기존 처리시간 5시간서 3시간으로 단축, 폐기물량도 65% 이상 대폭 줄여
▲한국원자력연구원이 개발한 핵종 나노촉매 이용 폐액처리 장치 시제품
각종 산업 시설이나 원전에서 제염 후 발생하는 난분해성 제염 폐액을 3시간 만에 처리할 수 있는 기술이 개발됐다.
한국원자력연구원 해체기술개발부 임승주 박사 연구팀은 방사성 핵종 산화물을 나노촉매로 이용해 난분해성 제염 폐액을 처리하는 기술을 개발해 아크론에코(대표이사 배덕관)에 이전했다고 2일 밝혔다. 정액기술료 2억 5000만원과 매출액 3%를 경상기술료로 받는 조건이다.
아크론에코는 원전 시설 배관, 기기 등에 고착된 방사성 오염물질을 제거하는 제염 전문 기업이다. 이번 기술을 활용해 난분해성 산업폐수 처리 사업에도 진출할 예정이다.
제염 폐액은 원자력 시설의 제염 과정 중 발생하는 폐액으로, 방사성 핵종을 흡착하기 위해 사용한 난분해성 유기착화제가 포함돼있다.
미국 등 선진국에서도 이 난분해성 제염 폐액을 마땅히 처리할 기술이 없어 폐액을 가열해 증발 농축 처리하거나 필터, 분리막, 이온교환수지를 이용하는 등 복잡한 과정을 거친다.
현재 세계적으로 사용하고 있는 기술은 프랑스에서 개발한 HP-CORD UV라는 기술이다. 제염 공정에서 사용한 유기착화제를 자외선과 과산화수소로 분해한 후 이온교환수지를 이용해 처리한다. 그러나 이 기술은 유기착화제 90%를 처리하는데 5시간의 긴 처리시간이 필요한데다, 다량의 2차 폐기물이 발생한다.
반면 연구팀이 개발한 '방사성 핵종 활용 나노촉매 폐액처리 기술'은 3시간 내에 폐액 98% 이상을 처리하는 성능을 보였다. 폐액을 처리하는 이온교환수지도 사용하지 않아 2차 폐기물 발생량도 기존 기술 대비 최대 65% 이상 대폭 줄였다.
제염 폐액에는 난분해성 유기착화제뿐 아니라, 구리, 니켈 등의 방사성 핵종이 섞여있다. 연구팀은 기존에 2차 폐기물로만 생각했던 구리, 니켈 등의 방사성 핵종이 화학 반응성이 높은 것을 보고, 촉매로 재활용할 수 있겠다고 판단했다.
이에 제염 폐액의 수소이온농도(pH)를 알칼리로 조절해 방사성 핵종을 핵종 산화물로 만들었다. 이 후 촉매 반응을 일으키는 과황산을 넣고, 방사성 핵종 산화물을 촉매로 이용하면 촉매가 난분해성 유기착화제를 이산화탄소와 물로 빠르게 분해한다. 결국 깨끗한 물과 가라앉은 방사성 핵종만 남는다.
기존에도 난분해성 유기착화제를 제거하기 위해 금, 백금 등 금속산화물을 이용한 다양한 촉매가 개발된 바 있으나, 제조 단가가 매우 비싸고 제조 공정이 복잡해 산업현장에 적용하기 어려웠다.
반면, 방사성 핵종 산화물은 제염 과정에서 나오는 부산물로 바로 만들 수 있어 제조 공정도 매우 단순하고 경제적이다.
▲핵종 나노촉매 이용 폐액처리 장치 공정도
이번 성과는 과학기술정보통신부 원자력기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다. 기초 기술개발부터 시작해 폐액처리 장치 시제품 제작, 공인시험 인증까지 마쳤다.
현재 4건의 국내 특허 출원을 마쳤고, 미국, 유럽, UAE, 중국 등 국외 특허 출원을 앞두고 있다.
연구원 임승주 책임연구원은 “국민 건강과 깨끗한 환경을 보전하기 위한 기술을 지속적으로 개발해 방사능 오염에 대한 우려를 불식시키는데 기여하겠다"라고 밝혔다.
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