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원자력발전에서 배출되는 각종 방사성폐기물은 원자력발전 반대론자들의 주요논거이자 찬성론자들도 이에 대해 철저한 관리를 통해 위험을 막을 수 있다고 논박은 하지만 역시 근본적인 해결책이 아니라는 데에는 의견이 모아지죠. 게다가 백금(Platinum, Pt)을 위시한 루테늄(Ruthenium, Ru), 로듐(Rhodium, Rh), 팔라듐(Paladium, Pd), 오스뮴(Osmium, Os) 및 이리듐(Iridium, Ir)을 아우르는 백금족원소(白金族元素, Platinum Group Metal)는 각종 산업분야에서 그 중요성이 두말할 필요도 없는데 워낙 생산량이 적다 보니 요즘은 자동차 절도범들이 고가의 백금을 노려서 배기관에 장착된 오염저감장치인 삼원촉매장치(三元触媒装置, Three-way Catalyst Converter)를 훔치는 일도 있어요.

그런데, 여기에 게임체인저가 될 수 있는 기술을 일본원자력연구개발기구(日本原子力研究開発機構, Japan Atomic Energy Agency)에서 연구하여 2035년까지 개발할 것을 천명했어요. 
우선, 방사성폐기물에 대해서는 사용후 핵연료의 대부분을 차지하는 우라늄238을 이용하여 우라늄 이온의 산화환원반응을 이용하는 리덕스플로우전지(Redox Flow Cell)로 활용할 것이 강구되고 있어요. 이것을 원전부지 내에 설치하면 비상용전원장치로도 쓸 수 있는데다 태양광이나 풍력발전 등에서 남은 잉여전력을 일시보관하는 데에도 충분히 활용될 수 있어요. 이렇게 우라늄이온을 전해액으로 개발한 것은 일본의 독자기술로 성능은 우라늄238 650톤으로 일반가정 3,000세대가 쓸 1일분의 전력은 충분히 저장할 수 있어요. 게다가 이것이 결코 공상의 영역인 것만도 아닌 게, 일본원자력연구개발기구의 이에다 쥰이치(家田淳一) 매니저가 토호쿠대학(東北大学) 조교였던 2009년에 케이오의숙대학(慶応義塾大学)과의 공동연구로 자석의 양단에 온도차를 두는 것만으로도 자기의 흐름인 스핀류가 발생하여 발전에 이용가능하다는 것을 발견하고 원자력기구에서 자성체와 백금의 박막을 이용한 스핀열전소자를 개발하여 방사선에 견디면서도 발전이 가능한 것을 실제로 증명했다 보니 실용화가 가능한 영역이기도 하죠. 아직은 우라늄이온 전해액의 누출방지나 규모확대 등의 과제가 남아 있지만...

또 하나, 사용후 핵연료에는 앞서 언급한 백금족원소인 팔라듐이나 로듐 등이 다량 함유되어 있어서 1년간 800톤의 사용후 핵연료에서 대략 300억엔 가량의 원소들을 회수할 수도 있어요. 이에 대해서 반 야스토시(伴康俊)는 연구그룹 리더는 "용해시켜 분리하는 방법을 개발할 수 있다면 도시광산이라고 불리는 폐가전 재자원화에도 응용할 수 있다" 라고 언급하고 있어요.

아래에 소개된 모식도에서 이 프로젝트의 개요를 볼 수 있어요.

20240115ax03S_o.jpg
이미지 출처
(방사성폐기물을 보물의 산으로 축전지-발전이용, 백금원소회수 - 35년도까지는 실용화목표, 원자력기구, 2024년 1월 16일 지지통신 기사, 일본어)

왼쪽의 물빛색 사각형 내의 것은 우라늄으로 제조된 핵연료를 사용한 후에 재처리공장으로 보내는 과정, 오른쪽 위의 일러스트는 연료로 쓸 수 없는 우라늄238을 이용한 리덕스플로우전지, 오른쪽 가운데의 일러스트는 열을 이용하는 스핀열발전, 그 아래의 텍스트박스는 위의 것이 방사선 중 감마선을 이용한 발전, 그리고 가장 아래의 텍스트박스는 고가의 백금족원소 등의 분리회수가 기재되어 있어요.

이렇게 원자력 분야가 진화하고 있어요.
그리고, 폴리포닉 월드 프로젝트에서 상정한 방사성폐기물의 핵연료로서의 전용(転用) 또한 현실세계가 따라가고 있어요(폴리포닉 월드의 동력기관 참조/SiteOwner 작성). 
마드리갈

Co-founder and administrator of Polyphonic World

2 댓글

대왕고래

2024-03-01 21:45:13

비싼 것일수록 재활용 할 수 있다면 그렇게 하는 게 좋죠.
세상이 한층 더 좋게 발전되고 있네요. 이런 예시들을 좀 본받는 것도 좋지 않을까 하는 생각이 들어요.

마드리갈

2024-03-01 22:05:04

아무리 풍부한 자원이라도 무한하지는 않으니까요. 재활용하는 게 역시 미덕이죠. 게다가 그간 방사성폐기물이라고 막연하게 기피되었던 것들이 이렇게 소중한 자원의 공급처가 될 수 있다는 게 획기적이예요. 


일본의 이런 기술은 정말 경이 그 자체. 사실 지난 도쿄올림픽 및 패럴림픽의 경우 금메달, 은메달 및 동메달이 모두 각종 폐기물에서 회수된 금, 은 및 구리로 충당된데다 폐기물에서 유용한 금속원소를 회수하는 도시광산 프로젝트를 국가전략사업으로 선언한 세계 유일의 국가인 데에 이어 방사성폐기물의 회수까지. 여러모로 주목할 부분도 배울 여지도 많아요.

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