본 연구에서는 원전연료 가공시설에서 발생한 콘크리트 폐기물을 자체처분 하기 위란 국내 규제요건을 검토하였고, 매립 및 재활용에 따른 작업자 및 일반인의 방사선학적 위해도를 평가하기 위해 RESRAD Ver. 6.3, RESRAD BUILD Ver. 3.3 전산코드를 사용하여 피폭선량을 평가하였다. 피폭선량 평가 결과에 따라 유도된 처분제한치는 콘크리트 폐기물 매립의 경우 0.1071Bq/g (3.5% 농축우라늄), 재활용의 경우 (5% 농축우라늄)이었다. 또한, 자체처분대상 콘크리트 폐기물의 제염 후 잔류방사능을 조사한 결과, 표면오염도는 전체평균이 (알파방출체), 콘크리트 폐기물 표면에서 채취한 시료의 방사성핵종 분석결과 은 0.0297Bq/g, 의 농축도는 2w/o 이하였고, 인위적 오염으로 예상되는 의 농도는 0.0089Bq/g 이었다. 따라서, 자체처분 대상 콘크리트 폐기물의 매립 및 재활용시 일반인 및 작업자에게 미치는 방사선학적 위해도는 원자력관계법령에서 정하는 처분제한치(개인선량 , 집단선량 ) 이하임을 확인하였다.

추출크로마토그래피법과 액체섬광계수법을 이용하여 고체 시료중의 와 방사능을 측정할 수 있는 분석법을 확립하고 연구로 2호기의 해체시 발생되는 방사화된 콘크리트 폐기물을 분석하였다. 침전법과 추출크로마토그래피법으로 화학분리를 하면, 경우 Fe의 화학적 회수율은 대부분의 시료에서 90%이상이었으나 Ni의 회수율은 43.6과 46.5%를 나타낸 시료가 있으며 나머지는 62% 이상을 나타내었다. Spiked 시료를 이용하여 분리과정과 액체섬광계수법의 과정을 확인한 결과 의 경우는 3.7% 오차내의, 의 경우는 0.7% 오차내의 결과가 얻어졌다. 연구로 2호기의 해체 콘크리트 시료중 방사능은 MDA이하의 값도 있으나 TC3시료의 경우는 362Bq/g의 값이 얻어졌다. 그리고 의 경우는 모든 시료에서 MDA이하 값이 얻어져 이 존재하지 않음을 알 수 있었다. 그리고 콘크리트 벽의 해체시 표면의 시료는 의 방사능이 높다가 표면으로부터 깊은 시료일수록 의 방사능이 급격히 줄어들었다.

전자폐기물의 발생량이 급증하고 있고, 전자폐기물로 인한 환경오염 혹은 자원낭비등과 같은 문제를 야기하고 있다. 따라서 전자폐기물 안에 포함된 중금속을 재활용할 수 있는 기술 개발이 필요하다. 한편, 채움재(콘크리트 혹은 모르타르)는 방사성폐기물의 차폐를 위해 사용되나, 방사성 차폐 성능을 확보한 재료를 적용하고 있지 않다. 따라서 채움재는 차폐성능에 관한 신뢰가 부족한 상황이다. 그러므로 본 연구에서는, 전자폐기물을 채움재의 잔골재로 적용하기 위하여 콘크리트의 역학적 특성을 평가하였다. 실험결과, 압축강도, 휨강도, 탄성계수 및 1μm 영역의 공극이 상당히 영향을 받는 것으로 나타났으나, 광물질 혼화재를 결합재로 사용하면 성능이 개선되었다. 따라서 전자폐기물은 채움재의 잔골재로써 적용이 가능할 것으로 판단된다.

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.

원자력발전소가 폐로 단계에 도달하게 될 경우, 다량의 방사성물질 및 폐기물이 발생한다. 특히, 해체 시 발생되는 콘크리트 폐기물은 경제적, 환경적 측면을 고려해서 재사용, 재활용, 처분 등이 관리방법 중 가장 적합한 방법을 선정해야 한다. 원자력시설의 해체 시 발생하게 되는 콘크리트 폐기물은 80%이상을 차지하고 있으며, EC(European Commission)의 보고서에 의하면 2060년까지 원자력 시설의 해체에 따라 유럽에서만 약 500만 톤의 콘크리트 폐기물이 발생할 것으로 예상하고 있다. 이러한 막대한 양의 콘크리트 폐기물에 대해 프랑스, 일본, 벨기에 등에서는 이미 콘크리트 폐기물의 제염 및 저감에 대한 연구가 심도 있게 진행 중에 있으며 프랑스의 경우에는 실험적인 연구를 거쳐서 상용화 수준에 다다른 실정이다. 콘크리트 폐기물은 원자력시설에 제한적으로 재활용이 가능하며, 방사성 폐기물의 저장 및 기반시설의 건설, 방사성 폐기물 처리에 사용되는 콘크리트 고화체, shielding block, backfiller 등으로 사용되고 있다. 해체 콘크리트 폐기물은 용적오염과 표면 오염으로 이루어져 있으며 대부분 표면으로부터 약 1∼10mm 두께로 오염되어 있어 기계적 처리 방법을 통해 방사성 폐기물로서 처리되어야 한다. 방대한 양으로 발생되는 콘크리트 해체폐기물을 자체처분 하거나 재활용한다면 처분 대상 폐기물량의 감소로 인한 처분 비용의 절감 및 처분 안전성의 증대뿐만 아니라 자원의 재활용성을 증대시킨다는 점에서 매우 긍정적인 측면을 나타낸다. 원자력시설의 콘크리트 제염기술로는 물리적 방법을 사용한 제염기술이 주로 사용되며 이를 다시 세분화 하면 표면제염기술과 표면파쇄제염으로 구분된다. 방사성 콘크리트의 물리적 표면제염 공정 및 장치 선정시에는 오염확산 및 작업자의 방사능 피폭 최소화, 제염 폐기물의 최종 처리방법, 제염 작업 최적화를 위한 최단, 최소 작업과 장소, 대상, 목적 등을 고려하여 제염기술이 선정되어야 한다. 이는 곧바로 방사능 구역에서의 작업자의 안전성 향상 및 해체비용 절감과 직결되기 때문이다. 그러나 원자력이라는 특수한 상황에서는 최적의 기술 선정시 경제적인 측면 보다는 안전성에 바탕을 두고, 주위 환경이 오염을 최대한 억제하는 방법에 초점을 맞추어야 할 것이다.

최근 건설폐기물의 발생량 급증과 함께 천연골재자원의 대체재로 폐기콘크리트를 활용한 재생골재의 사용에 국가․사회적인 관심이 집중되면서, 이에 대한 관리 및 적정처리에 대한 사회적 중요성이 대두되었으며, 향후 골재자원의 수급불균형 문제에 대비한 장기적 자원수급대책 등을 위하여 자원의 효율적 이용과 절약, 폐기물의 발생규제 및 재활용 촉진을 통한 환경보존 등에 대한 관심이 증가되고 있다. 골재수요는 건설 산업의 지속적인 증가에 힘입어 향후에도 꾸준하게 증가하여 연간 2억 m³ (약 3억 3천만톤) 이상의 수요가 지속적으로 발생할 것으로 예상되고 있으며, 국토교통부의 연도별 골재 채취 실적 자료에 의하면, 2002년의 경우 골재의 허가 채취량은 1억 1,900만 m³에 달하여 골재 수요량인 2억 1,700만 m³의 54.9%를 채취 허가량으로 공급한 것으로 나타나고 있어 부족분의 골재를 충당하기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있으며, 이러한 배경에서 재생골재의 필요성이 크게 대두되고 있다. 건설폐기물 중 발생하는 폐기콘크리트는 발생하는 양이 대규모로 공급 면에서 별 문제가 없고, 그 조성도 시멘트 모르타르와 골재의 비교적 단일 조성으로 되어 있어 파쇄 하여 재사용하여도 콘크리트 자체의 물성을 어느 정도 유지하기 때문에 재활용가치가 높은 것으로 평가되고 있다. 본 연구에서는 건설폐기물로 발생되는 폐콘크리트를 이용하여 레미콘업체 및 건설업체 등에서 사용할 수 있는 품질의 순환골재 생산기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 잔골재 회수 process 구축 및 물리적･열적 박리 기술 적용과 최적 운전조건을 도출하였다.

국내 건설 산업용 골재 중 레미콘용 골재의 품종별로 잔골재는 바다모래, 하천모래, 부순모래, 육모래, 산모래 순으로 사용되고 있으며, 굵은 골재는 부순자갈이 대부분 사용되고 육자갈 및 강자갈이 일부 사용되고 있다. 굵은 골재의 경우 부순 자갈의 사용량이 크게 증가되었으며, 잔골재의 경우 바다모래 및 부순 모래의 사용량이 증가되고 있다. 골재수요는 건설 산업의 지속적인 증가에 힘입어 향후에도 꾸준하게 증가하여 연간 2억 m³ (약 3억 3천만 톤)이상의 수요가 지속적으로 발생할 것으로 예상되고 있으며, 국토교통부의 연도별 골재 채취 실적 자료에 의하면, 2002년의 경우 골재의 허가 채취량은 1억 1,900만 m³에 달하여 골재 수요량인 2억 1,700만 m³의 54.9 %를 채취 허가량으로 공급한 것으로 나타나고 있어 부족분의 골재를 충당하기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있으며, 이러한 배경에서 재생골재의 필요성이 크게 대두되고 있다. 국토교통부 골재 허가 채취량은 수요량의 54 % 정도로 부족분의 골재를 충당하기 위한 노력이 다각적으로 진행되고 있으며 재생골재의 필요성이 크게 대두되고 있다. 국토교통부에서는 재생골재 사용 시 사용비율에 따른 건축물 용적률 완화 규정을 적용하고 있으며, 환경부에서는 재생골재의 사용을 의무화한 ｢건설폐기물의 재활용 촉진에 관한 법률(안)｣이 시행되고 있으며 국토교통부에서는 ｢순환골재 품질기준(안)｣ 제안되어 재생골재의 재활용 촉진을 위한 정책으로 적극 추진 및 장려되고 있다. 본 연구에서는 건설폐기물로 발생되는 폐콘크리트를 이용하여 재생기술 개발을 통해 레미콘업체 및 건설업체 등에서 사용할 수 있는 품질의 순환골재 생산기술을 개발하고자 하였다. 이를 위해 발생 폐기물의 성분분석, 재생 process 구축 및 열해리를 통한 박리에 적절한 최적 운전조건을 도출하였다.

콘크리트 분야에 산업폐기물을 활용하기 위한 연구는 이미 오래전부터 수행되어 고로슬래그나 플라이애시와 같은 시멘트 혼합재료는 이제 보편적으로 사용되고 있다. 이와 같은 산업폐기물을 콘크리트에 재활용 할 경우 콘크리트의 성능개선이나 품질개선 효과를 나타낼 경우 이는 환경보전이나 자원재활용 측면에서 경제적 부가가치를 도모할 수 있기 때문에 적극적인 재활용 방안이 모색되어져야 한다. 이에 본 연구에서는 국내의 여주와 이천에서 주로 발생되는 산업도자기 폐기물과 전국적으로 발생되는 생활도자기 폐기물을 콘크리트 산업에 활용하기 위한 기초 연구로서 국내에서 기 수행된 연구자료를 검토하여 도자기 폐기물을 콘크리트 산업에 사용하기위한 재활용성을 검토하고자 하였다. 김기형(1999)과 문한영(2001) 등은 도자기 폐기물을 사용한 시멘트 모르터의 특성에 대한 연구와 요업폐기물을 콘크리트용 골재로 재활용하기 위한 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 폐도자기 분말 20%를 모르터용 혼화재료로 사용한 경우 플로우 값이 양호하였으며 이때 압축강도는 감소하는 경향을 나타낸 것으로 연구되었다. 또한 폐도자기를 잔골재로 사용한 경우 플로우 값은 변화가 없으나 강모래를 사용한 경우보다 압축강도가 증가하였으며 폐도자기 잔골재를 100% 사용한 경우 약10%의 압축강도 증가현상이 나타나는 것으로 연구되었다. 그러나 잔골재 및 굵은골재로 각각 대체한 콘크리트의 슬럼프는 크게 감소하여 이에 대한 적절한 대책이 마련되어야할 것으로 나타났다. 강성구(2004) 등의 연구에서는 폐도자기를 골재로 이용한 콘크리트의 특성을 연구한 결과 비중은 일반 골재에 비하여 다소 작고 흡수율은 높으나 비교적 입도가 양호하며 표면조직을 광학현미경으로 관찰한 결과 재활용골재나 부순돌과 차이가 없는 것으로 확인되어 시멘트 페이스트와의 부착이 양호할 것으로 판단하였다. 이화영(2008) 등이 연구한 폐도자기분말의 혼입에 따른 시멘트 모르타르의 특성에 의하면 폐도자기 분말을 시멘트 혼합재로 사용할 경우 작업성을 개선시키고 시멘트의 사용량을 줄임과 동시 강도증진 효과를 얻는 것으로 연구되었으며 시멘트 혼합재로서의 성능은 슬래그를 사용한 것보다 유리한 것으로 연구되었다. 또한 폐도자기 분말의 PHC 파일용 시멘트 혼화재 적용성 검토(2010)에 대한 연구에서도 초기 강도 개선효과가 있는 것으로 보고되어 시멘트 및 콘크리트 2차 제품에 대한 활용가능성이 있는 것으로 나타났다. 신한국(2010)과 류현기(2011) 등은 폐도자기 미분말을 이용한 순환골재의 강도증진에 관한 연구와 폐도자기 분말도 변화에 따른 순환골재 사용 콘크리트의 물리적 특성에 관한 연구를 수행하였으며 그 결과 폐도자기 분말을 사용할 경우 콘크리트는 높은 강도발현을 나타내는 것으로 연구되었다. 배상우(2012) 등의 연구에서도 폐도자기를 활용한 무기결합재 모르타르의 잔골재 치환율 변화에 따른 유동 및 강도특성에 대한 연구결과 유동성 및 압축강도의 증가가 확인되었다. 이와 같이 기존 연구문헌을 검토한 바 도자기 폐기물은 잔골재의 부존자원 고갈 및 채취로 인한 환경훼손 등의 문제에 기여할 수 있는 콘크리트용 골재로서 재활용하는 방안과 시멘트의 재료절감, 콘크리트의 조기강도 증진 및 품질성능 향상을 도모할 수 있도록 미분말화하여 시멘트 대체재료로서 활용하는 방안에서 그 효용가치를 나타낼 수 있을 것으로 사료된다. 그러나 폐도자기 분말이 포졸란 반응이나 장기강도 증진, 내구성 등에 효과를 나타내는지에 대해서는 향후 연구가 필요할 것으로 판단되었다.

국내는 Carbon Capture & Storage(CCS) 기술은 일정 수준에 도달해 있으나, 대량 저장을 할 수 있는 지중 및 해양지역의 확보와 실용화가 곤란한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 액상 탄산화 반응을 통하여 이산화탄소(CO₂)를 안정하게 고정화가 가능한 알칼리 토금속인 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 성분을 다량 포함한 산업부산물인 석탄 바닥재 및 순환골재에 CO₂를 저장하기 위한 기초 연구를 수행하였으며, 이의 반응물인 개질된 석탄 바닥재 및 순환골재를 이용하여 건자재의 제조 가능성에 대한 연구를 수행하였다.