국내 연구진이 방사성 물질로 오염된 건물 표면 등에 액체로 된 고분자 물질 기반의 표면제염 코팅제를 분사한 뒤 물로 씻어내는 방식으로 오염물질(세슘-137)을 제거할 수 있는 기술을 개발했다.

16일 한국원자력연구원(KAERI)은 해체기술연구부 양희만 박사팀이 방사성 물질로 오염된 표면에 액체 분사 방법으로 세슘을 쉽고 빠르게 제거할 수 있는 '하이드로겔'(hydrogel) 기반의 표면제염 코팅제를 개발했다고 밝혔다.

▲ 방사성 물질에 오염된 시멘트 제염 장면.(왼쪽) 상용분사 장비를 이용해 시멘트 표면에 프러시안블루 흡착제를 포함한 하이드로겔 제염코팅제를 분사하는 사진, (오른쪽) 세척수로 하이드로겔 제염 코팅제를 제거하는 사진.

세슘은 원자력 사고 시 누출되는 대표적 방사성 물질로 반감기가 30년에 달해 신속한 제염작업이 필요하다. 하이드로겔은 수분을 많이 흡수할 수 있는 젤리 같은 고분자 물질이다.

현재 방사성 물질에 오염된 건물은 표면에 제염 코팅제를 입힌 후 직접 벗겨내거나 표면 자체를 깎아내야 해 넓은 면적에는 신속한 작업이 어렵고 방사성 폐기물이 대량 발생하는 문제가 있다.

특히 시멘트처럼 내부에 구멍이 많은 물질은 기존 제염 코팅제를 사용해도 방사성 물질이 27% 정도밖에 제거되지 않는다.

▲ 하이드로겔 기반 표면제염코팅제.

연구팀은 이 연구에서 친환경 고분자 화합물인 폴리비닐알코올에 고분자 사슬을 연결해주는 가교제를 첨가한 특수 용액과 기존 세슘 흡착제를 혼합해 완전 액체 상태의 표면제염 코팅제를 개발했다.

이 액체 상태의 특수용액과 세슘 흡착제를 시멘트 등 오염된 물체의 표면에 뿌리면 바로 하이드로겔 상태의 코팅제가 되며, 세슘은 특수용액 속의 암모늄, 나트륨과 이온교환이 돼 표면에서 떨어져 나와 세슘 흡착제에 달라붙는다.

▲ 점착형 하이드로겔 기반 코팅제의 표면오염 제염 과정 개념도.

세슘이 흡착된 하이드로겔은 물을 뿌리면 바로 고분자 사슬의 연결 구조가 끊어지면서 다시 액체로 변해 쉽게 제거할 수 있다. 이 액체 속에 있는 세슘은 흡착제 종류에 따라 여과나 자석으로 선별 분리해 방사성 폐기물로 처리하고, 나머지 용액은 일반 폐수로 처리할 수 있다.

연구팀이 일본 후쿠시마 원전 반경 20㎞ 내 건물이 오염된 상황을 가정해 콘크리트에 이 하이드로겔 표면제염 코팅제를 적용한 결과, 시멘트 표면의 세슘 57% 이상이 제거돼 제염성능이 기존 박리형 표면제염코팅제보다 2배 이상 우수했으며, 회수된 용액 속의 세슘은 흡착제를 이용해 99% 이상 제거되는 것으로 확인됐다.

▲ 한국원자력연구원 양희만 박사(앞줄 오른쪽) 연구팀.

연구팀은 하이드로겔 표면제염 코팅제는 일반적인 액체 분사 장치로 뿌릴 수 있어 광역 오염 지역에서도 쉽고 빠르게 사용할 수 있고, 세슘을 흡수하고 굳은 코팅제는 물로 쉽게 제거할 수 있어 방사성폐기물 발생을 기존의 절반으로 줄일 수 있다고 설명했다.

이 연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 '화학공학저널'(Chemical Engineering Journal)에 실렸으며, 관련 기술은 국내와 일본 특허등록을 마쳤고 미국 특허 심사가 진행 중이다.

양희만 박사는 "이 연구 결과는 방사성 물질이 누출되는 사고 시 오염 건물 제염을 신속하고 광범위하게 할 수 있는 원천 기술을 개발한 것"이라며 "액체나 물로 쉽게 다루고 방사성폐기물 발생량을 줄여서 현장 활용성을 높인 만큼 실제 오염 현장 투입을 목표로 기술 이전을 추진 중"이라고 말했다.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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