| 연구개발개요 |
○ 전자폐기물 재활용 기술 - 최근, 전 세계적으로 환경오염을 방지하고 자원 소비를 절감할 수 있는 ‘자원순환사회’로의 전환을 서둘러야 한다는 공감대가 확산되고 있음. 여기서 ‘자원순환사회’란 폐기물의 소각, 매립을 최소화하고 재활용을 촉진함으로써 환경오염방지 및 자원·에너지 절약을 추구하는 사회적인 움직임을 뜻함. - ‘자원순환사회’의 안착을 위해 보다 강력한 성격을 갖는 규제/법규가 출범되었으며, 초창기에는 단순히 오염물질 저감에 초점을 맞추었으나, 점차 지속가능한 산업 발전을 목표로 생산에서 폐기되기까지 최대한 재활용하는 기술 개발을 추구하고 있음. 3가지 형태의 환경 법규가 있으며, 그 중 폐기물 처리 기술이 빠르게 발전함에 따라 환경오염 물질을 유용한 자원으로 바꾸는 ‘유해폐기물 재활용’산업이 부상하고 있음. 이에 우리나라를 포함한 주요국에서는 유해폐기물에 대하여 폐기물 처리에 대한 규제를 지정하여 엄격한 관리를 요구하고 있음. - 특히, 미국 환경보호국(EPA)에서 발간한 ‘Electronic Recycling Market-Global Industry Analysis, Size, Share, Growth, Trends and Forecast 2013？2019’ 보고서에 따르면, 미디어 기기에 의해 발생된 폐기물은 향후 10년 동안 연간 500%이상 증가하고, 그중 75%가 중금속을 포함한 유해폐기물로 나타나, 이를 재처리할 수 있는 기술 개발이 시급한 상황임. ○ 원자력 분야의 차폐 성능 검증 기술 - 에너지경제연구원에서 발행된 ‘2016년도 에너지통계 연보(2017. 01)’에 따르면, 국내에서 생산되는 에너지의 양은 약 5천만 TOE(국제 에너지기구(IAEA)에서 정한 단위로 지구상에 존재하는 모든 에너지원의 발열량을 석유의 발열량으로 환산한 것으로 각종 에너지의 단위를 비교하기 위한 가상단위이며, 1TOE는 원유 1톤의 순발열량에 해당하는 열량으로 107kcal에 해당함.)로 공급에너지 대비 5.2%로 나타나 에너지의 해외 의존도가 높은, 즉 에너지 안보에 매우 취약한 수급구조를 가지고 있음. - 해외 에너지 의존도 해결을 위해 우리나라에서 자체 생산이 가능한 원자력 에너지를 이용하여 국내 생산에너지의 50%이상을 생산하고 있으며, 이 밖에도 의료기기인 x-ray를 비롯한 의료 분야에서도 다양한 종류의 원자력을 이용하고 있어 원자력 사용에 의해 발생하는 방사성 폐기물은 점차 증가할 것으로 예상됨. - 방사성폐기물은 단순 폐기물의 증가로 인한 환경오염이나 자원낭비가 아닌, 방사능 물질의 외부노출로 인한 인체의 직·간접적인 위해를 가할 수 있어 에너지 수준 및 그 양에 따라 별도의 처분 기준이 존재하며, 반감기 20년 이상의 알파선을 방출하는 핵종의 4000Bq/g 이상을 갖는 방사능 밀도와 2 kW/m3의 열 발생률을 기준으로 고준위, 중·저준위 폐기물로 구분하여 처분 과정을 거치나, 에너지 준위에 관계없이 외부노출을 방지하는 차폐시설이 요구됨. - 또한,법정 방사선의 허용선량 기준을 이유로 하여 현재 방사성폐기물을 처리하는 기관에서는 처분장 인근 지역의 방사선량이 법적기준인 연간 0.1mSv의 1/25 수준인 0.004mSv보다 낮기 때문에 안전하다고 발표하고 있으나, 건설 분야에서 요구되는 방사선 차폐용 콘크리트에 관한 콘크리트 표준 시방서 기준은 [표 5]와 같이 단위 용적질량, 슬럼프, 물-결합재비 등으로만 규정짓고 차폐율에 대한 뚜렷한 정의가 존재하지 않아, 원자력법에 의거한 법정 차폐기준과 연관성이 없는 것으로 나타남. - 따라서 원자력 분야에서 적용하고 있는 차폐 성능 평가 방법 중 감마선 분광법을 이용한 채움재의 차폐 성능을 평가하여, 차폐 성능 검증 기술을 정립하고, 일반적으로 사용되는 모르타르(혹은 콘크리트)와 개발된 채움재의 차폐 성능 정량적으로 비교·평가하여 제시하고 자 함. ○ 건설분야의 내구성을 확보한 차폐 채움재 개발 기술 - 최근 천연자원의 고갈로 인해 건설 분야에서 대체재 개발에 대한 다양한 접근이 진행되고 있음. 그중 유리를 건설재료로 개발하기 위한 시도가 있었으나 알칼리-실리카반응(ASR)으로 인해 적용이 어려움. - 따라서 본 연구 개발에서는 ASR 저감을 위한 고효율 저비용재료인 산업부산물(플라이애쉬, 고로슬래그, 실라카퓸 등)의 2차 사용을 고려하여 ASR 저감 방안을 확보할 계획임. 또한, 고밀도 전자폐기물에 포함된 Cr2O3의 성분의 함유율이 일반 병유리에 비해 높기 때문에 팽창에 대한 저항성을 확보할 수 있을 것으로 예상됨. - 또한, ASR 저감을 위해 산업부산물인 플라이애쉬, 고로슬래그 미분말등을 시멘트의 일부로 치환하여 사용하여 탄소 저감 효과 및 고밀도 전자폐기물 사용에 따른 알칼리-골재 반응을 저감시킬 수 있으므로 고밀도 전자폐기물을 차폐 채움재료로 적용하는 것이 가능할 것으로 판단됨.
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| 연구내용 및 범위 |
？ 반영구적인 차폐 채움재로서 일반 채움재 수준 이상의 역학적, 내구적 성능 확보 - 역학적 성능 : 방사성폐기물의 밀폐와 방사능 물질의 누출을 방지하기 위해 사용되는 채움재는 일정 수준 이상의 압축강도를 만족해야하나, 방사성 폐기물의 차폐를 위해 사용되는 채움재의 압축강도에 대한 기준은 전무한 상태임. 다만, 차폐를 목적으로 사용하는 채움재의 경우, 막연하게 고강도를 요구하는 것은 아님. 따라서 채움재의 압축강도 수준은 타설 방법 및 채움재의 목적 등을 고려했을 때 일반 콘크리트 강도 수준인 24MPa를 상회하는 정도일 것으로 예상됨. 따라서 본 기술 개발에서는 국내·외 문헌 조사를 통해 방사성폐기물의 차폐 채움재에서 요구되는 강도수준을 규정하고, 이와 동등 이상의 차폐 채움재의 강도를 확보하여 방사성 폐기물과 채움재 사이의 부착력 증진을 도모하여 방사성 물질의 이동을 방지하고자함. - 내구성(ASR에 의한 팽창 저항성 확보를 중심으로) : 고밀도 전자폐기물은 유리화과정을 통한 중금속 용출 방지를 확보한 반면, 콘크리트나 모르타르의 적용시 유리질 재료의 혼입으로 인한 알칼리-골재반응(ASR)에 의한 팽창, 균열 발생으로 인한 차폐 채움재의 성능 저하를 유도할 수 있음. 따라서 ASR 저감을 위한 고효율 저비용재료인 산업부산물(플라이애쉬, 고로슬래그, 실라카퓸 등)의 2차 사용을 고려하여 ASR 저감 방안을 확보할 계획임. 또한, 고밀도 전자폐기물에 포함된 Cr2O3의 성분의 함유율이 일반 병유리에 비해 높기 때문에 팽창에 대한 저항성을 쉽게 확보할 수 있을 것으로 예상됨. 또한, 방사성폐기물 처분시설의 열화환경을 고려하여 염화물 침투저항성도 평가하여 차폐 채움재의 장·단기 내구성 검토를 진행함. - 내구성(건조수축 저항성을 중심으로) : 한편, 차폐 채움재와 같이 막대한 양을 사용하게 되는 콘크리트/모르타르의 경우(예를 들면 댐콘크리트, 매스콘크리트)에는 시멘트 수화물에 존재하는 공극수와 표면에 존재하는 자유수의 증발로 인해 발생하는 수축현상이 존재함. 이러한 수축 현상은 타설 초기에 활발하게 발생되는 측면이 있으나, 수축이 진행되는 동안 구속하중이 존재하지 않는 경우에는 균열이 발생할 가능성이 낮음. 그러나 채움재는 방사성 폐기물과 함께 폐기물 드럼에 함께 타설되어 밀봉 이후 압축·진공 처리되기 때문에 채움재에 가해지는 구속압력으로 인해 외부에 노출되지 않더라도 채움재에서는 균열 발생 가능성이 증가할 수 있음. 본 기술 제안을 통해 개발될 차폐 채움재의 형태와 관계없이 채움재의 수축을 저감할 수 있는 방인인 수축 저감재를 사용하여 수축을 저감시킬 필요가 있으며, 본 기술 개발팀에서는 이미 팽창 기능을 갖는 무수축 모르타르 및 콘크리트 혼합용 액상 수축 저감제 제조 기술을 보유하고 있어 이를 통해 수축보상 및 수축 저감 효과를 확보할 수 있으므로, 차폐 채움재의 수축 저항성능을 확보할 수 있을 것으로 예상됨.？ 차폐 성능 평가기스템 및 평가 시스템을 활용한 정량적 차폐 성능 도출 - 원자력은 우수한 에너지원인 반면에 대량 살상 무기로도 활용할 수 있는 양면성을 지니고 있어 원자력과 관련된 연구는 매우 협소한 분야에서 한정적으로 진행됨. 또한 지진을 비롯한 다양한 요인으로 인해 방사능 차폐와 관련한 연구의 필요성이 증가하고 있으나, 국가 인증기관을 제외한 일반 기관에서는 차폐 성능 평가가 거의 불가능한 상황임. 따라서 국민적인 입장에서는 원자력에 대한 부정적인 인식이 지배적임. - 또한, 원자력 발전에 직접적으로 이용되는 구조물(원자력 발전소 등)에 사용되는 건설재료의 차폐 성능은 직·간접적인 검증 과정을 실시한 후 적용되고 있으나, 방사성 폐기물 처분시 사용되는 채움재에 대한 차폐 성능 검증은 진행되지 않음. - 특히, 방사성 폐기물의 처분은 총 4단계의 방벽을 설치하여 방사성 물질의 누출을 방지하고 있으나, 이 4단계 과정은 폐기물 드럼, 처분용기(콘크리트), 사일로 방벽, 자연암반 등 외부와의 단절로만 차폐 성능을 확보할 뿐, 각 단계에 따른 직접적인 차폐 성능에 대한 평가는 이루어지지 않은 상태임. - 따라서 본 연구 개발에서는 이와 같은 불완전 요소를 제거하기 위해 원자력 분야에서 사용되고 있는 정량적 차폐 성능 평가 방법을 바탕으로 차폐 채움재의 차폐율 측정법 및 성능 평가 시스템을 개발하고자 함. 또한, 시스템을 통해 일반 콘크리트와 기존 차폐 채움재의 차폐 성능 D/B를 구축하고 본 연구 개발을 통해 개발된 차폐 채움재에 대한 차폐 성능을 비교·검증하여 제시할 계획임.
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