세계 최초로 방사능 오염수 얼려서 처리하니 세슘 스트론튬 99퍼센트 제거

2024년 세계 최초로 한국 해양대와 강원대 공동 연구팀이 방사성 폐수에 가스하이드레이트를 형성하는 담수화 기술 공정을 활용해서 문제의 세슘과 스트론튬을 95~ 99%까지 분리했다. 연구팀은 천연가스가 어는 과정에서 오염물을 제거하는 원리에 착안했다.

강원대와 해양대 연구팀의 가스하이드레이트 방사능 오염수 처리기술

2024년 4월 방사능 오염수를 처리하는 놀라운 기술이 개발되었다. 방사성 폐수를 얼려서 처리하는 가스 하이드레이트(Gas Hydrate) 기술로 방사능 오염수에서 세슘과 스트론튬이 99퍼센트가 제거되었다.

가스 하이드레이트에서 가스는 탄소 기체, 하이드레이트는 물이라는 뜻이다. 가스 하이드레이트는 낮은 온도와 높은 압력의 조건에서 저분자량의 탄소 가스 분자와 물 분자가 모여 형성된 3차원 결정성 화합물이다. 영구 동토나 심해저에 분포한다.

세계 최초로 한국 해양대 윤지호 교수팀과 강원대 차민준 연구팀이 공동으로 방사능 폐수의 방사성 화확물질을 제거해 깨끗한 물을 회수하는 가스하이드레이트 기반한 담수화 기술을 개발했다.

가스하이드레이트 결정체는 천연가스의 얼음 형태이다. 연구팀은 천연가스가 어는 과정에서 오염물을 제거하는 원리에 주목했다. 그래서 방사능 폐수에 가스하이드레이트가 존재할 수 있는 온도와 압력 구간을 조사했다.

조사결과, 방사능 이온은 가스하이드레이트 결정 구조에 영향을 주지 않았다. 방사능 이온은 가스하이드레이트의 분자 사이에 있는 빈 공간에 포집되지 않는다. 연구팀은 이러한 이온 배척 현상을 고체 자기공명 분광법을 이용해 규명했다.

연구팀은 세계 최초로 방사성 폐수에 가스하이드레이트를 형성하는 담수화 기술 공정을 활용하면 문제의 세슘과 스트론튬을 95~ 99%까지 분리할 수 있다고 제시했다.

이 기술은 큰돈 들이지 않고 활용성도 다양하다. 재료는 자연에서 얻을 수 있는 물과 저분자 가스이고 간단한 공정으로 작동할 수 있다. 원전 해체뿐 아니라 다양한 산업에서 발생하는 방사성 폐수처리 등에 활용할 수 있다.

연구결과는 이바이런멘탈 사이언스・테크놀로지(ES&T) 표지논문으로 실렸다.

방사능 세슘과 스트론튬은 우라늄 핵분열 과정에서 다량 형성되는 대표적인 오염핵종이다. 인체에 치명적인 높은 열을 방출하고 반감기는 30년 이상이어서 방사능 오염수에서 반드시 제거해야 한다.

반감기는 방사능 농도가 절반으로 감소하는 기간이다. 방사능 물질 스트론튬-90은 반감기가 29년인 방사능 핵종이다. 체내에 축적되면 암을 발생시킨다.

방사능 물질은 방사선을 방출한다. 방사선 에너지는 인체의 세포와 DNA에 도달해 파괴 작용을 하거나 강제로 이온화 시키는 화학반응을 일으켜 인체를 교란한다.

세슘은 연성이 매우 높아 쉽게 잘라지고 두드리면 얇게 퍼지고 손으로 쥐고 있으면 곧 녹아내리는 은백색의 금속이자 방사능 물질이다. 반감기는 30년이다. 세슘이 인체에 축적되면 불임, 전신마비, 골수암, 폐암, 갑상선암 등이 발생한다.

일본 후쿠시마 원전을 관리하는 도쿄전력은 원전에서 발생하는 오염수를 다핵종처리시설ALPS로 정화처리하고 보관하고 있다가 바다에 방류하기 전에 유해물질 분석을 시행하고 있다.

도쿄전력은 방류전의 오염수 샘플을 공개하지도 않고 누구든지 조사할 수 있게 하지 않고 있다. 다핵종처리시설로는 처리가 안되는 방사능 원소들이 있다.

3차 방류 예정 전에 방사능을 측정해 보니 일본 후쿠시마 원전의 오염수에 세슘-137이 높은 농도로 검출됐고 2차방류전에는 검출되지 않은 스트론튬 90과 이트륨-90이 검출되었다.

그럼에도 도쿄전력은 방사성 핵종이나 중금속이 모두 고시 농도 한도 아래에 있어서 안전성에 문제가 없다고 발했다. 수치가 더 높아지고 걸러내지 못한 방사능 원소들이 존재함에도 도쿄 전력은 방사능 오염수를 지속적으로 바다에 버리고 있다.