고효율 방사성세슘 제거용 흡착제

한국건설기술연구원(원장 한승헌)은 초대형 방사능 사고로부터 안전한 식수를 확보하기 위한 방사능 재난대응 기술로써 ‘고효율 방사성 세슘 제거용 흡착제’를 개발했다고 밝혔다.

일본 후쿠시마 원자력발전소 폭발사고 이후, 오염수 이슈 등으로 방사능 제거에 대한 국제적 관심이 높아진 가운데, 건설연은 방사능 노출 시 상수원 보호를 위한 초기 대응 기술을 확보하기 위해 노력해 왔다.

원자력 사고로 누출되는 방사성 물질 중 세슘-137은 반감기가 30년 이상 지속되면서 방사능을 뿜어낸다. 따라서 토양이나 수중에 축적된 방사성 세슘은 장기간 방사능 오염을 일으키기 때문에 별도의 제염 작업을 통해 제거해주어야 한다.

건설연이 개발한 고효율 방사성 세슘 제거용 흡착제는 수중 방사성 세슘을 99.8%이상 제거할 수 있다. 이는 세계 최고 수준인 방사능 흡착제와 대등한 성능이면서, 흡착제 투입량은 25분의 1로 절감할 수 있다.

고효율 방사성세슘 제거용 흡착제의 프러시안블루 고정화 과정

고효율 방사성세슘 제거용 합성모식도

방사성 세슘 흡착제는 흡착제를 구성하는 핵심 합성소재에 염료나 물감으로 널리 쓰이는 물질인 ‘프러시안 블루’를 합성시킨 것이다. 프러시안 블루는 방사성 세슘을 흡착하여 제거한다. 프러시안 블루를 합성소재와 합성하는 ‘고정화’ 과정이 흡착제 기술의 핵심이다.

건설연은 합성소재 내 프러시안 블루 함량을 높이기 위해 일반적인 합성과정 후에 염화철과 추가로 반응시켜서 고정화하는 ‘다중 고정화방식(LBL Assembly)’ 기술을 개발했다. 그 결과 프러시안 블루의 함량을 기존 흡착제보다 5.5배, 세슘 최대 흡착성능은 7.5배 늘리는 데 성공했다.

건설연은 흡착제를 구성하는 핵심 합성소재 또한 점액질의 친수성 고분자물질인 ‘하이드로겔(hydrogel)’ 타입으로 제작했다. 제작공정 상 각종 첨가제를 투여하던 기존 분말형 합성소재보다 공정이 단순해지므로, 기존 상용제품보다 싸고 간단하게 만들 수 있다. 여기에 합성시약의 국산화도 이루어내면서 최종적으로 기존 대비 8분의 1로 제작비용을 절감했다.

건설연의 이번 연구성과는 국내특허뿐만 아니라 2019년 8월 유럽, 미국, 일본에도 특허를 출원했으며, 작년 11월 8일 네이처(Nature) 자매지인 ‘사이언티픽 리포트’(Scientific Reports)에 등재되었다.

한편 이 과제는 국가과학기술연구회(이사장 원광연)의 창의형 융합연구사업 지원(2015-2020)으로 발족된 ‘방사능 물안보 연구단’에서 관련 연구를 진행해 오고 있다. 연구단에는 건설연 외에도 한국기초과학지원연구원, 한국원자력연구원 등 산‧학‧연 분야 20개 기관이 협력하고 있다.

연구단장인 김영석 건설연 선임연구위원은 “새로운 흡착제는 기존 수처리 시설에 추가적인 설치가 필요 없으므로 방사성 세슘을 제거하기 위한 최적의 제염 방법일 수 있다. 앞으로도 건설연과 연구단은 안전하고 신속한 물안보 기술 확보에 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.