방사선 잡는 '슈퍼 박테리아'로 원전폐기물 제거

한국원자력연구원, 처리기술 개발

방사성물질 잡는 미생물 발견
갑상샘암 일으키는 요오드
안전한 광물로 바꿔 99% 제거

강·호수·바닷속 미세조류로
방사성물질 고체화 기술도 연구
"원전 폐기물 처리비용 절감"

스웨덴 방사성폐기물 관리회사 SKB가 지은 사용후핵연료 저장시설.

한국 최초 원자력발전소인 고리 1호기가 한 달간의 정비를 마치고 지난 30일부터 가동에 들어갔다. 1977년 6월부터 발전을 시작한 고리 1호기는 설비 노후 등 문제로 내년 6월18일까지만 운영하고 이후 가동을 영구 중단할 예정이다. 특별한 사고가 없으면 운전을 멈추지 않는 원전의 특성을 감안할 때 이번 가동이 사실상 마지막 발전이 될 것으로 보인다. 과학자들은 다음 과제로 수명을 다한 고리 1호기를 안전하게 해체할 해법을 찾는 데 힘을 쏟고 있다. 폐기물 처리에 들어갈 천문학적 비용을 줄이기 위해 박테리아와 조류(藻類) 같은 미생물을 활용하는 연구가 주목받고 있다.

◆요오드·우라늄 잡는 박테리아

방사성 요오드를 안정된 광물로 만드는 박테리아인 디설포스포로시누스 아우리피그먼티.

이승엽 한국원자력연구원 책임연구원 연구팀은 최근 토종 박테리아로 원전에서 나오는 방사성 물질인 방사성 요오드를 제거하는 방법을 알아냈다. 방사성 요오드는 스트론튬, 세슘과 함께 원자력발전소에서 나오는 치명적인 물질로 손꼽힌다. 체르노빌 원전사고와 후쿠시마 원전사고 때도 가장 심각한 피해를 가져올 것으로 우려된 물질이다. 고농도의 방사성 요오드를 입과 코로 흡입하면 갑상샘암 발병률이 급격히 올라간다. 의료용으로 사용하는 요오드-131은 방사능이 반으로 주는 반감기(半減期)가 8일로 짧지만 요오드-129는 1570만년에 달한다.

이 책임연구원은 경북 경주의 벤토나이트 점토층에서 발견된 박테리아인 ‘디설포스포로시누스(Desulfosporosinus)’ 등과 구리를 이용해 물에 함유된 방사성 요오드만 골라 단단한 결정으로 바꾸는 방법을 알아냈다. 산소가 희박한 땅속에 사는 이 박테리아는 황이나 철에 전자를 전달하는 과정에서 에너지를 얻는다. 하지만 구리를 만나면 방사성 요오드 이온과 잘 결합하는 구리이온으로 바꾸는 성질이 있다. 방사성 요오드와 구리 이온이 결합하면서 방사능이 없는 안정된 광물이 되는 원리다.

이 책임연구원은 “물에 포함된 방사성 요오드를 99% 광물로 바꿀 수 있다”며 “원전 사고뿐 아니라 해체과정에서 발생할 방사성 물질을 안전하게 처리하는 데 활용할 수 있다”고 기대했다.

◆물속 조류로 방사성 스트론튬 분리

물속 스트론튬90을 제거하는 미세조류인 클로렐라 불가리스.

바닷물이나 민물에 사는 조류도 방사성 물질 제거에 사용된다. 원자력연구원은 2014년 강과 호수, 바다에 사는 조류인 클로렐라 불가리스(Chlorella Vulgaris)의 광합성 작용을 이용해 원전에서 나오는 스트론튬을 고체 결정으로 바꾸는 방법을 알아냈다.

스트론튬 90은 반감기가 30년이나 되고, 칼슘과 화학적 특성이나 원자 크기가 비슷하다. 사람 몸이 스트론튬을 칼슘으로 오인해 뼈나 골수, 혈액에 쌓이면 골수암에 걸릴 위험이 높아진다. 이 방법을 활용하면 물속에 함유된 스트론튬을 90%까지 광물로 바꿀 수 있다. 이 책임연구원은 “지금까지 국내외 연구 결과를 살펴보면 박테리아는 우라늄과 요오드를 분리하는 능력이 뛰어나고 조류는 스트론튬을 분리하는 능력이 뛰어난 것으로 나타났다”고 말했다.

원전에서 나오는 폐기물은 드럼통에 넣어 콘크리트로 굳힌 뒤 바닷속 동굴에 넣거나 지하 저장시설에 넣은 방법이 주로 고려되고 있다. 하지만 장기적으로 방사성 물질이 지하수나 바닷물에 스며들 수 있고 처분 방식과 처분장 건설비가 많이 드는 게 단점으로 지적된다. 과학자들은 박테리아와 조류 같은 미생물을 이용하면 방사성 물질을 안전하고 싸게 처리할 수 있다고 보고 있다. 처분 공간이나 과정을 줄일 수 있어 비용도 낮출 수 있다. 국제에너지기구(IEA)가 추산한 고리 1호기 해체 비용은 약 1조원으로 추산된다. 오염된 원자로에서 방사능을 제거하고 고준위 폐기물을 처리하는 데 막대한 예산이 들어갈 것으로 전망된다.

박근태 기자 kunta@hankyung.com