원자력연, 방사성폐수 속 세슘만 잡는 '화학적 미세 수중로봇' 개발

머니투데이

대전=허재구 기자

박찬우 박사가 미세수중로봇을 현미경으로 확인하고 있다./사진제공=한국원자력연구원

방사성 세슘 제거를 위한 화학적 미세 수중로봇 개념도./자료제공=한국원자력연구원

한국원자력연구원 해체기술연구부 박찬우 박사팀은 원격 제어로 방사성 폐수 속을 유영하면서 세슘을 감지·제거하는 '화학적 미세 수중로봇'을 개발했다고 19일 밝혔다.

방사성 세슘은 물에 잘 녹아 외부 유출 가능성이 높은 반면 제거가 까다롭고 반감기도 30여년에 이른다. 환경에 유출될 경우 장기간 생태계에 영향을 줄 수 있어 방사성 폐수 정화 과정에서 중요한 핵종 중의 하나다.

현재 세슘 제거에 주로 사용되는 흡착제의 경우 작업자의 안전을 위해 까다로운 준비가 필요할 뿐 아니라 사용한 흡착제와 설비 자체가 2차 폐기물로 남는 한계가 있다.

이런 상황에서 이번에 개발된 '화학적 미세 수중로봇'은 머리카락 두께의 10분의 1인 7㎛(마이크로미터) 크기다. 육안으로는 파우더처럼 보인다.

세슘을 흡착하는 페로시안화구리를 입힌 이산화규소 마이크로입자가 기본 몸체로 입자의 한 쪽 면에는 백금 촉매와 니켈을 코팅해 운동 능력을 갖췄다.

방사성 폐수에 미세 로봇과 과산화수소를 함께 넣으면 백금 촉매와 과산화수소가 화학적으로 반응하며 산소 방울이 생기는데 이를 추진력으로 삼아 움직인다.

박찬우 박사가 미세수중로봇을 현미경으로 확인하고 있다./사진제공=한국원자력연구원

또 자성을 가진 니켈의 특성을 이용해 외부에서 자기장으로 로봇의 이동을 제어할 수 있다.

이 미세로봇은 물 속에서 이동하며 방사성 세슘을 빠른 속도로 제거할 수 있어 움직이지 않는 기존의 수동형 흡착제에 비해 세슘 제거 속도가 60배 빠르다.

폐수 속에 세슘과 비슷한 특성을 가진 나트륨과 같은 경쟁 이온이 존재하는 경우에도 98% 이상의 세슘을 성공적으로 제거해 폐수 정화에 소요되는 시간을 크게 단축할 것으로 기대된다.

박찬우 박사는 "미세 수중로봇은 방사성 폐수 처리에 획기적인 발전을 가져올 수 있을 뿐 아니라 수계 환경 정화, 산업 폐수 정화 등에도 활용할 수 있다" 며 "보다 더 친환경적인 추진체를 개발하고 원격제어기술을 보완하는 등 2023년 상용화를 목표로 연구를 보완해나갈 계획"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 논문은 환경 분야 저명 학술지인 '유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials)'5월 호에 게재됐다. 또 이 기술은 지난 달 27일 관련 특허 등록도 완료했다.