원전폐수 삼중수소 없앨 새 촉매 국내 개발

KAIST-원자력硏 공동연구 성과
제거 비용 줄이고 성능은 높여

국내 연구진이 일본 후쿠시마 오염수 방출 시 논란이 됐던 ‘삼중수소’를 제거할 촉매를 개발했다. 삼중수소는 중수로 원자력발전소 운영 시 발생하는 대표적인 방사성 물질이다. 하지만 현재 기술로는 삼중수소를 적절히 걸러내지 못해 많은 물에 희석시키는 것이 최선인 상황이다.

27일 KAIST는 고동연 생명화학공학과 교수팀이 한국원자력연구원과의 공동연구를 통해 원전 폐수의 삼중수소 제거 공정에 사용되는 촉매를 개발했다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 촉매는 특정 조건에서 최대 76.3%의 반응 효율을 보였다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘에너지 앤드 인바이런멘털 머티리얼스’ 7월 31일자에 실렸다.

삼중수소 제거의 촉매로는 주로 백금이 사용되는데 비용이 많이 들고 물과 만났을 때 빠르게 비활성화되는 단점이 있다. 연구진은 촉매의 구조를 활용해 이를 극복했다.

연구진이 개발한 촉매는 금속-유기 골격체와 다공성 고분자를 합친 새로운 구조의 촉매다. 연구진은 평균 약 2.5nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 백금 입자를 골격체에 고르게 분포시켰다. 이후 화학적인 변형을 통해 물과 섞이지 않는 성질인 소수성을 띠게 했다. 연구진은 “분자 수준에서 소수성을 조절해 촉매가 물에 의해 활성을 잃지 않게 하면서도 반응에 필요한 양만큼의 물만 촉매에 닿도록 했다”고 설명했다.

연구진이 원전 운전 조건에서 해당 촉매를 실험한 결과 극소량의 삼중수소도 문제없이 제거됐다. 또 4주간 연속 가동을 했을 때에도 일정 수준 이상의 성능을 유지했다. 고 교수는 “삼중수소 폐수 처리뿐 아니라 반도체에 사용되는 중수소 원료 생산 및 핵융합 연료 주기 기술 등 다양한 곳에 활용될 것으로 기대된다”고 했다.