과학자들은 원자력 산업의 정화작업에 사용될 수 있는 그래핀의 놀라운 능력이 발견한 후 중요한 이정표 달성을 자축하고 있다. 맨체스터 대학의 과학자들은 그래핀을 기반으로 한 막을 이용하면 보다 효율적으로 중수를 생산할 수 있음을 보여 원자력을 더 깨끗하고 저렴하게 이용할 수 있는 길을 열었다.

산화중수소라고도 알려진 중수는 원자로의 핵심 요소 중의 하나다. 그래핀을 이용하여 중수를 생산할 경우 연간 백만 톤의 이산화탄소 배출을 줄일 수 있는 기대를 할 수 있게 되었다.

네이처 커뮤니케이션스에 게재한 논문에서 맨체스터 연구팀은 확대한 그래핀 막 프로토타입으로 중수를 생산할 수 있는 능력을 입증했다. 복잡한 중수 생산 공정에는 수소 동위원소를 분리하는 것도 포함되어 있다.

그래핀의 독특한 물적 특성은 아원자 입자를 효과적으로 분리할 수 있는 잠재력을 가지고 있어 중수 생산 공정을 더 효율적이고 비용대비 효과가 높게 할 수 있다고 연구팀은 밝혔다.

연필심과 같은 흑연에서 파생된 그래핀은 하나의 얇은 원자 층으로 이루어져 있으며 맨체스터 대학의 물리학자 안드레 가임과 코스티야 노보셀로프가 발견을 주도한 물질이다. 그래핀은 지금까지 알려진 가장 강하고 전도성이 높은 물질로 알려져 있으며, 전자, 재료 공학은 물론이고 의료 분야까지 방대한 적용 가능성을 가지고 있다.

동일한 맨체스터 연구팀은 작년에 그래핀이 효과적으로 수소 동위원소를 체로 거를 수 있음을 발견했다. 하지만 확대한 생산 규모에 적합한 막이나 성형 방법이 없었기 때문에 산업적으로 이용할 기회는 없었다.

하지만 이번에 연구팀은 완전하게 확장이 가능한 프로토타입 막을 개발했으며 기초 연구에서 동위원소를 분리할 수 있음을 입증한 것이다.
맨체스터 대학의 리서치 펠로우인 로자다-하이달고는 이번 발견은 혁명적 기술을 산업적으로 적용하는데 있어 중요한 이정표를 기록한 것이라고 말했다.

잠재적인 이득은 원자력과 같은 고도로 보수적인 산업에도 적용이 타당할 정도로 크다. 연구팀은 그래핀을 사용할 경우 중수를 생산하는데 소요되는 에너지를 1/100보다 더 줄일 수 있는 것으로 추정하고 있다.

2010년 그래핀에 대한 업적으로 노벨상을 받은 응집 물질 물리학 교수 안드레 가임은 원자력발전소에서 생성된 삼중수소는 환경 재해를 일으키기 때문에 전 세계적으로 우려하는 물질이라고 하면서, 이 기술은 원자력발전소의 환경적 부담을 경제적으로 줄일 수 있을 것으로 생각한다고 덧붙였다.

신소재를 통해 에너지 소비를 줄이고 환경 오염물질을 원자 수준에서 정화할 수 있는 방법이 개발되고 있다. 방사성 폐기물은 물론이고 미세 먼지와 같은 환경 오염물질 정화에 도움이 될 것으로 보인다.