원자력시설의 해체 시 발생하게 되는 해체 방사성폐기물을 나누면 크게 금속, 콘크리트, 토양 및 기타 폐기물 등으로 나뉘는데, 이중에서 콘크리트폐기물은 80%이상을 차지하고 있으며, EC(European Commission)의 보고서에 의하면 2060년까지 원자력시설의 해체에 따라 유럽에서만 약 500만 톤의 콘크리트폐기물이 발생할 것으로 예상하고 있다. 상용 원전의 경우 해체 콘크리트폐기물이 약 50∼55만 톤 정도 발생하고 있으며 이들 방사성폐기물은 약 5% 이내로 1기의 상용 원자로를 해체 할 경우 방사성 콘크리트폐기물은 약 25,000 톤이 발생한다. 이는 원전 수명기간에 발생하는 방사성폐기물의 총량을 훨씬 상회하는 물량이다. 이에 원자력 선진국에서는 해체 콘크리트폐기물의 감용 및 재활용에 대한 기술개발이 이미 진행되고 있으며, 국내의 경우에도 2030년 이내 12기의 원전 해체가 예상됨에 따라 해체 콘크리트폐기물을 처리/처분하기 위한 기반기술 확보가 수행되어야 한다. 이러한 기술개발은 방사성 콘크리트폐기물의 부피감용과 환경안전성 및 재활용을 통한 국내 부존자원의 활용 극대화 관점에서 반드시 필요하다. 본 연구에서는 해체 콘크리트폐기물의 재활용에 필요한 핵심기술로서 오염 해체 콘크리트폐기물의 감용 및 재활용하기 위한 기술현황을 논의하였다. 해체 콘크리트폐기물 처리기술에서 가장 중요한 요소기술은 대부분의 방사성 물질이 농축되어 있는 미세분말을 처리하여 재생시멘트, 재생골재 등으로 재활용하는 것이다. 유럽의 경우 해체 콘크리트폐기물의 65%를 방사성폐기물 저장고의 폐기물 드럼이나 컨테이너의 Encapsulation material, 방사성 보호 차폐물을 위한 콘크리트, 제한된 장소에서 새로운 시설의 건설에 이용하고 있다. 일본은 환경적 부담과 방사성폐기물의 감용을 위해서 원자력시설에서 발생하는 콘크리트폐기물의 재활용 기술 연구를 통해 생산된 고품질 재생골재의 특성 및 환경적 영향을 평가하고자 Wall model과 Building model을 세워 일반 콘크리트와 비교 평가 중에 있다. 또한 일부 혼합재는 잡고체 폐기물의 처분을 위한 모르타르로 재활용하고 있는데 이는 일반 혼합재보다 고비용이지만 life cycle cost를 고려할 경우 재활용 시멘트 보다 경제적인 것으로 평가되고 있다.

원자력시설의 해체 시 발생되는 금속폐기물의 양은 전 세계적으로 향후 50년 동안 스테인레스강 약 95 만톤, 탄소강 870 만 톤, 구리 220 만 톤으로 총 1,200 만 톤 정도 발생할 것으로 예측되고 있다. 해체 시 발생하는 금속 조각은 대부분 방사능에 아주 미미하게 오염되어 있기 때문에 이중에서 대부분은 무구속 방출이나 약간의 제염 처리 후 일정한 공정을 거쳐 핵 시설내의 폐기물 저장 용기나 처분 상자, 폐기물 드럼, ISO 컨테이너 등으로 재활용되고 있거나, 앞으로 재활용할 수 있다고 보고되고 있다. 국내 원자력시설 해체 시 다량으로 발생될 것으로 예상되는 금속 조각을 수용하기에는 폐기물 처리장이 매우 부족할 뿐만 아니라, 지속적으로 처분 단가의 증가가 예상되므로 이러한 문제를 해결하기 위해서 방사성 금속폐기물의 효과적인 감용 및 재활용 기술이 요구되고 있다. 금속 폐기물의 감용 및 재활용 기술 중 현재까지 가장 적절한 기술로서 용융 기술이 있다. 유럽을 주축으로 미국과 일본에서 활발히 연구되어져 온 용융 기술은 다른 처분 방법에 비해 부피 감용비가 가장 높아 최종처분시설 공간을 절약할 수 있으며 탄소강, 스테인레스강 및 인코넬 등 많은 양의 금속을 회수하는 것이 가능하다. 또한, 이 기술은 휘발성 핵종(Cs 등)이나 금속과 반응성이 적은 핵종(U, Pu 등)을 슬래그 속에 포집하여 제염하거나, 방사성 핵종들이 주괴에 균일하게 분포하고 금속의 결정 격자속에 고정화시킬 수 있기 때문에 보다 안정화시킬 수 있다는 장점들을 가지고 있다.

현재 중국을 제외한 전세계에서 가동중인 원전중 50% 이상이 운전을 시작한지 30년 이상으로, 앞으로 해체가 진행될 원전이 대부분이다. 우리나라 역시 고리 1호기를 시작으로 수명연장이 없을 경우 10년 이내에 총 5기의 원전이 폐로될 것으로 예상되며 향후 해체를 진행해야 한다. 가장 먼저 해체가 진행될 고리 1호기에서 나오는 저준위 방사성폐기물의 양은 200L 드럼으로 14,500개에 해당할 것으로 예상되며, 이를 위한 처분 비용은 한수원이 제시한 원전 1기 해체 비용인 6,347억원의 40%에 해당된다. 이 비용을 줄이기 위해선 방사화된 콘크리트나 금속부분을 효율적으로 제거하는 제염기술이 필요하다. 연구용 원자로인 트리가마크-II 및 III와 우라늄변환시설을 해체한 경험이 있지만 소규모 저방사능 시설에만 국한되어 있을 뿐, 원전처럼 방사성물질 농도가 높은 대규모 시설에 대한 경험이 부족하다. 따라서 고리 1호기 해체 시 적용할 제염기술에 대해 다양한 방법으로 검토할 필요가 있다고 생각된다. 이에 본 연구에서는 현재 국내외에서 개발 및 실증된 제염기술에 대해 알아보았다.

원자력시설을 해체하는 과정에서 발행하는 방사성폐기물은 크게 금속, 콘크리트, 토양, 기타 잡고체로 구분되며 이중 콘크리트폐기물이 80% 이상을 차지한다. 상용 원자력발전소의 경우 콘크리트 폐기물은 약 50~55만톤 발생하는 것으로 알려져 있으며, 1기의 상용원전을 해체할 경우 원자로 가동 중 발생된 중성자 조사에 의한 구조물의 방사화 및 방사성 물질의 비산에 따른 오염으로 방사화된 콘크리트폐기물은 약 25,000톤이 발생한다. 발생된 폐기물을 드럼에 포장할 경우 수 만 드럼이 될 것으로 예상되며 그에따른 처분비 역시 천문학적인 비용이 들어갈 것으로 예상된다. 이를 줄이기 위해 방사성 콘크리트폐기물 발생량을 최소화하고 발생한 폐기물을 재활용하여 최종 처분되는 폐기물의 양을 줄이는 연구가 필요하다. 우리나라는 대규모 시설에 대한 해체 경험이 부족하기 때문에 고리 1호기에 적용할 효과적인 제염기술을 선정하기 위해선 상용원전을 해체한 경험이 있는 나라의 제염기술에 대해 알아볼 필요가 있다고 생각된다. 이에 본 연구에서는 상용원전 해체 경험이 있는 나라에서 적용한 제염기술에 대해 알아보고 기술의 장단점을 평가하여 적용 여부와 개선방안에 대해 알아보았다.

산업화와 급격한 경제규모 팽창에 따른 다양한 유해폐기물이 발생하고, 폐기물 중에 함유된 유해성분이 인체나 환경영향을 최소화 시킬 수 있도록 처리되지 못하고 있어 근본적으로 더 안정한 폐기물 처분방법이 필요한 시점이다. 유해폐기물의 안전한 처리 방법 중 하나인 고화기술은 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는 방법이다. 본 연구에서는 국내･외에서 적용되고 있는 유해폐기물 및 방사성폐기물의 고화기술 동향에 대해 알아보았다. 방사성폐기물의 경우에는 방사성 물질의 확산을 방지하고 방사성 핵종 및 유해 성분의 방출의 최소화를 위해 다양한 고화기술이 개발되었다. 그 기술로는 유리화, 플라즈마, 금속 용융, Synroc 등이 있으며, 각 기술에 대해 고화처리 대상 폐기물과 주요 설비의 특성, 최종 생성물의 형태에 대해 조사했다. 이중 유리화기술은 전극 가열식 세라믹 용융로, 유도가열식 저온용융로를 이용해 고준위 방사성폐기물이나 중‧저준위 방사성폐기물을 처리하는 기술이다. 플라즈마기술은 플라즈마 토치, 플라즈마 아크를 이용해 비가연성 중‧저준위 방사성폐기물을 처리한다. 금속 용융기술은 유도가열로, 전기용융로 등을 이용해 오염된 금속의 제염에 사용되고 있다.

유해폐기물의 고형화 처리는 폐기물에 의한 환경오염의 저감과 폐기물의 취급개선을 목적으로 하고 있으며 특히, 유해폐기물의 독성을 감소시키고 폐기물중의 유해물질이 자연환경으로 누출되는 것을 차단 또는 지연시키는데 그 목적이 있다. 최근 플라즈마의 고온 열을 이용해 폐기물 고화처리기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 하지만 수분 함량이 높은 슬러지와 같은 폐기물을 처리하기 위해선 건조공정이 선행되어야 하고, 소각에 비하여 전력소모량 등 건설･운영비가 높다는 단점이 있다. 유도가열로는 수분이 많이 함유된 슬러지나 액체페기물, 가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 플라즈마 용융로의 경우에는 수분이 많이 포함된 폐기물을 처리하기 어렵지만 금속이나 콘크리트와 같은 비가연성 잡고체를 처리하는데 적합하다. 따라서 본 연구에서는 유도가열로와 플라즈마 용융로가 복합적으로 고려된 폐기물 처리 시스템을 개념설계 하였다. 이 복합용융설비를 이용할 경우 폐기물의 특성에 따라 각각의 용융로 설비를 운전하거나 동시에 운전함으로써 다양한 종류의 폐기물을 동시에 처리할 수 있고, 폐기물 처리 속도를 높일 수 있다. 또한 배기가스 처리설비를 공유함으로서 비용절감이 가능하고 운전효율성 등을 높일 수 있다는 장점이 있다.