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  • 기사등록 2020-09-17 13:52:50
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▲ 넓은 건축물 표면의 방사성 오염을 빠르고 쉽게 제거할 수 있는 새로운 표면제염코팅제가 개발됐다.



[기계신문] 원전사고(1986년 체르노빌, 2011년 후쿠시마)와 같이 원자력 시설 외부로 누출된 방사성 핵종은 일반 도시건축물의 다공성 표면에 침투하여 기존 제염기술로는 제거가 쉽지 않다.


이 때문에 다공성 건축물 표면 내 방사성 오염원을 효과적으로 제거하고 대면적의 오염지역을 신속하게 제염하면서도 방사성 폐기물의 발생량이 적은 새로운 표면제염기술이 필요하다.


최근 도시 지역 내 핵테러 대응을 위한 미국 Environmental Protection Agency(EPA) 기술보고서에 따르면, 기존 표면제염기술을 이용한 콘크리트 등의 다공성 오염 표면에 대한 방사성 세슘 제염 효율 평가 결과, 제염용액과 표면제염코팅제 모두 각각 대량의 2차 방사성 폐액 혹은 방사성 폐기물이 발생했다. 특히 제염코팅제의 경우, 제염 후 다공성 표면에 코팅제 잔존물이 남아 있는 문제점을 지적하였다.


그런데 최근 한국원자력연구원 양희만 박사 연구팀이 방사성으로 오염된 표면에 액체 분사 방법으로 세슘을 쉽고 빠르게 제거할 수 있는 ‘하이드로겔(hydrogel) 기반의 표면제염 코팅제’를 개발하는데 성공했다.



▲ (왼쪽) 상용분사 장비를 이용하여 시멘트 표면에 프러시안블루 흡착제를 포함한 하이드로겔 제염코팅제를 분사하고 있는 사진, (오른쪽) 세척수로 하이드로겔 제염 코팅제를 제거하고 있는 사진



세슘은 원자력 사고 시 누출되는 대표적 방사성 물질로 장기간 방사능 오염(세슘-137, 반감기 30년)을 일으키기 때문에 빠른 제염 작업을 통해 제거할 필요가 있다.


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 뿌려 신속하게 도포할 수 있으며, 세슘을 흡수하고 굳은 코팅제를 물로 쉽게 제거할 수 있어 방사성폐기물 발생을 크게 줄일 수 있다.


‘하이드로겔 기반 표면제염 코팅제’는 친환경 고분자 화합물, 가교제를 첨가한 특수용액과 기존 세슘 흡착제를 혼합해 만들었다. 고분자 화합물은 분자량이 1만 이상으로 큰 분자 화합물로서, 일명 액체괴물 장난감에도 사용하는 물질로 독성이 없고 자연분해되어 안전성을 더욱 강화하였다.



▲ 점착형 하이드로겔 기반 코팅제의 표면오염 제염 과정 개념도



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 시멘트와 같은 다공성 표면에서도 57% 이상의 세슘을 제거하는 등 현재 가장 널리 사용되고 있는 박리형 표면제염 코팅제보다 2배 이상 우수한 제염 성능을 확인했다.



▲ 원자력연구원이 개발에 성공한 새로운 하이드로겔 기반 표면제염코팅제



특히, 물 세척만으로 표면제염 코팅제의 특수 용액과 세슘 흡착제를 분리시키는데 세계 최초로 성공했다. 이에 세슘 흡착제는 여과나 자석으로 선별 분리하여 방사성 폐기물로 처분하고, 나머지 용액은 일반 폐수로 처리 가능하기 때문에 방사성폐기물의 발생량을 획기적으로 줄일 수 있다. 또, 세슘 흡착제 대신 다른 핵종별 흡착제를 사용하면 세슘 외 다양한 방사성 핵종을 제거할 수도 있다.


이번 연구는 과학기술정보통신부 「원자력기술개발사업」의 지원을 받았고, 국내와 일본에 특허 등록을 마치고, 미국에서도 특허 등록을 심사 중에 있다.


양희만 박사는 “이번 연구결과는 방사능 물질이 누출되는 사고 시에도 오염된 건물의 제염을 신속하고 광범위하게 할 수 있는 원천기술을 개발한 것”이라며 “액체나 물로 쉽게 다루고, 방사성폐기물 발생량을 줄여서 현장 활용성을 높인 만큼 실제 오염 현장에 투입하는 것을 목표로 기술 이전을 추진 중”이라고 밝혔다.


코팅제 내 구성소재로 방사성 세슘 제거용 흡착제 외 다양한 흡착제를 사용하면 세슘 외 다양한 방사성 핵종뿐 아니라 유·무기 오염원을 제거할 수 있어 국내 원자력 시설의 운영 중 오염상황에 대응 기술로 직접 활용할 수 있다. 이에 따라 향후 국내 원전해체 분야에 다양한 방사성 표면 오염원을 제거하기 위한 원천기술이 될 것으로 기대된다.


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한음표 기자 hup@mtnews.net

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