원자력연, 건축물 오염 세슘 제거하는 신기술 개발
한국원자력연구원(원장 박원석) 양희만 박사가 방사성으로 오염된 표면에 액체 분사 방법으로 세슘을 쉽고 빠르게 제거할 수 있는 ‘하이드로겔(hydrogel) 기반의 표면제염 코팅제’를 개발하는데 성공했다.
세슘은 원자력 사고 시 누출되는 대표적 방사성 물질로 장기간 방사능 오염(세슘-137, 반감기 30년)을 일으키기 때문에 빠른 제염 작업을 통해 제거가 필요하다.
하이드로겔(hydrogel)은 수분을 많이 흡수할 수 있는 고분자 물질로 젤리와 같은 형상을 지닌다.
현재의 제염 기술은 건물 표면에 제염 코팅제를 도포한 이후 직접 벗겨내거나 표면 자체를 깎아야하기 때문에 대단위 면적에 신속한 작업이 어렵고 대량의 방사성폐기물이 발생하는 문제가 있었다.
이번 연구는 표면제염 코팅제를 액체 형태로 뿌려서 신속하게 도포할 수 있으며, 세슘을 흡수하고 굳은 코팅제를 물로 쉽게 제거할 수 있어 방사성폐기물 발생을 크게 줄일 수 있다.
‘하이드로겔 기반 표면제염코팅제’는 친환경 고분자 화합물, 가교제를 첨가한 특수용액과 기존 세슘 흡착제를 혼합해 만들었다.
고분자 화합물은 분자량이 1만 이상으로 큰 분자 화합물로, 슬라임(통칭 액체괴물) 장난감에도 사용하는 물질로 독성이 없고 자연분해되어 안전성을 더욱 강화한다.
가교제(Cross-Linker)는 하나의 고분자 사슬을 다른 고분자 사슬에 연결시켜주는 유기화합물이다.
오염표면에 특수용액과 세슘 흡착제를 분사하면 하이드로겔 형태의 코팅제가 만들어지며, 세슘은 특수용액 속의 암모늄, 나트륨과 이온 교환되어 표면에서 제거되고 세슘 흡착제에 달라붙는다.
이온 교환은 어떤 물질이 전해질 수용액과 접촉할 때 그 물질 중의 이온이 방출되고 대신 용액 중의 이온이 물질에 흡착하는 현상이다.
특수 장비 없이 일반적인 액체 분사장치로 분사-도포할 수 있어 광역 오염 지역에서도 쉽고 빠르게(분당 1.25㎡ 속도) 사용할 수 있다. 또한 현재 가장 널리 사용되고 있는 박리형 표면제염코팅제보다 2배 이상 우수한 제염 성능을 확인했다. 시멘트와 같은 다공성 표면에서도 57% 이상의 세슘을 제거한다.
특히, 물 세척만으로 표면제염 코팅제의 특수 용액과 세슘 흡착제를 분리시키는데 세계 최초로 성공했다.
세슘 흡착제는 여과나 자석으로 선별 분리하여 방사성 폐기물로 처분하고, 나머지 용액은 일반 폐수로 처리 가능하기 때문에 방사성폐기물의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있다.
또한 세슘 흡착제 대신 다른 핵종별 흡착제를 사용하면 세슘 외 다양한 방사성 핵종을 제거할 수도 있다.
이번 연구는 과기정통부「원자력기술개발사업」의 지원을 받았고, 국내(’20.2)와 일본(’20.7)에 특허 등록을 마치고, 미국에서도 특허 등록을 심사 중에 있다.
연구를 이끈 양희만 박사는 “이번 연구결과는 방사능 물질이 누출되는 사고 시에도 오염된 건물의 제염을 신속하고 광범위하게 할 수 있는 원천 기술을 개발한 것”이라고 밝혔다.
이어 “액체나 물로 쉽게 다루고, 방사성폐기물 발생량을 줄여서 현장 활용성을 높인 만큼 실제 오염 현장에 투입하는 것을 목표로 기술 이전을 추진 중이다”고 덧붙였다.
연구결과는 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 ‘케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, ’20.7)’에 게재됐다.
