기존 대비 280배..방사성 요오드 제거 효율 높여 폐기물 처리 비용 줄인다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 원자력발전소의 배기가스나 산업체, 병원 등에서 유출될 수 있는 위험물질인 방사성 요오드를 효과적으로 없앨 수 있는 화학소재 표면처리 기술을 개발했다. 방사성 가스 배출로 인한 2차 환경오염을 줄여 안전사고를 예방하고, 방사성 폐기물의 부피를 최소화해 경제성도 확보할 가능성을 제시했다.

한국화학연구원은 황영규·홍도영 박사 연구팀이 상용 탄소계 흡착제 대비 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능을 지녀 방사성 요오드가 호흡기로 침투하는 것을 막아주는 표면처리 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

한국화학연구원 연구진의 모습.(왼쪽부터)황영규 박사, 홍도영 박사, 차가영 박사.(사진=한국화학연구원)

방사성 폐기물은 원자력발전소, 병원, 산업체, 연구기관에서 방사성물질을 이용하는 과정에서 생성된다. 생성된 방사성 폐기물은 반드시 200L 드럼 안에 넣어 폐기물 처분장으로 보내는데, 이 과정에서 한 드럼 당 1500만원 규모의 처분 비용이 발생한다.

특히, 원전에서 발생하는 기체 방사성 폐기물 중 방사성 요오드는 다량의 수분과 함께 극미량으로 배출되지만, 낮은 농도로도 인체에 축적되어 갑상선암 등을 유발한다. 최근 환경 규제가 강화되어 더 높은 제거 성능을 가진 흡착제가 요구되지만 극미량의 요오드 화합물을 높은 성능으로 포획하는 데에는 기술적 한계가 있었다.

연구팀은 원자력발전소 필터나 방독면 등에 쓸 수 있는 MOF 화학소재 표면을 특정 화합물로 처리해 메틸요오드화합물에 대해 습도가 높은 환경에서도 높은 제거율로 포획하는 화학소재를 개발했다.

극 저농도인 메틸요오드화합물을 고습 환경에서 포획하기 위해 MOF 흡착제에 물을 싫어하는 성질을 부여해 수분의 접근을 차단했다. 방사성 요오드와 상호작용하는 은을 써서 메틸요오드화합물을 포획해 은의 사용량을 기존 제올라이트 흡착제 대비 80% 줄여도 효율적으로 쓸 수 있도록 했다.

후속 연구에서는 은을 대신해 활성 물질인 아민류를 이용해 메틸요오드화합물을 더 강하게 포획해 세계 최고 수준인 99.999% 이상의 제거 성능을 약 11일 동안 유지한다는 것을 확인했다. 기존 상용 활성탄 흡착제 대비 280배 제거량이 높다.

대표적 휘발성 유기화합물의 일종인 포름알데히드에 대해서도 고습 환경에서 기존 탄소계 흡착제 대비 5배 우수한 성능을 기록해 산업적 활용 가능성도 입증했다.

이미혜 화학연 원장은 “독성 가스로부터 취약한 산업인력을 안전하게 하고, 방사성물질 유출에 대한 잠재적 위험으로부터 국민의 안전을 지킬 수 있다”며 “탄소 중립의 핵심 대안인 SMR 등 차세대 원전 기술의 보급망에 안전핀 역할을 할 수 있다”고 말했다.

연구 결과는 환경과학 분야 국제 학술지 ‘유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials)’과 화학공학 국제학술지 ‘화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)’에 게재됐다.