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【HOT ISSUE 2】 세계 최초 방사성 오염수에서 요오드 제거 기술 개발

편집부 기자
입력 2022.08.24 00:00

세계 최초 방사성 오염수에서 요오드 제거 기술 개발

후쿠시마 오염수에 적용 가능

방사성 요오드는 원자력발전소의 우라늄 핵분열 과정에서 생성되며 후쿠시마 원전 오염수에도 다량 존재한다. 방사성 요오드는 인체에 유해함에도 불구하고 원전 오염수에서 완전하게 제거하기는 불가능했다. 그런데 최근 원전 오염수가 포함된 바닷물이나 지하수에서 방사성 요오드를 선택적으로 제거할 수 있는 기술을 개발해 화제다.

정리 정영주 기자

자료 한국원자력연구원

방사성 요오드 핵종만 선택적으로 99.8% 이상 제거하는 흡착제를 개발했다.

한국원자력연구원 방사화학연구실 배상은 박사 연구팀은 연세대 화학공학과 한병찬 교수 연구팀, 서울대-IBS 현택환 교수 연구팀과 함께 ‘바닷물이나 지하수에 녹아있는 방사성 요오드 핵종만을 선택적으로 99.8% 이상 제거하는 재사용 가능 흡착제’를 개발했다고 7월 25일에 발표했다.

한국원자력연구원에서 개발한 흡착제를 이용해 수용액에서 요오드를 제거하는 시스템

바닷물에는 염소, 불소, 브롬과 같은 할로겐 음이온이 다량 녹아있기 때문에 같은 할로겐 음이온인 요오드만을 선택적으로 제거하는 것이 어렵다. 일반적으로 방사능 오염을 처리하는 방법은 방사능 오염도를 측정한 후, 측정된 방사능 오염도에 따라 방사능 오염 물질을 방사성 폐기물 처리장으로 이송하여 장기간 보관하거나 또는 방사성 핵종을 제거하는 것이다. 기존에는 방사성 요오드만 선택적으로 제거할 수 없어 은(Ag)을 흡착제로 이용해 할로겐 음이온을 침전시켜 방사성 요오드를 제거했기 때문에 비용이 많이 들고, 폐기물도 많이 발생하는 단점이 있었다. 원자력연구원 배상은 박사 연구팀은 자성을 띤 철 나노입자 표면에 백금을 코팅해 요오드만 선택적으로 제거할 수 있는 흡착제를 개발했다.

합성한 흡착제의 투과전자현미경(TEM) 및 X-ray 원소분석(EDS) 사진이다. 중심 금속 철(Fe) 나노입자 표면에 백금(Pt)을 코팅했다.

흡착제 표면에 코팅된 백금이 요오드와 공유결합(*2개의 원자가 서로 전자를 방출하여 전자쌍을 형성하고 공유하며 만드는 화학결합)해 요오드만 선택적으로 제거한다. 그리고 흡착제와 요오드가 반응할 수 있는 면적을 최대화하기 위해 흡착제를 나노 크기로 만들었다. 또한, 나노입자 중심부에 철을 넣어서 자석을 이용해 물속에 퍼져있는 흡착제를 쉽게 다시 회수할 수 있다.

흡착제 표면의 백금에 결합한 방사성 요오드는 전기화학적 방법으로 분리하여 방사성 폐기물로 처리한다. 연구팀은 실험을 통해 오염수에서 방사성 요오드를 99.8% 이상 제거하는 것을 확인했다. 특히, 이 흡착제는 방사성 요오드만 제거하고, 흡착제를 재사용할 수 있어 발생하는 방사성 폐기물의 양이 적고, 흡착제 추가 구매 비용도 줄일 수 있어 경제적이다.

일본 정부는 2023년 후쿠시마 방사능 오염수를 바다에 방출한다는 계획이다. 방사능은 수질 오염을 일으키는 일반 화학물질과 다르다. 방사능 오염수에는 방사성이 수십만 년간 지속될 핵종도 포함되어 있다. 방사성 오염수가 바다로 방류한다고 희석되지 않는다. 방사능 총량은 변하지 않기 때문이다. 방출 후 7개월이면 제주 앞바다로 흘러든다는 언론의 보도가 있다. 일본의 인접국인 한국뿐만 아니라 태평양 인접 국가에도 원전 오염수의 영향을 받게 된다고 예상한다.

(왼쪽) 흡착제 첨가 전, (오른쪽) 흡착제 첨가 후

이번에 개발한 흡착제를 사용하면 후쿠시마 원자력발전소 사고 현장에 쌓여있는 수백만 톤의 원전 폐수 내에서도 방사성 요오드만을 선택적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 바닷물에 녹아있는 자연 요오드만을 선택적으로 추출하여 의약품, 화학제품 등 우리 생활에 필요한 요오드를 생산하는 기술로 활용할 수 있다.

연구에 참여한 주 연구자들. 왼쪽 위에서 시계방향으로 제1저자인 한국원자력연구원 정화경 박사, 이동우 박사, 교신저자인 배상은 박사, 연세대학교 한병찬 교수

과학기술정보통신부 원자력기술개발사업으로 개발한 이 기술은 국내 특허 2건과 국제 특허 8건을 출원해 최근 일본 특허가 등록됐다. 연구 결과는 수자원 분야에서 최고 권위 학술지 ‘워터 리서치(Water Research, IF 13.4)’에 7월 14일자로 온라인 게재됐다. 논문명은 다음과 같다. 「Selective removal of radioactive iodine from water using reusable Fe@Pt adsorbents (재활용이 가능한 백금-철 흡착제를 이용한 수용액 내 방사성 요오드 선택적 제거)」 한국원자력연구원 박원석 원장은 “이번에 개발한 방사성 요오드 흡착 기술과 시스템을 이용해 방사성 요오드뿐만 아니라 더 많은 방사성 동위원소 처리 기술 개발에 박차를 가하겠다”고 밝혔다.