한국원자력연구원(원장 정연호)은 사용후핵연료의 평화적 재활용을 위한 파이로프로세싱 기술 실현을 위해 세계 최초로 파이로프로세싱의 모든 공정을 공학 규모의 일관공정으로 모의할 수 있는 시험시설인 PRIDE(PyRoprocess Integrated inactive DEmonstration facility)를 상반기 중 완공해 시운전을 거쳐 연내 운영을 개시한다고 밝혔다.
PRIDE는 모의 사용후핵연료의 전처리-전해환원-전해정련-전해제련-염폐기물 재생 및 고화 등 파이로프로세싱 모든 단위 공정을 연계한 일관공정(integrated system)을 공학 규모로 원격 시험할 수 있는 시설로, 교육과학기술부 원자력기술개발사업의 일환으로 3년 간 약 330억 원이 투입돼 오는 5월 완공 예정이다.
3층 건물 규모의 PRIDE는 1층에 공기 분위기 셀이 배치돼있고, 2~3층이 통합된 공간에는 체적 1,260㎥의 대형 아르곤(Ar) 분위기 셀이 설치돼있다. 전해환원, 전해정련, 전해제련 및 염폐기물 처리장치 등 기본 공정장치들은 2층의 아르곤 셀 내에 위치하고, 아르곤 셀 내에 수용되지 못하는 장치들이 1층의 글로브박스 내에 설치됐다.
연구원에 따르면 PRIDE는 파이로 일부 공정을 실험실 규모로 실증 시험하던 기존 시설과 달리 파이로의 모든 단위 공정을 연계한 일관공정을 공학 규모(연간 10톤 처리)로 시험 검증할 수 있는 세계 최초의 시설로, 산화물 연료 투입부터 최종 우라늄 잉곳(ingot, 괴)와 폐기물 고화체 제조까지 종합적 모의시험 및 평가가 가능하다.
앞서 한국원자력연구원은 지난 2006년 실험실 규모(연간 0.2톤 처리)의 파이로프로세싱 시험시설인 ACPF(Advanced spent fuel Conditioning Facility)를 구축, 사용후핵연료 전처리 공정 및 전해환원 공정 등 파이로프로세싱의 단위 공정 기술을 연구개발 해왔다.
연구원은 PRIDE가 가동되면 ACPF 운영을 통해 획득한 공정별 핵심 기술을 근간으로 공정별 성능, 공정간 연계 운전성, 원격 운전성, 유지 보수성 및 핵확산저항성 등을 종합 평가할 계획이다. 이를 통해 향후 실용화 규모 파이로 공정 구축을 위한 설계자료 생산 및 설계 최적화를 수행함으로써 파이로 기술의 완성을 위한 테스트베드 역할을 담당하게 된다.
PRIDE는 실제 사용후핵연료 대신 감손 우라늄으로 만든 모의 사용후핵연료를 사용해 시험하는 ‘inactive’ 시설로, 연구원은 PRIDE를 이용한 연구와 함께 한미 핵연료주기 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용하는 ‘active’ 연구를 병행함으로써 관련 기술을 개발?검증할 계획이다.
또한 PRIDE 이용 연구를 통해 파이로프로세싱의 고효율화·고용량화를 추구하는 한편, 한미 핵연료주기 공동연구를 통해 실제 사용후핵연료를 사용한 실험자료를 확보함으로써 오는 2020년까지 파이로의 기술성, 경제성, 핵확산저항성을 검증하고 이후 국민적 동의를 거쳐 실증시설을 구축할 예정이다.
정연호 한국원자력연구원장은 “파이로프로세싱은 소듐냉각고속로와 연계해 사용후핵연료 문제를 해결하고 원자력발전의 지속가능성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 미래형 신기술”이라며 “PRIDE 구축을 통해 독창적인 파이로 원천 기술을 개발해 세계 파이로 연구개발을 선도하겠다”고 밝혔다.
한편 파이로프로세싱(pyroprocessing)은 고온(섭씨 500∼650 ℃)의 용융염을 이용해 전기화학적인 방법으로 사용후핵연료에서 우라늄 등 유용한 핵물질을 분리해내는 기술이다. 공정 특성상 플루토늄의 단독 회수가 불가능해 핵확산저항성이 뛰어나고, 회수한 핵물질을 제4세대 원자로인 소듐냉각고속로(SFR)에서 재순환 소멸시킴으로써 고준위폐기물 처분장 면적은 100분의 1로 줄일 수 있는 선진 핵연료주기 기술이다. 미국, 일본, 러시아 등 주요 원자력 선진국들이 기술 실용화를 위해 노력하고 있는 가운데 우리나라는 1997년 파이로프로세싱 연구를 시작한 이래 최근 혁신적인 기술 개발을 통해 세계적으로 기술 우위를 확보해 나가고 있다.
