한국원자력연구원은 해체기술개발부 박찬우 박사 연구팀이 방사성 폐액에서 삼중수소를 분리하기 위한 수전해용 신소재를 개발했다고 밝혔다.
수소의 동위원소인 삼중수소는 원자력 발전에서 발생하는 대표적 방사성 물질이다.
발전소 해체와 제염 시 발생하는 폐액에 삼중수소가 포함돼 있는데, 이를 처리할때 비용이 많이 들어 용량을 줄이는 기술이 관건이다.
22일 연구팀은 삼중수소 분리를 위한 수전해(물을 전기분해 해 수소를 분리하는 기술) 공정의 고분자 전해질막에 그래핀(흑연의 한 층에서 떼어낸 육각형 벌집 모양의 2차원 물질) 박막을 코팅하는 방법으로 삼중수소 분리 성능을 획기적으로 개선했다고 전했다.
수전해 공정은 삼중수소 수를 분해해 발생한 수소이온이 고분자 전해질막을 투과해 반대편 전극으로 이동하면, 촉매로 수소이온을 결합해 수소 기체를 발생시키는 기술이다.
이 과정에서 삼중수소나 중수소 등 수소의 다른 동위원소들도 전극으로 이동하는 문제가 있었다.
연구팀은 그래핀 박막을 다른 동위원소들의 이동을 막는 거름막으로 활용했다.
원자의 질량이 무거울수록 그래핀 박막의 좁은 육각형 탄소 고리를 통과하기 어려워 수소보다 질량이 높은 삼중수소는 대부분 폐액에 남게 되고, 소수만 전극에 도달한다.
이마저도 수소 기체를 발생시키는 과정에서 제외돼 폐액에 잔류하게 된다.
연구팀이 개발한 신소재는 기존 상용제품 대비 삼중수소 분리 성능이 1.4∼2배 정도로 높다.
삼중수소 수를 1차례만 처리해도 배출되는 수소 기체에서 삼중수소의 비율을 15분의 1 이하로 줄일 수 있어 국내 배기 중 배출관리 기준도 충족할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
백민훈 후행원자력기술연구소장은 "핵융합, 반도체, 디스플레이 등 분야 수소 동위원소 분리 기술에도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(Chemical Engineering Journal) 이달 호에 실렸다.
산업팀 press@jeonpa.co.kr
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