국내 연구진, 폐연료봉서 우라늄 회수 메커니즘 규명

한병찬 연세대 교수팀

폐기물 처리 기술 활용 기대

학부생이 포함된 국내 대학 연구진이 핵연료 재활용 공정 개발에 필요한 핵심 메커니즘을 알아냈다.

한국연구재단은 한병찬 연세대 화공생명공학과 교수(사진)와 강준희 연구원(박사과정)·권초아(학부 4년)·강우종(2년) 연구원으로 구성된 연구진이 핵연료 재처리 기술인 파이로프로세싱 중 우라늄이 추출되는 전극 주변에서 벌어지는 현상을 규명했다고 3일 발표했다.

국내 원전에서 사용되고 남은 핵연료봉은 해마다 700t씩 쏟아져 나오지만 마땅한 처리 기술이 없어 그대로 쌓이고 있다.

2024년께는 각 원전에서 운영 중인 고준위 폐기물 저장공간도 포화 상태에 이른다. 한국 미국을 비롯해 10개국은 파이로프로세싱이라는 재활용 기술을 개발하고 있다. 현재는 폐연료봉을 질산으로 녹이는 습식 재처리를 거쳐 순수 플루토늄을 뽑아낸다.

반면 파이로프로세싱은 섭씨 550도로 태운 폐연료봉을 전기 분해해 우라늄과 그보다 무거운 플루토늄·넵투늄·아메리슘·큐리움 등이 한데 섞인 금속을 추출한다. 하지만 우라늄을 효율적으로 추출하는 데 필요한 재료 성질과 실험 데이터의 부족으로 한계를 겪어왔다.

연구진은 자연현상을 컴퓨터로 예측하는 시뮬레이션 기법을 활용해 파이로프로세싱 시스템 효율을 높이는 소재 후보를 발견하는 방법을 찾아냈다. 녹인 폐연료봉 속 우라늄 이온이 작은 결정을 이룬 뒤 전기분해로 전극 주변에서 금속상태로 바뀌는 현상과 조건을 알아낸 것이다. 이를 활용하면 고준위 방사성 물질을 실험하는 데 필요한 시간과 돈을 줄일 수 있다는 게 연구진의 설명이다.

한 교수는 “파이로프로세싱 시스템 개발에 필요한 핵심 물성 데이터베이스를 구축하고 공정의 안전성과 효율성을 끌어올릴 토대를 마련했다”고 말했다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com