원전 저준위방폐물, 연간 12만ℓ 줄였다…韓 특급기술 정체

머니투데이 김인한 기자 2023.03.26 09:33

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[르포]원전 '핵연료' 생산하는 한전원자력연료
방폐물 저감기술로 관리비 연간 100억원 절감
저준위방폐물 줄면 영구처분 부지도 줄어들어
원안위도 혁신기술 공감, 안전규제 선제 지원

홍정환 한전원자력연료(KNF) 원자력기술부장이 지난 23일 대전 본사에서 머니투데이에 저준위 방사성폐기물 저감 공정기술을 설명하고 있다. KNF는 국내 25기 원전에 필요한 핵연료를 전량 제조해 공급하고 있으며, 최근 UAE(아랍에미리트연합)에도 핵연료를 수출하고 있다. KNF는 원자력 분야 가급(최상위) 국가보안시설로 내부시설 공개나 사진 촬영 등이 제한적이다. / 사진=한전원자력연료홍정환 한전원자력연료(KNF) 원자력기술부장이 지난 23일 대전 본사에서 머니투데이에 저준위 방사성폐기물 저감 공정기술을 설명하고 있다. KNF는 국내 25기 원전에 필요한 핵연료를 전량 제조해 공급하고 있으며, 최근 UAE(아랍에미리트연합)에도 핵연료를 수출하고 있다. KNF는 원자력 분야 가급(최상위) 국가보안시설로 내부시설 공개나 사진 촬영 등이 제한적이다. / 사진=한전원자력연료


지난 23일 대전 유성구 덕진동 한전원자력연료(KNF) 방사성폐기물 종합처리동. 출입문을 열자 내부 공기가 밖으로 나가지 않도록 바람이 밀려 들어왔다. 작업자는 각종 보호장구를 착용하고, 저준위방폐물을 '감용화 공정 장비'에 투입하고 있었다. 저준위방폐물은 방사능 농도가 낮은 폐기물로, 핵연료 제조 과정에서 쓰였던 장갑·작업복·플라스틱 등과 같은 물질이다. 감용화 장비를 거치면 저준위방폐물은 검은 모래와 유사한 폐기물로 바뀌어 부피가 대폭 줄어든다.



홍정환 KNF 원자력기술부장은 "핵연료 제조·가공시설을 운영하면 매년 저준위방폐물이 약 1200드럼(드럼당 200ℓ) 발생한다"며 "방폐물 부피를 저감하는 여러 공정을 통해 매년 500~600드럼을 줄여 연간 관리비 100억원가량을 저감하고 있다"고 했다. 그러면서 "국가적으로 중·저준위방폐물은 동굴에 처분하고 있지만 향후 공간에 제약이 생길 수밖에 없다"며 "저준위방폐물의 부피를 줄여 처분하면 국익에 도움이 되는 것"이라고 부연했다.

핵연료 제조시설에서 사용하고 버려진 작업복, 마스크, 플라스틱 등이 감용화 공정 장비를 거치면 모래알처럼 부피가 대폭 줄어든다. / 사진=한전원자력연료(KNF)핵연료 제조시설에서 사용하고 버려진 작업복, 마스크, 플라스틱 등이 감용화 공정 장비를 거치면 모래알처럼 부피가 대폭 줄어든다. / 사진=한전원자력연료(KNF)
한전원자력연료에서 생산하는 우라늄 소결체. 무게 5.2g, 직경 0.8cm으로 크기는 손톱만하다. 이 소결체에서 4인가구가 6개월 동안 쓸 수 있는 전기가 나온다. / 사진=한전원자력연료한전원자력연료에서 생산하는 우라늄 소결체. 무게 5.2g, 직경 0.8cm으로 크기는 손톱만하다. 이 소결체에서 4인가구가 6개월 동안 쓸 수 있는 전기가 나온다. / 사진=한전원자력연료


방폐물 연간 12만ℓ 줄인 특급기술 탄생, 정부도 혁신기술 규제 선제 지원

원전은 우라늄 핵분열 연쇄반응을 통해 열을 만들고, 그 열을 증기발생기로 전달해 터빈을 돌려 전기를 만든다. KNF는 국내 25기 원전에 필요한 핵연료를 전량 제조해 공급하고 있다. 핵연료는 '우라늄 소결체'로 전력 생산 효율이 에너지원 중 가장 높다.

문제는 핵연료 제조 과정에서 우라늄이 함유된 저준위방폐물이 발생한다. 저준위방폐물은 작업복·장갑·플라스틱·철제 장비 등이 대표적이다. 모든 저준위방폐물은 원자력안전법에 따라 관리되며 자연 방사선량보다 낮은 수준이면 소각·매립·재활용할 수 있다.



KNF는 지난해 기준 저준위방폐물 9500여드럼(190만리터)을 보관 중이다. 방폐물이 매년 늘어나 저장 공간 부족과 처분비용이 증가할 수밖에 없는 실정이다. 이에 KNF는 저준위방폐물을 줄이기 위해 △고체 열분해 △금속 용융 △액체 감압 △초음파 제염 등의 혁신 기술을 개발했다.


한전원자력연료(KNF)에서 저준위 방사성폐기물을 저장하고 있는 현황. / 사진=한전원자력연료(KNF)한전원자력연료(KNF)에서 저준위 방사성폐기물을 저장하고 있는 현황. / 사진=한전원자력연료(KNF)
방폐물 부피를 가장 많이 줄이는 공정은 '고체 열분해' 방식이다. 이 공정에 작업복 등 고체방폐물을 넣으면 400~650℃에서 열분해하고 부피를 줄인다. 이를 통해 고체방폐물은 절반 이상 줄일 수 있다. 산소를 이용한 연소반응이 아니어서 대기오염 주요물질인 NOx(질소산화물)·SOx(황산화물)·다이옥신 등도 발생하지 않는다.

우라늄을 함유한 금속방폐물은 용융(녹이는 방식)으로 방사성 물질과 부피를 줄인다. 물과 같은 액체방폐물은 압력을 낮춘 상태에서 증발시켜 방폐물을 슬러지(찌꺼기)로 만들어 없앤다. 여기에 KNF는 최근 처리하기 어려운 금속폐기물을 제염(방사성 물질 제거)하는 '고강도 집속 초음파' 공정을 개발했다.

고강도 집속 초음파 제염 공정 장비. 이 장비 안에 저준위 방사선폐기물이 들어가면 초음파 장비가 방사성 물질에 오염된 물질을 제거한다. / 사진=한전원자력연료(KNF)고강도 집속 초음파 제염 공정 장비. 이 장비 안에 저준위 방사선폐기물이 들어가면 초음파 장비가 방사성 물질에 오염된 물질을 제거한다. / 사진=한전원자력연료(KNF)
초음파로 금속 내부에 있는 방사성 물질을 저감하는 방식이다. 2021년 국내 특허등록을 마쳤고, 미국·캐나다·독일에 특허를 출원했다. 내달 초부터 한국수력원자력과 함께 국내 원전에서 초음파 기술을 실증할 예정이다. 이 기술을 활용하면 원전 내부 저준위방폐물을 대폭 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

원자력안전위원회도 혁신기술에 공감해 안전규제를 선제 지원한다는 방침이다. 원안위는 저준위방폐물 '자체처분계획 사전검토' 제도를 도입한다. 원안법 시행령과 시행규칙 등을 오는 8월까지 개정해 시행할 예정이다.

신재식 원안위 방사선방재국장은 "관련 제도는 저준위방폐물에 대한 자체처분 혁신 기술을 적극 유도할 수 있을 것"이라며 "이를 통해 방폐물의 양을 줄여 안전성 향상에 긍정적 효과가 나타나길 바란다"고 밝혔다.
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