일어나 탄소-14가 약 99% 분리되는 것을 확인했다.

실증을 위해 냉장고 크기 정도의 마이크로파 조사 반응기를 발전소 내부에 설치하고, 폐수지 저장탱크에 있는 폐수지를 옮겨 마이크로파 반응기에 투입했다. 조사가 진행되는 동안 폐수지의 탄소-14가 장치 내부에서 가스 형태로 발생하고, 이를 흡착장치로 흘려보내면 흡착제가 탄소-14를 회수할 수 있다. 남은 폐수지는 저준위 폐기물로 분류돼 경주처분장에 보내면 된다.

국내 중수로에 보관된 폐수지도 많은 양의 탄소-14를 포함한다. 약 1조원 이상 경제적 가치가 있다. 앞으로 전량 수입하던 고가의 동위원소를 직접 회수해 국내 산업에 활용하거나 외국으로 수출할 수 있다.

류재수 원자력연 선진핵주기기술개발부장은 “이번 중수로 폐수지 처리기술은 방사성폐기물의 문제를 해소하는 중요한 연구 결과 중 하나”라며 “새롭고 혁신적인 방사성폐기물처리 공정기술과 관리기술 개발을 계속 추진하겠다”라고 말했다.