R&D 리더 <전력경제신문 창간 15주년 특집 기획>
방사성 물질 이용해 미세먼지 오염원 추적
저에너지 전자가속기 활용 각종 악취 제거
효율 2배 ‘간헐폭기’ 침출수 정화기술 이전

국내 유일의 원자력 종합 연구개발 기관인 한국원자력연구원(KAERI, 원장 박원석). 이곳에서는 우리가 흔히 생각하는 원자력 에너지 관련 연구개발 외에도 국민 삶의 질을 개선할 다양한 연구가 진행 중이다.
연구원은 보유한 다양한 원자력 기술과 장비·시설을 활용해 각종 환경문제 사회현안을 해결함으로써 국민 곁으로 더욱 가까이 다가가고자 한다.
미세먼지, 산업 악취, 폐기물 침출수까지 국민 생활 속 걱정과 어려움도 이제 원자력 기술로 해결한다.

미세먼지 측정소에서 매일 미세먼지를 포집해 시료를 확보하고 있다

◆ 미세먼지 
국내 연구진이 보다 객관적으로 미세먼지를 구분·평가해 그 오염원을 추적할 수 있는 기술을 개발해 화제다.
원자력연구원은 미세먼지 내에 극미량으로 존재하는 방사성 물질을 분석해 해당 미세먼지의 오염원을 추적하는 기술을 개발해 최근 특허 등록했다.
과학기술정보통신부 방사선기술개발사업으로 원자력연구원 하나로이용부 김지석 박사가 주도해 개발한 이 기술은 미세먼지 내에 존재하는 다양한 방사성 물질에 주목한다.
미세먼지 내 방사선량 변화를 측정하고 해석해 극미량의 방사성 물질을 분석하고, 이들을 마커(표지자)로 활용한다.
중국발 미세먼지에서 주로 발견되는 방사성 마커와 한국 미세먼지에서 주로 발견되는 방사성 마커를 발굴해 검증하고 오염원을 역추적하는 것이다.
원자력연구원은 이 기술을 이용해 서울과 대전에 독자적인 미세먼지 측정소도 구축해 운영 중이다.
측정소에서 포집한 미세먼지 내에 포함된 다양한 물질의 데이터베이스를 구축하고, 각각의 물질을 분석해 미세먼지의 기원을 정확히 밝힐 계획이다.
나아가 미세먼지 내 방사성 물질에서 내뿜는 방사선의 양을 이용하여 미세먼지 기원에 대한 보다 정확한 정보를 국민들에게 제공한다는 목표다.

원자력연구원 김병남박사가 직접 개발한 전자가속기 기반 악취제거 융합시스템을 설명하고 있다

◆ 각종 악취 
우리나라에서 한 해에 악취와 관련한 민원은 2만 건에 육박할 정도로, 악취는 사람에게 불쾌감과 정신적 스트레스를 유발한다.
산업분야에서도 2005년 악취관리법이 제정된 이후 악취 배출 규제가 점차 강화되는 추세이고, 2019년부터는 규제 권한 또한 지자체에서 환경부로 일원화되면서 기업경영에 큰 고려 요소로 부상했다.
기존의 악취 제거 기술은 악취 유발 조건에 따라 제거 효율 편차가 크고 다량의 화학약품까지 사용하기 때문에 2차 오염을 유발하는 한계가 있다.
이런 가운데 원자력연구원이 저에너지 전자선을 이용해 산업악취를 원천적으로 제거할 수 있는 신기술을 개발하고 상용화에 나섰다.
방사선이용운영부 김병남 박사 연구팀이 과학기술정보통신부 방사선기술개발사업을 통해 악취 관련 전문기업과 함께 ‘저에너지 전자가속기 기반 악취제거 융합시스템’을 개발하고 이를 상용화하기 위해 연구소기업 설립을 추진한다.
‘저에너지 전자가속기 기반 악취제거 융합시스템’은 전자가속기에서 가속된 전자가 악취 원인물질의 분자결합을 분해하는 기술을 이용한다.
악취를 포함하는 공기를 저에너지 전자가속기의 흡입구로 통과시켜 그 안에서 전자가 악취 유발 원인물질의 분자구조를 분해한 후 배출구로 공기를 내보낸다.
가속기 안에서 전자빔을 쪼인 악취물질은 화학결합이 절단되면서 분자구조가 깨지는데, 이렇게 되면 악취도 근원적으로 사라지게 된다.
원자력연구원에서는 2016년부터 4년 동안 이 기술을 개발해 2020년 11월 실증실험을 거쳐 악취제거 효율 99%의 성능을 확인했다.
산업현장의 악취뿐만 아니라, 육상하수슬러지처리장, 분뇨악취 등 심각한 악취 유발 시설에도 적용 가능하다. 특히, 대형병원의 공조시스템에 적용하면 실내공기를 매개로 한 병원 내 감염 예방에도 탁월한 효과를 거둘 수 있을 것으로 전망된다.

연구원이 간헐폭기 공법을 이용한 산업폐기물 매립장 침출수 정화기술 장비로 시험을 진행하고 있다

◆ 폐기물 침출수 
산업폐기물 매립장은 폐기물뿐 아니라 처리 과정에서 발생하는 침출수도 심각한 문제이다. 침출수를 제대로 정화하지 않으면 환경오염뿐 아니라, 주변 지역의 주거 환경도 저해할 수 있다.
이런 상황에서 원자력연구원이 기존 기술대비 약 2배 효율이 좋은 정화기술을 개발하고 상용화에 나선다.
원자력연구원 첨단방사선연구소는 ‘간헐폭기 공법을 이용한 미생물 침출수 정화기술’을 폐수처리 전문기업에 이전키로 하고 지난해 11월 기술실시계약을 체결했다.
간헐폭기는 특정 시간 간격을 두고 산소를 주입했다 차단하기를 반복하는 정화처리 기술을 말한다.
‘간헐폭기 공법을 이용한 미생물 침출수 정화기술’은 산업폐기물 매립장에서 발생하는 난분해성 침출수를 세계 최초로 간헐폭기 기술과 무기이온 분리기술을 결합시켜 정화하는 새로운 기술이다.
산업폐기물 매립장의 침출수는 다양한 유기화합물과 무기 이온이 섞여있어 일반 폐수에 비해 분해가 어려운 난분해성 침출수로 분류된다.
현재 산업폐기물 침출수 정화에 널리 사용되는 기술은 폐수 속 물질을 분리하지 않고 다양한 미생물들을 한꺼번에 투입해 정화한다.
각기 다른 미생물의 활성화 조건을 고려해 산소를 차단한 1차 정화조와 산소를 투입한 2차 정화조를 거치면서 정화하는데, 미생물의 활성화율이 낮아 정화 효율이 떨어진다.
임승주 책임연구원 주도로 개발된 새로운 기술은 미생물을 방해하는 무기이온을 분리한 후, 간헐폭기 공법으로 미생물의 활성화율을 극대화시켰다.
그 결과 최종 유출수에서 오염물질의 90%가 정화되는 획기적인 효과가 확인됐다.
원자력연구원 박원석 원장은 “정부출연연구기관의 연구는 멀리 있지 않다”며, “국민이 생활 속에서 겪는 어려움을 해결할 수 있는 새로운 연구, 능동적인 연구가 계속될 수 있도록 아낌없이 지원하겠다”고 밝혔다.