세슘 흡착력 기존보다 40배 뛰어난 물질 개발

서강대 화학과 윤경병 교수…핵연료 재처리·사고 오염 등 안전하게 농축 폐기 기대

조민희 기자 core@kookje.co.kr
| 입력 : 2014-06-25 19:32:22
| 본지 24면


	2011년 대지진으로 원전사고가 발생했던 일본 후쿠시마 원자력발전소. 원전사고가 발생하면 세슘 등 방사능 물질이 유출돼 바닷물이나 토양 등을 오염시킨다. 연합뉴스

- 소량에도 치명적 방사성 물질
- 체내 축적되면 심각한 질환

일본 대지진과 그에 따른 후쿠시마 원전사고가 일어난 지 3년이 됐다. 원전사고는 방사능 유출로 인해 다른 재난사고보다 그 피해가 훨씬 더 오래 지속된다는 점에서 인류와 생태계의 안전에 치명적이다.

■방사성 물질, 세슘

25일 관련 학계에 따르면 가장 위험한 방사성 원소 중 하나는 바로 세슘-137이다. 이 물질은 반감기가 30년이라 오염지역은 오염상태가 오래 지속될 수밖에 없다. 세슘염은 물에 잘 녹기 때문에 빠른 속도로 주변 환경에 퍼진다. 특히 농작물 등 식물 속으로 흡수가 잘 되는 까닭에 사람이 세슘-137에 오염된 음식물을 섭취할 경우 세슘-137이 체내 근육조직에 축적된다. 세슘-137이 체내에 다량 축적될 경우 심각한 질환을 야기하며 소량만 섭취해도 각종 암의 원인이 될 수 있다.

세슘은 원전사고로 인해 지하수·토양·바닷물 등을 오염시키는데, 원자력발전소의 핵연료 재처리과정에서 발생하는 폐수에도 들어 있다. 수명이 다한 핵연료봉은 재처리 공장에 보내져 재처리 과정을 거친다. 이때 연료봉에 남아있는 핵연료를 회수하고 연료봉에 생긴 세슘-137 등 방사성 원소들을 제거한다. 이 과정에서 세슘-137이 녹아 있는 강산 또는 강알칼리성 폐수가 발생하고 이를 효과적으로 제거하지 못하면 재처리 공장을 가동할 수 없다.

■어떻게 제거하나

세슘을 제거하기 위해서는 흡착제가 필요하다. 하지만 녹아 있는 세슘은 오염된 물에 다량 들어있는 나트륨이나 칼슘, 마그네슘 등의 이온 농도에 비해 훨씬 낮다. 이 때문에 방사성 세슘을 제거하기 위해서는 흡착제가 세슘에 대한 선택도가 높고 효율적이어야 한다.

현재 후쿠시마 원전 사고 수습을 위해 사용되고 있는 것은 '타이타노실리케이트'라는 물질이다. 이는 티타늄과 실리콘의 산화물로, 세슘 흡착에 가장 우수한 성능을 보이는 것으로 알려져 있다. 하지만 타이타노실리케이트는 방사성 세슘의 농도가 1ppm 이하로 낮아지면 흡착능력이 떨어진다는 단점이 있다.

최근 국내 연구진이 타이타노실리케이트보다 흡착력이 40배 이상 뛰어난 물질을 개발했다. 바나도실리케이트(SGU-45)라는 물질이다. 이는 세슘의 농도가 낮을수록 세슘에 대한 흡착력이 더욱 높아지고 나트륨 등 경쟁 이온들이 많이 존재하는 경우에도 세슘만을 따로 흡착할 수 있다.

이 물질을 개발한 서강대 화학과 윤경병 교수는 "오염수 속의 방사성 세슘이 물질 내부의 칼륨이온과 이온 교환하면서 이 물질의 내부로 이동하기 때문에 흡착력이 굉장이 뛰어나다. 흡착속도 또한 타이타노실리케이트보다 배 이상 빠르다"고 설명했다.

윤 교수는 "현재 이 기술을 국내 특허 출원 중에 있다. 핵연료 재처리 과정과 원전사고 때 발생하는 방사성 세슘을 농축해 안전하게 폐기하는 데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.