원자력硏, 지하 미생물 이용 우라늄 제거 연구 세계적 난제 규명

방사능 오염 토양 복원 원천기술 확보 기여

(대전=기술사신문) 황병국기자 = 지하 미생물을 이용한 우라늄 제거 연구의 핵심적인 난제의 원인을 국내 연구원이 세계 최초로 규명하는데 성공했다. 우라늄이 지하수를 통해 확산되는 것을 방지하는데 기여할 이번 연구 결과는 지구화학 분야의 권위 있는 국제 과학 전문지인‘화학지질(Chemical Geology)’제370호에 발표됐다.

한국원자력연구원(원장 김종경) 이승엽 방사성폐기물처분연구부 선임연구원은 지하 미생물을 이용한 우라늄 제거 연구의 핵심적인 난제의 원인을 세계 최초로 규명하는데 성공했다.

이번 연구에서는 폐쇄된 우라늄 광산 등에서 흘러나오는 우라늄이 지하수내에서 일시적으로 감소하다 다시 증가하는 특이 현상의 원인을 우라늄-미생물-바이오광물의 복합 상호작용 구조로 규명하고,

일반 지하수에서 관찰되지 않는 것으로 알려진 불용성 ‘4가 우라늄’이 아주 작은 크기인 나노-콜로이드 형태로 존재해 이동한다는 사실을 세계 최초로 밝혀냈다.

기존 연구에서는 지하 심부에 생존하는 미생물이 용해성 ‘6가 우라늄’을 물에 거의 녹지 않는 ’4가 우라늄‘으로 변환시켜 우라늄이 지하수를 따라 이동하는 것을 억제한다고 알려져 있었다.

우라늄은 6가 상태에서는 물에 잘 녹고 이동성이 커서 환경에 확산될 가능성이 크지만, 4가 상태가 되면 용해도가 떨어지고 단단한 결정성 나노광물로 변하는 특성이 있는 것으로 알려져 미생물을 이용한 우라늄 형태 변환 연구가 진행되었다.

하지만 실제 우라늄 오염 지하수를 대상으로 한 현장 실험 결과 지하수의 우라늄 농도가 일시적으로 감소하였다가 일정 시간 이후 다시 증가하는 특이한 현상을 보여 원인 규명을 위한 노력이 지속되어왔다.

이번 연구에서는 고준위 방사성 폐기물 처분 연구를 위해 한국원자력연구원이 구축한 지하처분연구시설(KURT)의 지하 암반수에 생존하는 박테리아의 일종인 디설포비브리오(Desulfovibrio)를 이용, 미생물이 우라늄의 화학종을 변환시킬 뿐만 아니라 지하수에 녹아 있는 황(S)과 철(Fe)을 이용해 전기가 잘 통하는 황화철(FeS) 광물을 다량 만들어냄으로써 전자 흐름에 민감한 우라늄이 영향을 받아 재이동성을 갖는다는 사실을 새롭게 발견했다.

미생물이 땅속에서 만드는 바이오광물인 황화철은 6가 우라늄을 정전기적으로 끌어당겨 4가 우라늄으로 바꾸고 황화철 표면에 4가 우라늄을 흡착시켜 지하수의 우라늄 농도를 일시적으로 감소시키지만,

미생물이 유기물을 분해하는 과정에서 발생된 전자(e-)를 전기전도성 황화철이 수용하면서 4가 우라늄이 아주 작은 크기인 나노-콜로이드 형태로 분리되어 지하수에 녹아 우라늄 농도를 다시 증가시킨다는 사실을 최초로 밝혀냈다.

이승엽 선임연구원은 “이번 연구결과는 지표수와 다르게 관측이 어려운 지표면 아래 지하수를 따라 우라늄이 급속히 확산되는 문제를 규명하고, 땅속 우라늄의 이동이 지하 미생물의 광물 생성과 밀접히 연관되어 있다는 사실을 세계 처음으로 밝힘으로써 방사능 오염 및 확산 방지 연구에 기여하게 될 것”이라고 밝혔다.