중저준위 방사성폐기물 유리화 기술개발 성 과 보 고 회 2002. 12. 26 한국수력원자력㈜ 원자력환경기술원

발표순서 유리화 기술 개요 기술개발 경과 및 주요 성과 타당성 연구 실증설비 개발연구 상용화 설계자료 생산 연구 상용화 추진 계획

유리화 기술 개요 유리화(vitrification)? 용융된 유리 위에 폐기물을 투입하여 휘발성 물질은 날려 보내고 무기물과 방사성 핵종 등의 금속 원소를 유리구조내에 가두는 기술 중저준위 폐기물 화학조성 및 물리적 상태가 다양한 폐기물 고준위 폐기물 화학조성이 일정한 액체폐기물 음! 유리 조성 맞추기가 쉽고 배기체 처리도 간단하겠군. 이런! 유리 조성 맞추기와 배기체 처리가 간단하지 않겠군.

유리화 기술 개요 방사성폐기물의 유리화 폐기물과 혼합 용융 후의 유리구조 순수한 유리구조 폐기물의 유리화는 차세대 신기술

유리화 기대효과 중저 준위 방사성폐기물 발생량 저감 및 안전성 확보 발생량의 획기적 감소(150 드럼/년 기 → 35 드럼/년기) 물리화학적 특성향상으로 처분안전성 극대화 방사성 핵종 침출률 감소(시멘트 고화체 보다 <1/10) 유리고화체 백만년 이상 건전성 유지 기체 발생 가능성 배제 기존 처리방법에 비해 경제적으로 폐기물 관리 소내저장, 운반 및 처분비용 등 관리비용 절감

유리화 기술 개발 추진체계 타 당 성 연 구 (‘94.10~‘95.10) 실증설비 개발연구 (‘97.5~‘98.3) 연 구 (‘94.10~‘95.10) 실증설비 개발연구 (‘97.5~‘98.3) 상용화 설계 자료 생산 (‘98.4~’02.8) 상용설비 건 설 (‘02.9~’06.12) 실험실적 유리화 연구 기술성 및 경제성 평가 복합공정 (CCM+PTM) 도출 국제공동연구 (SGN, MOBIS) SGN/CEA 설비를 이용한 유리화 시험 시험결과를 이용한 파일럿 플랜트 설계 국제공동연구 (SGN, MOBIS) 파일럿 플랜트 건설(‘99.9) 상용설비 설계 자료 생산 유리 조성 개발 원형설비 설계/건설 시운전후 운영허가 유리 조성 현장 측정 기술 개발

타당성 연구 결과(1/2) 실험실적 가능성 및 감용비 확인

타당성 연구 결과(2/2) 복합공정(유도가열식 저온로와 플라즈마 토치용융로) 도출 가연성폐기물 유리 용융로 플라즈마토치 용융로 용융유리 저온로 세정기 팬 굴뚝 열적산화기 비가연성 DAW 폐 필 터 플라즈마토치 용융로 플라즈마 토 치

실증설비 개발 연구 결과(1/3) 프랑스 CEA에서 오리엔테이션 테스트 테스트 결과를 반영한 실증설비 설계 지름 300 mm CCM 240 kW 고주파발생기 (주파수 450 kHz) 고온세라믹 필터 채택 가능성 평가 폐수지 26회, 잡고체 5회, 붕산건조물 1회 수행

실증설비 개발 연구 결과(2/3) 60kW 플라즈마 토치 용융시험 200kW 토치 및 용융로 설치 사양 결정 출력: 60 kW, DC 플라즈마 기체: Ar(18 lpm)+H2(2 lpm) 콘크리트, 토양, 유리에 대한 10여회 용융시험 시험 결과를 반영한 실증설비 설치 사양 결정

실증설비 개발 연구 결과(3/3) 세계적으로 독특한 실증설비 개발 지름 500 mm 유도가열식 저온로 300 kW 고주파발생기 (주파수 300 kHz) 200 kW 플라즈마 토치 용융로 분진 포집 장치, 다이옥신 분해 장치, 산성기체 제거장치, 질소산화물 제거 장치

상용설비 설계 및 운영자료 생산(1/3) 실증시험 및 설비 개선 원전 발생 폐기물 대부분에 대한 유리화 기술 입증 대상 폐기물 종류: 14종(가연성 10종, 비가연성 4종) 실증시험 회수: 90회(가연성 69회(장기 2회:130,180시간), 비가연성 21회) 설비 개선을 통한 공정의 최적화 추진 내벽 코팅 CCM 신규 제작 및 성능 시험 배기공정 개선 및 성능 최적화 PTM 토치 운전방식 개선

상용 설비 설계 및 운영자료 생산(2/3) 독특한 유리화 공정 개발 배기체 처리공정 성능 입증 폐기물 동시 투입 유리화 공정 개발 W1(잡고체+저방사성 폐수지+제올라이트+고온필터 분진) W2(W1+고방사성 폐수지) 양질의 유리고화체 생산 및 감용효과 증대 배기체 처리공정 성능 입증 고온세라믹 필터: 분진 포집 성능(>99.9%) 후단연소기: 다이옥신 분해 성능 (배출농도: 0.018, 기준:5ng-TEQ/Nm3) 세정기 : 산성기체(SOx) 제거 성능(배출농도: <5, 기준:300ppm) 질소화합물 산화기 : NOx 제거 성능 (배출농도: <50, 기준: 200ppm)

상용설비 설계 및 운영자료 생산(3/3) 국산화 유리의 성능 평가(침출 시험 : 7일 PCT) 미국 고방사성폐기물 처리용 유리(SRL-EA)보다 양호

국제적으로 기술 인증 IAEA 기술협력프로그램(TCP)으로 채택 해외 업체의 기술도입 의향 표명 상용설비의 운전 용이성 제고를 위한 기술개발 협력 2년단위로 4년간 수행(‘03. 1 ~ ‘06. 12) 1단계 연구비 지원 규모 확정: 19만불 해외 업체의 기술도입 의향 표명 미국, 카나다 등지에서 기술을 도입해 가기 위해 검토 중 프랑스는 CCM을 고준위폐기물 유리화에 적용하기로 결정 특허출원 및 등록: 10건(국제 출원 3건) 국제논문 게재 및 발표: 32건(세계적 인정을 받는 SCI급 논문 7건)

상용화 연구 추진 계획 연구기간 : 2002. 9. 1 ~ 2006. 12. 31 연 구 비 : 한수원 40% + 정부지원금 60% 연구방법 : 공동 참여기관/위탁기관 연구내용 : 상용 설비 설계 및 울진 3발에 설치 설계/인허가 지원 실증시험 상용설비 방사성 시험을 통한 운영허가 CCM 모사코드 개발 실시간 용융특성 파악 장치 개발 유리 고화체 용기 안전성 평가 수행

유리화 기술개발 성과 국내 주도로 세계 최초의 기술개발 성공 방사성폐기물 사업의 원활한 추진에 기여 외부의 연구자금(810만불)을 유치 방사성폐기물 사업의 원활한 추진에 기여 국내 원자력 발전사업 확장을 촉진