방사성폐수 속 세슘만 잡아내는 '수중로봇' 개발

화학반응으로 유영·원격 이동제어 가능, 방사성 폐수 정화속도 60배 빨라

국내 연구진이 폐수 속을 헤엄치며 방사성 물질인 '세슘'만 제거하는 수중로봇을 개발했다. 한국원자력연구원(원장 박원석)은 해체기술연구부 박찬우 박사팀이 원격 제어로 방사성 폐수 속을 유영하면서 세슘을 감지·제거하는 화학적 미세 수중로봇을 개발했다고 19일 밝혔다.

방사성 폐수는 원자력시설의 운영·사고 등 다양한 상황에서 발생할 수 있으며 폐수 속에는 세슘, 코발트 등 다양한 핵종이 포함돼 있다. 그 중에서도 방사성 세슘은 물에 잘 녹아 외부 유출 가능성이 높은 반면 제거가 까다롭고 반감기도 30여년에 이른다. 또한 감마선을 방출하고 체내 흡수 시 근육 등에 축적될 수 있으며 환경에 유출될 경우에는 장기간 생태계에 영향을 줄 수 있다.

이번에 개발에 성공한 화학적 미세 수중로봇은 머리카락 두께의 10분의 1인 7㎛(마이크로미터) 크기다. 세슘을 흡착하는 '페로시안화구리'를 입힌 이산화규소 마이크로입자가 기본 몸체인데 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 추진력 삼아 움직인다. 또 자성을 가진 니켈의 특성을 이용해 외부에서 자기장으로 로봇의 이동을 제어할 수도 있다.

화학적 미세 수중로봇은 물 속에서 이동하며 방사성 세슘을 빠른 속도로 제거할 수 있어 움직이지 않는 기존의 수동형 흡착제에 비해 세슘 제거 속도가 60배 빠른 것으로 나타났다. 폐수 속에 세슘과 비슷한 특성을 가진 나트륨과 같은 경쟁 이온이 존재하는 경우에도 98% 이상 세슘을 성공적으로 제거해 폐수 정화에 소요되는 시간을 크게 단축할 것으로 기대된다. 외부에서 자기장을 조절해 원격으로 제어할 수 있기 때문에 방사선 노출을 최소화할 수 있는 것도 장점이다. 또한 세슘 포획 후 미세 로봇만 회수해 방사성폐기물로 처분할 수 있어 효율적이다.

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 밝혔다. 이번 연구 결과는 환경 분야 저명 학술지인 '유해물질 저널'에 게재됐고 지난 달 관련 특허 등록도 완료됐다.

김철현 기자 kch@asiae.co.kr