에너지 기후변화 관련자료

이산화탄소 이용한 토양內 플루토늄 정화기술

“초임계유체 추출(supercritical fluid extraction)”이라는 기술을 이용해서 방사능 물질로 오염
된 토양을 정화시킬 수 있는 기술이 아이다호 국립환경공학연구소(Idaho National Engineering
and Environmental Laboratory ; INEEL)에 의해 개발됐다. 이 기술이 활용하면 핵무기실험이나
핵에너지 연구로 인해 발생된 오염 토양에 장기간 잔존하는 방사능을 제거할 수 있기 때문에 핵
물질 관련산업에 큰 파급 효과가 나타날 것으로 기대된다.

최근 들어 토양처럼 고체 상으로 존재하는 환경매체의 정화에 대한 관심이 고조되면서 초임계유
체를 이용한 고상 매체의 정화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 유독성 물질의 매립에 의
해 오염된 토양이나 유해성분을 함유한 고체폐기물을 처리하기 위해 현재 사용하는 방법은 생물
학적 처리방법, 고형화 및 소각 등이 있다.

초임계유체를 이용한 방법은 기존의 방법과는 달리 처리된 고체에 용매가 잔류하지 않으며 추출
된 오염물질이 소량의 농축된 폐액으로 얻어지므로 이를 소각 등 방법으로 처리할 때 그 효율을
혁신적으로 높일 수 있다는 장점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 오염물질을 처리하고 난 활성탄과
같은 고체 흡착제를 초임계유체로 재생할 경우 높은 온도가 필요하지 않기 때문에 고온에서 고
체 흡착제가 손실되는 것을 막을 수 있다.

Radiochemica Acta 2001년 8월호를 통해 공개된 연구보고서에 따르면, 연구진은 금속과 결합하
는 능력을 가진 유기화화물을 함유한 초임계 이산화탄소를 이용해서 토양 내에 존재하는 금속 방
사능 오염물질을 추출했다. 연구진은 이 방법을 사용해서 토양 내에 존재하는 플루토늄
(plutonium)과 아메리카늄(americium)의 69% 이상을 제거했다.

초임계유체추출법은 커피에서 카페인(caffeinate)을 제거하는 탈카페인화공정(decaffeination
process)이나 특정 성분을 정제(purify)하는 공정 및 드라이크리링(dry cleaning)에 일반적으로
사용되는 기술이다. 초임계유체 추출법을 이용해서 스테인레스강(stainless steel) 표면에 존재
하는 플루토늄을 제거하는 기술은 이미 알려져 있지만 토양에 오염된 플루토늄을 제거하는데 이
기술을 응용한 것은 이번이 처음이다.

초임계유체추출기술은 산업적인 안전성과 환경 친화성을 동시에 확보할 수 있는 이상적인 기술이
다. 초임계유체추출기술을 이용해서 토양 내에 존재하는 플루토늄을 추출하는 과정은 매우 간단
하다.

우선 토양과 이산화탄소를 섞은 혼합물을 가열하면서 압력을 가하면 이산화탄소는 기체도 액체
도 아닌 중간상태의 상(phase)인 초임계유체로 전환된다. 초임계유체는 용해력이 높고 물질 이동
과 열 이동이 빠르며 점도가 낮고 확산계수가 높으며 낮은 표면장력을 가지고 있어 미세공으로
의 빠른 침투성 나타내기 때문에 토양 입자사이를 자유롭게 이동한다. 이때 금속과 잘 결합하는
화학물질을 넣어주면 이 물질이 플루토늄이나 아메리카늄과 결합해 착화합물(complex compound)
을 형성한다. 초임계 이산화탄소는 금속 자체에 대한 용해력은 없지만 금속 착화합물에 대해서
는 높은 용해력을 나타내기 때문에 토양으로부터 금속을 분리해낸다. 초임계유체와 토양을 분리
한 후 압력을 낮추면 이산화탄소는 기체가 되어 제거되고 고체화된 금속 착화합물만이 남는다.

대규모 공업화된 시설에서는 이산화탄소가 회수, 재사용되며 추출 효율을 향상시키기 위해 에탄
올(ethanol) 등의 다양한 화학물질이 첨가될 수도 있다. 기존의 추출 공정과는 달리 초임계유체
추출공정은 잔류 용매를 남기지 않기 때문에 토양을 손상시키지 않아 토양 정화에 가장 적합한
방법이다.

이 기술을 개발자인 로버트 폭스(Robert Fox)와 브루스 민쳐(Bruce Mincher)의 설명에 따르면
美 에너지성(Department of Energy)은 이미 플루토늄으로 오염된 토양에서 플루토늄을 제거할
수 있는 기술을 확보하고 있지만 그 기술로는 토양에 강하게 흡수되어 고착화된 플루토늄을 효과
적으로 제거할 수 없다. 질산으로 토양을 추출하는 기술을 사용하면 방사능 금속들이 방사능 침
전물을 만들 수 있다. 또한 질산을 이용한 기술은 토양 전체 무게의 25% 내외만을 용해시킬 수
있을 뿐이며, 토양 자체를 손상시키기 때문에 효용성도 낮다.

더 자세한 내용에 대한 문의는 민쳐 전화 : 208-533-4449)와 폭스(전화 : 208-526-7844)의 연락
처로 문의하거나 아이다호 국립환경공학연구소 인터넷 홈페이지(http://www.inel.gov)를 방문해
보기 바란다.

출 처: http://newsdesk.inel.gov/press_releases/2001/10-10plutonium_extr

자료: www.dongascience.com

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