[이데일리 강민구 기자] 과학기술연합대학원대학교(UST) 연구진이 원전 해체 과정에서 제염 효과는 높이면서 방사성 폐액은 절반 이하로 줄일 가능성을 제시했다.

UST는 노창현 UST 한국원자력연구원 스쿨 원자력과학기술 전공 교수가 총괄하고, 미구타 파우스틴 응굴리미(MIGUTA FAUSTINE NGULIMI) 박사 졸업생이 이같은 성과를 냈다고 14일 밝혔다.

원자력발전소를 해체할 때는 작업자의 방사선 피폭을 막기 위해 배관 내부의 방사성 오염물질을 제거하는 제염 작업을 해야 한다. 그러나 기존 방식은 독성이 강한 화학약품을 다량 사용하기 때문에 제염 후 많은 유해 방사성 폐액이 남아 또 다른 환경 부담을 끼친다.

특히 중수로 원전(가압중수로)에서 원자로와 냉각재 계통을 잇는 배관 안쪽에는 방사성 코발트가 섞인 녹 층(마그네타이트 산화막)이 쌓인다. 이 녹 층은 정비·해체 작업자의 방사선 피폭을 일으키는 주요 원인이다.

이를 없애려면 화학약품으로 녹이는 제염 작업이 필수적이다. 기존에 쓰던 제염제 성분 중 하이드라진은 독성이 강한 유해물질로, 사용량을 줄이고 사용 후 안전하게 분해해야 한다. 지금까지의 연구는 오염 제거 성능 개선에 집중돼 작업 후 남는 폐액과 폐기물 처리까지 함께 연계한 해법이 부족했다.

연구진은 녹 층을 녹이는 단계부터 폐액 속 금속을 걸러내고 남은 독성 약품을 분해하는 단계까지 하나로 이어지는 통합 공정을 개발했다. 연구진은 탄소강 배관을 300도에서 3주간 녹슬게 했다. 원전 배관에서 수년에 걸쳐 쌓이는 코발트 함유 녹 층을 짧은 기간에 재현한 뒤, 이를 이용해 성능을 검증했다.

연구 결과, 제염제 성분 중 구리를 빼고 하이드라진 농도를 기존의 5분의 1 수준으로 낮춘 새 제염액이 더 좋은 성능을 보였다. 1시간 동안 녹여낸 철의 양은 기존의 약 3배였고, 코발트도 더 많이 제거됐다. 작업 중 생기는 찌꺼기(슬러지)는 절반 이하로 줄었다. 작업이 끝난 폐액은 산도를 조절해 녹아 있던 철과 코발트를 고체 가루로 가라앉혀 따로 걸러냈다. 이어 과산화수소와 자외선 LED를 함께 사용해 폐액에 남은 하이드라진을 분해했다. 과산화수소 또는 자외선 LED를 단독으로 사용하는 것보다 두 가지를 함께 쓸 때 분해 효과가 더 높게 나타났다.

이를 통해 전체 공정에서 사용하는 하이드라진의 양은 기존 대비 약 32% 줄였고, 기술경제성평가(TEA) 결과 운영비용의 약 13%를 줄였다. 전과정평가(LCA) 결과 기후변화, 산성화, 부영양화 영향은 동등 수준을 유지하면서, 독성 관련 환경영향은 약 11~21% 감소시켰다.

이번 연구 성과를 가동 중인 중수로 원전의 정비와 영구 정지된 월성 1호기 등의 해체 과정에 적용하면, 정비 및 해체 작업자의 방사선 피폭을 효과적으로 줄일 가능성이 있다.

노창현 교수는 “월성 1호기 등 중수로 해체뿐만 아니라 다른 원전 유형과 가동 원전에도 적용되며 유해물질 정화가 필요한 산업 분야로도 확장 가능하다”며 “원전 해체 경쟁력 강화와 탄소중립 목표 달성에 기여할 것”이라고 전했다.

연구 결과는 환경과학 분야 국제학술지 ‘저널 오브 하자더스 마테리얼스(Journal of Hazardous Materials)’ 10월호에 게재됐다.