핵폐기물

핵폐기물(核廢棄物, radiation active waste)은 원자력 발전소나 병원, 연구소 등에서 나오는 방사성 물질 또는 방사성 핵종에 오염된 물질로서, 생물체가 방사능에 노출될 경우 치명적이므로 콘크리트 등으로 밀봉하여 매립한다. 기체, 액체, 고체가 있으며 방사능의 세기에 따라 고준위와 중저준위 폐기물로 구분된다.

고준위 폐기물은 핵반응에서 발생한다. 원자로에서 핵분열 후 남은 원소들로서 세슘, 아이오딘, 스트론튬, 테크네튬 등의 방사성 동위원소를 일컫는다. 고준위 폐기물은 방사선의 세기가 강하고 반감기가 수만 년에 이를 정도로 길다. 그래서 아직까지도 과학적으로나 정치적으로 안정한 폐기 방안이 없으며, 심해에 투기되거나 지하에 매립하고 있다. 핵분열 후 재활용이 가능한 우라늄과 플루토늄은 물 속에 넣어 보관한다.

중저준위 폐기물은 원자력발전소와 더불어 주로 병원이나 산업체에서 발생한다. 원자로 내의 방사능을 흡착하는 이온교환수지, 방사선구역에서 작업할 때 입은 작업복, 장갑, 덧신 그리고 청소에 사용된 걸레나 비닐주머니와 이것들을 소각한 후 남은 재 등의 고체 폐기물이 있다. 또 작업 후 샤워나 세탁 시에 나온 물이나 핵연료 폐기물을 재처리하는 과정에서 방사능을 띤 액체 핵폐기물이 발생된다. 고체 폐기물 중 가연물질은 소각한 후 재를 불연물질과 함께 드럼통에 넣고, 이것을 콘크리트로 굳힌 후 깊은 바다 또는 땅 속에 묻는다. 액체 폐기물은 이온교환법으로 농축해서 드럼통에 넣거나 화학 처리 후 대량의 물로 희석해서 방류한다. 기체 폐기물은 필터로 여과하여 공중의 방사성 물질의 농도가 최대 허용농도의 1/10 이하가 되도록 하여 방출하고 있다.

폐기물 처리 장소를 정하는 데 있어서는 세계 곳곳에서 반발이 거세다. 구소련의 경우 동해에 핵폐기물을 투기한 사실이 드러나 국제적인 문제가 되었다. 그리고 1997년 대만이 배럴당 1261달러에 총 6만 배럴의 핵폐기물을 북한에 수출하려다 국내 환경 단체의 거센 반발로 인해 수출을 포기하는 등 여전히 인접 국가 간의 국제적인 문제가 되고 있다.

우리나라 내에서도 핵폐기물 영구처분장 건설지를 선정하는 과정에서 1990년 안면도, 1994년 울진·양산, 2003년 부안에서 주민들의 거센 반발에 부딪혀 계획이 무산된 바 있다. 2007년 11월에는 월성에 방사성폐기물 10만 드럼을 수용할 수 있는 처분장이 착공되었으며, 수직 동굴을 뚫고 빈 공간을 모르타르를 채워 밀봉하는 방식을 택하였다. 보통은 육지에서 콘크리트 집을 만든 후 내부에 납을 넣어 방사선을 차단하고 폐기물을 넣어 봉한 뒤 지질이 안정하고 자원이 없는 4000m 이상의 깊은 바다 계곡에 폐기하는 방법을 취한다.

핵폐기물로 만든 다이아몬드 배터리

원자력 발전은 이산화탄소 배출량이 적고 화력발전보다는 깨끗한 발전 방식이다. 하지만 발전 후 남게 되는 방사성 폐기물은 산업 이용이 끝난 후에도 계속해서 해로운 방사선을 방출하기 때문에 인류가 만들어낸 최악의 위험 물질로 불리고 있다.

영국 브리스톨 대학 연구팀이 방사성 폐기물을 캡슐화해 충전 없이도 지속되는 혁신적인 다이아몬드 배터리(Diamond battery)' 기술을 개발했다. 다이아몬드 배터리의 기본 원리는 다이아몬드 내부에 방사선을 안전하게 고정해 이를 통해 꾸준히 전기 흐름을 만들어 내는 것이다. 별도의 충전이나 유지보수가 필요 없다. 방사성 물질을 캡슐화해, 골칫덩어리인 방사성 폐기물을 원자력 배터리 및 청정에너지 장기 공급원으로 바꿀 수 있게 되었다.

2016년 당시 연구팀은 니켈 방사성동위원소인 니켈-63(Nickel-63)을 방사선원으로 하는 다이아몬드 배터리의 시제품을 제작해 구동을 확인한 바 있다. 다이아몬드 배터리라는 이름도 연구팀이 직접 만들었다.

이후 연구팀은 효율 개선을 위해 탄소 방사성 동위원소인 '탄소-14(carbon-14)'를 이용한 다이아몬드 배터리를 새롭게 개발했다. 탄소-14는 원자력 발전의 감속재로 사용된 흑연에서 추출할 수 있다. 사용된 흑연에서 탄소-14를 추출하면 방사능 자체가 저하될 뿐만 아니라, 방사성 폐기물 보관비용도 절감할 수 있다. 다이아몬드 배터리는 기존 배터리와 비교해 저전력이지만 배터리 수명은 혁신적이다. 탄소-14를 이용한 다이아몬드 배터리는 50%를 사용하는데 5730년이 걸린다. 다이아몬드 배터리 재료가 방사성 폐기물이라는 점에서 일각에서는 안전 문제를 지적하기도 한다. 그러나 연구팀은 다이아몬드는 지구상에서 가장 강한 물질로 안전성 측면에서 전혀 문제가 없다고 주장했다. 연구팀은 1989년 운전이 정지된 버클리 원자력 발전소의 방사성 폐기물을 재활용해 다이아몬드 배터리를 만들 계획이다.

참고자료

• 〈핵폐기물〉, 《두산백과》
• 김정은 기자, 〈핵폐기물로 만든 무한전력 '다이아몬드 배터리' 나온다 〉, 《데일리포스트》, 2020-01-22

같이 보기

• 핵
• 폐기물
• 다이아몬드 배터리
• 핵 배터리

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