원자력연·UNIST, 홍합 접착 단백질 모사한 코팅제 개발

- 방사성 오염물질 제거 3시간이면 OK

- 95% 수준의 방사성 세슘 제거

연구진 사진. (왼쪽부터) 한국원자력연구원 양희만 박사, 울산과학기술원 이동욱 교수, 백명진 박사. (자료제공: KAERI)

홍합 접착 단백질을 모사해 우수한 박리형 제염 코팅제 개념도. (자료제공: KAERI)

원자력 시설에서는 방사성 물질을 다루기 때문에 건물, 장비 등의 표면에 흡착된 방사성 핵종을 신속하게 제거하는 기술이 필요하다. 기존의 화학 세정, 고압 세척 등의 방식은 오염물질 확산과 다량의 오염수 문제가 있어 오염된 표면에 코팅제 도포로 제염하는 방식이 주목받고 있다. 최근 국내 연구진이 기존 코팅제보다 월등한 성능을 가진 제염 코팅 기술을 개발했다.

한국원자력연구원(KAERI, 원장 주한규)은 울산과학기술원(UNIST, 총장 박종래)과 공동으로 강력한 접착력을 가진 카테콜(catechol) 물질을 합성한 폴리우레탄(polyurethane) 기반 박리형 제염 코팅 기술을 개발했다고 3월 26일 밝혔다.

카테콜은 홍합의 접착 단백질에서 유래한 화학 물질로 벤젠(C6H6) 고리에 알코올기(OH)가 두 개 붙어있는 페놀 종류이며, 다양한 표면에 강하게 부착할 수 있는 특성을 가진다. 이에 연구원 원자력시설청정기술개발부 양희만 박사 연구팀과 UNIST 이동욱 교수팀은 카테콜 물질을 폴리우레탄 고분자 사슬 말단에 합성해 강력한 접착력을 갖는 제염 코팅제를 개발했다.

코팅제를 방사성 오염 표면에 도포 후 건조해 코팅층을 만들고, 이를 테이프처럼 벗겨내는 방식으로 방사성 물질을 신속하게 제거할 수 있다. 연구팀이 개발한 제염 코팅제는 기존 상용 코팅제보다 방사성 오염물질 제거 효율이 높고, 소요 시간을 획기적으로 단축해 월등한 성능을 입증했다. 

제염 코팅제에 대한 방사성 동위원소 실험을 진행한 결과, 스테인리스강 표면의 방사성 세슘 이온 제거 효율은 약 94.9%로 상용 제품의 93.8%에 비해 높았다. 특히, 상용 제품은 작업에 약 24시간이 필요하지만, 연구팀의 코팅제는 3시간이면 충분해 작업 효율을 획기적으로 높일 수 있다.

또한, 작은 구멍이 많은 시멘트 표면에 대한 실험에서는 코팅제 도포, 1시간 건조 및 박리 과정을 2회 반복한 결과, 짧은 시간에도 불구하고 제거 효율이 13.1%로 상용 코팅제(8.4%)보다 1.5배 높은 성능을 확인했다. 이러한 성능 향상은 카테콜 물질이 가진 강한 접착력과 코팅 내부 결합력 덕분에 오염된 입자와 표면을 효과적으로 포집할 수 있어 가능했다. 

한편, 연구팀은 사용 후 코팅 폐기물을 아세톤 용매에 다시 용해할 수 있음을 확인했다. 이를 통해 방사성 오염물을 분리하고, 흡착제를 이용해 방사성 핵종을 제거함으로써 폐기물 저감 및 소재 재활용 가능성도 제시했다.

이번 연구를 주도한 양희만 박사는 “이번 기술은 기존 제염 코팅 대비 빠른 제염 속도와 높은 제거 효율, 코팅 폐기물의 처리 및 재활용 가능성까지 제시했다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 원전 해체 및 방사능 사고 대응 등 원자력 안전 분야에서 다양하게 활용될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 국방과학연구소 민군협력진흥원 민군겸용기술개발사업의 지원으로 수행되었으며, 연구 결과는 재료과학 분야 권위적 학술지인 머터리얼즈 호라이즌스(Materials Horizons)에 2026년 3월 온라인 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]