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화학硏, 기존 흡착제 대비 280배 높은 방사성 요오드 제거기술 개발

등록 2022.05.26 12:01:00

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기사내용 요약

2차 환경오염 감소·방사성 폐기물 처분 비용 절감
기존 대비 CH3I·포름알데히드 각 280배, 5배 높은 성능
가격 낮추고 효율은 높여…국제 학술지에 발표

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[대전=뉴시스] 은 이온이 교환된 다공성 금속-유기 골격체(MOF)가 RH 95%의 고습환경에서 저농도의 CH3I를 99.999% 이상의 제거율로 포획하고(왼쪽) 5번의 재사용 후에도 성능변화가 없음을 나타낸 그림. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 원자력발전소나 산업체, 병원 등에서 유출될 수 있는 위험물질인 방사성 요오드를 고습환경에서 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 황영규·홍도영 박사 연구팀이 기존 탄소계 흡착제 대비 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능을 갖는 화학소재 표면처리 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이 기술은 방사성 가스 배출을 통한 2차 환경오염을 감소시키고 방사성 폐기물의 부피도 줄일 수 있어 조기 상용화가 기대된다.

방사성 폐기물은 원자력발전소뿐만 아니라 병원, 산업체, 연구기관에서 방사성물질을 이용하면서 생성된다. 생성된 방사성 폐기물은 반드시 200ℓ 드럼 안에 포장해 폐기물 처분장으로 보내야 하며 한 드럼 당 1500만원 가량의 처분비용이 소요된다.

방사성 폐기물 관리과정에서 운반·처분 비용은 약 17.3%를 차지하고 있어 부피를 줄여 처분비용을 최대한 낮출 필요가 있다.

특히 원전서 발생하는 기체 방사성 폐기물 중 방사성 요오드는 다량의 수분과 함께 극미량으로 배출돼 높은 제거 성능을 보유한 흡착제가 요구되지만 극미량의 요오드 화합물을 높은 성능으로 포획하는 데에는 기술적 한계가 있다.

최근 세계적으로 고표면적·초다공성의 특징을 갖는 MOF(금속 전구체와 유기 리간드가 조합된 차세대 다공성 소재)를 독성가스 제거용 소재로 활용하고 있으나 MOF는 수분에 취약하고 외부에 습기가 많을 때 제거 성능이 급격히 감소하는 문제가 있다.

이에 따라 연구팀은 원전 필터 혹은 방독면 등에 사용 가능한 MOF 화학소재 표면을 특정 화합물로 처리해 방사성물질 중 주요 핵종인 메틸요오드화합물(CH3I)을 고습환경에서도 매우 높게 제거·포획할 수 있는 화학소재를 개발했다.
 
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[대전=뉴시스] 방사성 가스 제거용 다공성 소재 개발에 대한 논의 중인 화학연 연구팀. 왼쪽부터 홍도영 책임연구원, 황영규 본부장, 차가영 박사후연구원. *재판매 및 DB 금지

연구팀은 극한의 저농도인 메틸요오드화합물(CH3I)을 고습환경에서 포획키 위해 MOF 흡착제에 물을 싫어하는 성질(소수성)을 부여, 수분의 접근을 차단했다.

또 방사성 요오드와 상호작용하는 귀금속인 '은'을 이용해 메틸요오드화합물을 0.01ppb 이하로 포획했다. 은의 사용량은 기존 제올라이트 흡착제 대비 80% 가량 감축시켰고 재사용도 가능토록 했다.

이어 추가연구를 통해 비싼 은을 대신해 활성물질인 '아민류'를 이용, 메틸요오드화합물을 더 강하게 포획토록 했고 검증을 통해 세계 최고 수준인 99.999% 이상의 제거 성능이 약 11일 동안 유지된다는 것도 확인했다. 이는 기존 상용 활성탄 흡착제 대비 제거량이 280배 가량 높은 수치다.

이와 함께 제거가 까다로운 대표적 휘발성 유기화합물의 일종인 포름알데히드도 고습환경에서 기존 탄소계 흡착제 대비 5배 우수한 제거 성능을 기록, 신규 극소수성 흡착제의 산업적 활용성에 대한 기대감을 높였다.
 
이번 연구성과는 환경과학 분야 국제 저널인 '화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)' 등에 최근 게재됐고 5건의 특허등록도 달성했다.

화학硏 이미혜 원장은 "이 기술은 독성가스로부터 취약한 산업인력의 안전을 도모하고 방사성물질 유출에 대한 잠재적 위험으로부터 국민의 안전을 지킬 수 있어 큰 의미가 있다"며 "향후 탄소 중립의 핵심 대안인 소형모듈원전(SMR) 등 차세대 원전기술의 보급망에 안전핀 역할을 할 수 있을 것"이라고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 kys0505@newsis.com

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