본 논문에서는 최근 새롭게 제안된 심부수평시추공처분 개념을 소개하고, 우리나라 여건에서는 어떻게 적용될 수 있을지에 대하여 고려해 보았다. 이 개념은 방향제어시추기술로 심부수평시추공을 설치하고 고준위방사성폐기물을 처분하는 개념으로, 경제성과 안전성에서 기존의 동굴식 처분개념에 비해 큰 장점을 가지고 있는 것으로 평가된다. 그러나, 아직까지 아이디어 수준이므로 국제사회에서 처분 안전성과 성능을 실증하기까지 시간이 꽤 걸릴 것이고, 규제기관의 지침 개발도 뒷받침되어야 하는 문제가 있다. 우리나라는 국토가 좁고 인구밀도가 높아 NIMBY (Not In My Back Yard) 현상이 강할 수 밖에 없고, 더불어 사용후핵연료 발생량도 적지 않아 매우 어려운 입지여건을 가지고 있다. 이러한 여건에서 연안 육지부보다는 대륙붕의 안정된 환경의 장점을 살려 연안 해저암반을 심부수평시추공처분 개념의 처분영역으로 활용한다면 해당 지역사회의 심리적인 불안감을 획기적으로 완화시킬 수 있고 처분 안전성도 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다. 더불어, 중앙집중식 심부동굴처분시설을 건설하는 경우에도 대륙붕을 활용하여 동일한 장점을 살리는 것을 고려해볼 필요가 있다.
본 논문에서는 최근 새롭게 제안된 심부수평시추공처분 개념을 소개하고, 우리나라 여건에서는 어떻게 적용될 수 있을지에 대하여 고려해 보았다. 이 개념은 방향제어시추기술로 심부수평시추공을 설치하고 고준위방사성폐기물을 처분하는 개념으로, 경제성과 안전성에서 기존의 동굴식 처분개념에 비해 큰 장점을 가지고 있는 것으로 평가된다. 그러나, 아직까지 아이디어 수준이므로 국제사회에서 처분 안전성과 성능을 실증하기까지 시간이 꽤 걸릴 것이고, 규제기관의 지침 개발도 뒷받침되어야 하는 문제가 있다. 우리나라는 국토가 좁고 인구밀도가 높아 NIMBY (Not In My Back Yard) 현상이 강할 수 밖에 없고, 더불어 사용후핵연료 발생량도 적지 않아 매우 어려운 입지여건을 가지고 있다. 이러한 여건에서 연안 육지부보다는 대륙붕의 안정된 환경의 장점을 살려 연안 해저암반을 심부수평시추공처분 개념의 처분영역으로 활용한다면 해당 지역사회의 심리적인 불안감을 획기적으로 완화시킬 수 있고 처분 안전성도 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다. 더불어, 중앙집중식 심부동굴처분시설을 건설하는 경우에도 대륙붕을 활용하여 동일한 장점을 살리는 것을 고려해볼 필요가 있다.
This technical note introduces a newly-proposed concept of deep horizontal drillhole disposal of spent nuclear fuel, and considers how it can be applied in the Korean environment. This disposal concept, in which high-level radioactive waste is disposed in deep horizontal drillholes installed with di...
This technical note introduces a newly-proposed concept of deep horizontal drillhole disposal of spent nuclear fuel, and considers how it can be applied in the Korean environment. This disposal concept, in which high-level radioactive waste is disposed in deep horizontal drillholes installed with directional drilling technique, is expected to have great advantages over the existing deep mined repository concept in economics and safety. Since this concept is still at the idea level, however, it is necessary for worldwide expert groups to demonstrate its safety and performance. In addition, the development of guidelines by the regulatory body should be supported. The Korean circumstances, which include a narrow territory and a high population density, as well as the amount of spent nuclear fuel, make the NIMBY (Not In My Back Yard) phenomenon very strong and the siting conditions difficult. Under these conditions, if the disposal section of deep horizontal drillhole concept can be located at the continental shelf, with a stable environment, rather than in a coastal land area, it is expected to alleviate the psychological anxiety of the local community and stakeholders. Moreover, even when constructing a centralized deep mined repository in the future, it is necessary to consider locating the repository in the continental shelf.
This technical note introduces a newly-proposed concept of deep horizontal drillhole disposal of spent nuclear fuel, and considers how it can be applied in the Korean environment. This disposal concept, in which high-level radioactive waste is disposed in deep horizontal drillholes installed with directional drilling technique, is expected to have great advantages over the existing deep mined repository concept in economics and safety. Since this concept is still at the idea level, however, it is necessary for worldwide expert groups to demonstrate its safety and performance. In addition, the development of guidelines by the regulatory body should be supported. The Korean circumstances, which include a narrow territory and a high population density, as well as the amount of spent nuclear fuel, make the NIMBY (Not In My Back Yard) phenomenon very strong and the siting conditions difficult. Under these conditions, if the disposal section of deep horizontal drillhole concept can be located at the continental shelf, with a stable environment, rather than in a coastal land area, it is expected to alleviate the psychological anxiety of the local community and stakeholders. Moreover, even when constructing a centralized deep mined repository in the future, it is necessary to consider locating the repository in the continental shelf.
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문제 정의
DMR 개념 외에도 미국의 DOE에서 검토한바 있는 심부수직시추공처분(Deep Borehole Disposal; 이하, 'DBD') 개념에 대한 국내 적용 타당성을 연구[2]하는 등 향후 정부가 정책을 결정할 때를 대비하여 선택 가능한 다양한 처분기술을 연구하고 있다. 본 논문은 이러한 배경에서 새롭게 제안된 DHD 개념의 핵심적인 내용을 소개하고, 우리나라 여건에서 기술적인 측면의 적용 여건을 예비적으로 검토하였다.
본 연구는 최근 미국 Deep Isolation(주)가 새롭게 제안한 DHD 개념을 소개하고, 우리나라 여건에서는 어떻게 적용될 수 있을지에 대하여 고려해 보았다. 이 개념의 주요 장점은 처분공의 직경이 작아 DMR 개념보다 암반을 덜 교란시키고, 고도로 발달된 시추기술을 사용할 수 있고, 모듈화가 가능하여 원전 부지 근처에서 처분할 수 있으므로 운반 문제를 최소화할 수 있고, 지하에 작업자가 필요 없기 때문에 비용과 안전성 문제가 개선된다는 것으로 요약할 수 있다.
미국의 경우는 Nuclear Waste Policy Act에서 Yucca Mountain을 유일한 처분장시설로 명시하여 처분사업을 진행하였지만 2010년에 정치적인 이유로 중단되기에 이르렀다. 이러한 상황을 타개하기 위한 아이디어로서 최근 미국의 민간회사인 Deep Isolation㈜에서 원전 부지 주변에서도 적용 가능한 새로운 처분개념을 제안하였다. 이 아이디어는 석유산업에서 개발된 정밀한 방향제어시추기술을 활용하여 심부수평시추공을 뚫어 사용후핵연료 또는 고준위방사성폐기물을 처분하는 것으로서, 심부수평시추공처분(Deep Horizontal Drillhole Disposal; 이하,'DHD')[1]이라 한다.
성능/효과
DHD 개념이 제안된 가장 근본적인 계기는, 퇴적암층내 덮개암(caprock) 하부층에 매장되어 있는 메탄개스가 전혀 지표 상으로 누출되지 않는다는 점이었다. 이러한 지질학적 특성은 사용후핵연료의 장기적인 처분안전성을 보장해 줄 수 있는 조건에 해당된다.
후속연구
지화학적으로는 처분장 심도에서 육지부와 마찬가지로 환원상태일 것으로 예상된다. 다만, 대륙붕 지하수가 상향흐름이 없고, 지하수 체류시간이 충분히 오래 되어야 하는 요건에 대해서는 추후의 연구를 통하여 확인되어야 할 필요가 있다. 또한, 장기적인 기후변화에 의하여 해수면 변동이 일어나거나 융기, 침강, 침식 등의 지각변동에 의하여 대륙붕주변의 지하수체계가 변동할 수 있는지, 그러한 영향이 처분장 안전성에 어떠한 결과를 초래할 수 있는지에 관한 연구도 필요하다.
다만, 대륙붕 지하수가 상향흐름이 없고, 지하수 체류시간이 충분히 오래 되어야 하는 요건에 대해서는 추후의 연구를 통하여 확인되어야 할 필요가 있다. 또한, 장기적인 기후변화에 의하여 해수면 변동이 일어나거나 융기, 침강, 침식 등의 지각변동에 의하여 대륙붕주변의 지하수체계가 변동할 수 있는지, 그러한 영향이 처분장 안전성에 어떠한 결과를 초래할 수 있는지에 관한 연구도 필요하다.
해양 조건에서의 해저 암반에 대한 조사 및 평가기술이 마련되어야 하고, 염수 포화조건에서의 처분장의 성능과안전성을 확보하기 위한 추가적인 연구가 필요하다. 사용후핵연료 발생량이 많지 않은 나라에서는 꽤 매력 있는 방안일 것이므로 앞으로 해외에서도 이 분야의 연구가 활발하게 진행될 것으로 기대한다.
특히, 우리나라는 국토가 좁고 인구밀도가 높아 NIMBY 현상이 강할 수 밖에 없고, 더불어 사용후핵연료발생량도 적지 않아 매우 어려운 입지여건을 가지고 있다. 이러한 여건에서, 처분방식을 DMR과 DHD 방식 중에서 무엇을 선택하던지, 실제 처분장을 연안 육지부보다는 대륙붕의 안정된 환경의 장점을 살려 연안 해저암반에 위치시킨다면 해당 지역사회의 심리적인 불안감과 불만을 획기적으로 완화시킬 수 있을 것으로 기대한다.
DHD 개념을 우리나라 여건에서 적용한다고 가정할 때, 이와 같이 연안 대륙붕을 처분영역으로 활용하게 되면 육지부에서보다 처분 안전성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다고 판단된다. 즉, 이 아이디어는 처분장이 내 땅, 내 지역에서 벗어나 있기에 지역사회의 NIMBY 심리를 완화시킬 수 있기도 하지만, 이와 같이 처분 안전성 측면에서도 핵종 누출로 인한 영향이 거의 없다는 안심을 제공할 수 있으므로 수용성 향상을 배가시킬 수 있을 것으로 기대한다. 실제 해저암반에 방사성폐기물 처분시설을 건설하여 성공적으로 운영하고 있는 스웨덴의 SFR 시설이 대표적인 참고 사례라 할 수 있다[9].
해저 암반을 사용후핵연료 처분장으로 활용하기 위해서는 아직 해결되지 않은 여러 불확실성에 대한 해소 노력도 필요하다. 해양 조건에서의 해저 암반에 대한 조사 및 평가기술이 마련되어야 하고, 염수 포화조건에서의 처분장의 성능과안전성을 확보하기 위한 추가적인 연구가 필요하다. 사용후핵연료 발생량이 많지 않은 나라에서는 꽤 매력 있는 방안일 것이므로 앞으로 해외에서도 이 분야의 연구가 활발하게 진행될 것으로 기대한다.
원전부지는 우리나라 여건 상 지리적으로 모두 임해지역에 위치한다. 향후 별도의 관리부지가 선정되더라도사용후핵연료의 원활한 운반 여건을 고려하면 그 역시 임해지역으로 결정될 가능성이 높다. 사용후핵연료 안전관리 관점에서 우리나라의 여건은 국토는 좁고, 인구밀도는 2017년 기준 513 명/km2으로 세계 23위 수준이다.
우리나라는 아직 사용후핵연료의 관리정책을 확정하지 않은 상태이고, 현행법 상 원자력안전법 제35조제4항에 의거 처리, 처분에 관하여 결정하도록 되어 있다. 향후 최종 관리정책이 결정되면 처분해야 할 고준위방사성폐기물의 재고량이 달라질 수 있으며, 우리나라 여건에서 고려할 수 있는 처분개념도 그 폭이 넓어질 수 있다. 한국원자력연구원은 우리나라에서 채택 가능한 다양한 처분개념을 연구하고 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
DHD 개념은 무엇인가?
DHD 개념은 사용후핵연료를 포함하는 고준위방사성폐기물을 내부식성 처분용기(미국의 경우, 대략 직경 22~33 cm, 길이 4.3 m)에 담아 지질학적으로 안정된 암반에 수평시추공을 뚫어 처분하는 개념이다. 이 개념은 지질조건에 따라 차이는 있지만 수 km 깊이의 수직시추공을 먼저 굴착하고, 그 하부부터는 수평에 가깝게 될 때까지 일반적으로 300 ~ 600m의 폭에 걸쳐 점진적으로 수평을 이루도록 곡선화하여 굴착한다.
사용후핵연료를 안전하게 처분하는 방식은 어떤 것이 있는가?
사용후핵연료를 안전하게 처분하는 방식으로는 세계적으로 300~1,000 m 심도의 안정한 심지층에 동굴을 뚫어 처분하는 개념(심부동굴식처분; Deep Mined Repository, 이하 'DMR')이 기술적, 환경적, 도덕적으로 타당한 기술이라는 공감대가 형성되어 있다. 이 개념은 1970년대부터 연구가 시작되었으며 핀란드가 2015년 11월에 세계 최초로 Olkiluoto에 심부동굴식처분시설 건설 허가를 취득하기에 이르렀다.
미국 Deep Isolation(주)가 새롭게 제안한 DHD 개념의 주요 장점은 무엇인가?
본 연구는 최근 미국 Deep Isolation(주)가 새롭게 제안한 DHD 개념을 소개하고, 우리나라 여건에서는 어떻게 적용될 수 있을지에 대하여 고려해 보았다. 이 개념의 주요 장점은 처분공의 직경이 작아 DMR 개념보다 암반을 덜 교란시키고, 고도로 발달된 시추기술을 사용할 수 있고, 모듈화가 가능하여 원전 부지 근처에서 처분할 수 있으므로 운반 문제를 최소화할 수 있고, 지하에 작업자가 필요 없기 때문에 비용과 안전성 문제가 개선된다는 것으로 요약할 수 있다.그러나, 아직까지 이 개념은 아이디어 수준이므로 국제사회에서 처분 안전성과 기술성을 실증하기까지 시간이 꽤 걸릴 것이고, 규제기관의 지침 개발도 뒷받침되어야 한다.
참고문헌 (9)
R.A. Muller, S. Finsterle, J. Grimsich, R. Baltzer, E.A. Muller, J.W. Rector, J. Payer, and J. Apps. May 29 2019. "Disposal of High-Level Nuclear Waste in Deep Horizontal Drillholes", Energies, 12(11) (2019). Accessed Aug. 16 2019. Available from: https://www.mdpi.com/1996-1073/12/11/2052?typecheck_update&version1
J.Y. Lee, M.S. Lee, H.J. Choi, K.S. Kim, and D.K. Cho. Nov 8 2018. "Preliminary Evaluation of Domestic Applicability of Deep Borehole Disposal System", JNFCWT, 16(4), 491-505 (2018). Accessed Aug. 21 2019. Available from: https://doi.org/10.7733/jnfcwt.2018.16.4.491
Nuclear Safety and Security Commission, "General Guidelines for Deep Geological Disposal Facility of High-Level Radioactive Waste", NSSC Notice 2015-021 (2016).
J.Y. Lee, M.S. Lee, I.Y. Kim, H.J. Choi, D.K. Cho. An Engineered Barrier Concept of Reference Deep Geological Disposal System for Hi-burnup Spent Fuels, Korea Atomic Energy Research Institute Report, KAERI/TR-7405/2018 (2018).
National Geographic Information Institute, National Geographic Map II of Republic of Korea, 166-172, NGII, Suwon, ROK (2016).
S.H. Yoon, G.B. Kim, Y.J. Joe, C.S. Koh, and Y.K. Kwon, Feb 2015. "Origin and evolution of geologic basement in the Korean continental margin of East Sea, based on the analysis of seismic reflection profiles", J. Geological Soc. Korea, 51(1), 37-52 (2015).
Deep Isolation Inc. "FAQs - Deep Isolation Technology", Accessed Aug. 23 2019. Available from: http://www.deepisolation.com/faqs/
R.A. Freeze and J.A. Cherry, Groundwater, Prentice-Hall, NJ, USA (1977).
M. Skogsberg and R. Ingvarsson, "Operational experience from SFR - Final repository for low- and intermediate level waste in Sweden", International topical meeting TOPSEAL 2006, Transactions (2006).
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