▲ 한국화학연구원 황영규·홍도영·차가영 박사가 극 위험물질인 방사성 요오드를 고습 환경에서도 제거할 수 있는 표면처리 기술을 개발했다.

국내 연구진이 원자력발전소의 배기가스나 산업체, 병원 등에서 유출될 수 있는 극 위험물질인 방사성 요오드를 고습 환경에서도 제거할 수 있는 표면처리 기술을 개발, 안전사고 예방 및 방사성 폐기물 처분 비용 절감의 효과가 기대된다.

한국화학연구원(원장 이미혜) 황영규·홍도영 박사 연구팀은 최근 발표된 연구에서 상용 탄소계 흡착제 대비 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능 확보를 통해 방사성 요오드가 호흡기로 침투하는 것을 효과적으로 막아주는 표면처리 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이번 기술 개발로 인해 방사성 가스 배출을 통한 2차 환경오염을 감소시켜 안전사고를 예방할 수 있고, 방사성 폐기물의 부피를 최소화해 경제성도 확보할 수 있을 것으로 기대된다.

방사성 폐기물은 원자력발전소, 병원, 산업체, 연구기관에서 방사성물질을 이용하는 과정에서 생성된다. 생성된 방사성 폐기물은 반드시 200L 드럼 안에 포장해 폐기물 처분장으로 보낸다. 이 과정에서 한 드럼 당 1,500만 원 상당의 처분 비용이 발생하며 2040년까지 약 39만 드럼이 추가적으로 발생 될 것으로 전망된다.

특히, 원자력발전소에서 발생하는 기체 방사성 폐기물 중 방사성 요오드는 다량의 수분과 함께 극미량으로 배출되지만, 낮은 농도로도 인체에 축적돼 갑상선암 등을 유발한다. 10억분율 ppb 수준의 극미량의 요오드 화합물을 높은 성능으로 포획하는 데에는 기술적 한계가 있었다.

최근에는 금속 전구체와 유기 리간드가 조합된 MOF를 독성가스 제거용 소재로 활용하고 있지만 MOF 또한 수분에 취약해 외부에 습기가 많을 때 제거 성능이 급격히 감소한다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 원자력발전소 필터 혹은 방독면 등에 사용 가능한 MOF 화학소재 표면을 특정 화합물로 처리해, 메틸요오드화합물(CH3I, 기체 방사성물질 중에서도 주요 누출 핵종)에 대해 고습 환경에서도 매우 높은 제거율로 포획할 수 있는 화학소재를 개발했다.

극 저농도인 메틸요오드화합물(CH3I)을 고습 환경에서 포획하기 위해 MOF 흡착제에 물을 싫어하는 성질을 부여해 수분의 접근을 차단했다. 또 아민류를 이용해 메틸요오드화합물을 더욱 강하게 포획했다.

세계 최고 수준인 99.999% 이상의 제거 성능을 약 11일 동안 유지한다는 것을 확인했으며, 이는 기존 상용 활성탄 흡착제 대비 280배 높은 제거량을 기록한 성과다.

이와 동시에 산업적으로 제거가 까다로운 휘발성 유기화합물의 일종인 포름알데히드에 대해서도 고습 환경에서 기존 탄소계 흡착제 대비 5배 우수한 성능을 기록해 신규 극소수성 흡착제의 산업적 활용성이 뛰어남을 입증했다.

화학연 이미혜 원장은 “본 기술은 독성 가스로부터 취약한 산업인력의 안전을 도모하고, 방사성물질 유출에 대한 잠재적 위험으로부터 국민의 안전을 지킬 수 있다. 향후 탄소 중립의 핵심 대안인 차세대 원전 기술의 보급망에 안전핀 역할을 할 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다.

한편, 이번 연구성과는 환경과학 분야 유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials) 및 화학공학 저널(Chemical Engineering Journal)*등 연속 2편의 논문을 발표하고 5건의 특허를 등록하는 성과를 달성했다.