방사성 핵폐기물로부터 가장 독성이 강한 원소를 비소 분자를 사용해 제거할 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

이는 대체 에너지 산업을 보다 안전하고 효과적으로 만들 수 있는 돌파구가 될 것으로 기대된다.

영국 맨체스터 대학의 엘리자베스 와일드먼 연구원은 "원자력은 화석 연료보다 이산화탄소를 훨씬 적게 생산할 수 있다. 그러나 오랜 시간 사라지지 않는 폐기물은 인체와 환경에 유해한 방사선이기 때문에 조심스럽게 취급해야 한다"며 연구의 취지를 밝혔다.

연구팀은 첫 번째 예로 비소에 대한 다중 결합을 가진 토륨이 우주 공간에 근접한 온도에서 매우 작은 단위로 쪼개지기 전에 1g 이상의 안정된 상태로 존재한다고 보고했다.

와일드먼 연구원은 "우리는 핵 폐기물 분리와 재활용, 양 감축 방법을 찾기 위해 토륨이나 우라늄 같은 원소가 주기율표 주위 원소와 상호 작용, 핵폐기물 소멸을 잠재적으로 촉진시키는 데 도움이 되는지에 중점을 두고 연구했다"고 밝혔다.

맨체스터 대학의 스티브 리들 교수는 "우리는 양질의 원소를 제거하거나 저레벨 폐기물로부터 고농축 폐기물을 분리하기 위해 핵폐기물 자체의 양을 줄이고 처리해야한다"고 언급했다.

비소는 원칙적으로 금속 원자와 결합해 추출 과정을 개선시키는 유기 분자로 사용될 수 있기 때문에, 연구팀은 비소가 토륨과 어떻게 상호 작용하는지를 연구했다.

리들 교수는 "현재 방사성 물질과 유독성 물질을 제거하고 나머지는 그대로 둔 채 유기 폐기물에서 금속 이온을 선택적으로 추출하고 유기 분자를 사용하는 방법에 집중하고 있다"고 덧붙였다.

사진설명-기존의 핵폐기물 처리 방법

이 같은 연구는 화학 결합에 대한 이해와 함께, 유기 추출제가 다른 금속에 결합하는 방법을 알고 있어야 진행이 가능하다.

리들 교수팀은 해당 지식을 활용, 금속의 한 유형에 유해 물질을 선택적으로 결합시켜 폐기물에서 제거함으로써 분리에 성공했다.

아울러 유해 물질 분리에 가장 좋은 분자는 금속에 쉽게 결합하는 원자를 포함하고 있다는 증거가 나오고 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

이들은 결합체의 성질을 이해할 수 있도록 모델 복합체를 연구에 이용하기도 했다.

다만 이번 연구에서 토륨과 비소의 다중 결합은 극도의 저온인 절대온도 3~10K(Kelvin)에 가까운 온도에서 수행된 분광 실험에 한정돼 있어 향후 추가 실험이 필요할 것으로 예상된다.

리들 교수는 "우리는 분자를 여러 가지 형태로 결합시켰으며 보다 안정적인 조건이 주어진다면 실제 상황에 적용할 수 있는, 좀 더 의미 있는 결과를 얻을 수 있을 것"이라고 밝혔다.

이번 연구 결과는 '자연 소통(Nature Communications)'지에 발표됐다.