심층 지질 저장소

미국 칼즈배드 인근 폐기물 격리 시험 시설에서 초우라늄 폐기물을 배치하는 기술자들]] **심층 지질 저장소**(Deep geological repository)는 일반적으로 지표면 아래 200~1,000m 깊이의 안정적인 지질 환경 내에 유해 폐기물 또는 방사성 폐기물을 저장하는 방법이다.website=www.geolsoc.org.uk 이는 미래의 유지보수 없이 높은 수준의 장기적인 격리 및 봉쇄를 제공하도록 설계된 폐기물 형태, 폐기물 패키지, 공학적 밀봉 및 지질의 조합을 포함한다. 이는 방사성 위험을 방지하기 위함이다. 캐나다(자이언트 광산)와 독일(헤링겐의 헤르파-노이로데 및 첼리츠에 있는 포타시 광산)을 포함하여 전 세계적으로 수많은 수은, 사이안화물 및 비소 폐기물 저장소가 운영되고 있다.language=en 핀란드의 옹칼로는 가장 발전된 옹칼로 사용후 핵연료 저장소로, 방사성 폐기물 저장 시설이 건설 중에 있다.
# 원리와 배경
더 이상 재활용할 수 없는 고독성 폐기물은 공기, 토양 및 지하수의 오염을 피하기 위해 격리하여 보관해야 한다. 심층 지질 저장소는 수백만 년 동안 안정적일 것으로 예상되는 지질 구조에 폐기물을 격리하는 장기 저장 유형으로, 여러 천연 및 공학적 장벽이 있다. 천연 장벽에는 지하 저장소 위와 주변의 불침투성(예: 점토) 및 불기체성(예: 소금) 암석층이 포함된다. 공학적 장벽에는 벤토나이트 점토와 시멘트가 포함된다.access-date=11 May 2017 2011년, 국제 핵분열성 물질 패널은 다음과 같이 말했다. work=Bulletin of the Atomic Scientists 저장소의 일반적인 요소에는 방사성 폐기물, 폐기물을 둘러싼 용기, 용기 주변의 기타 공학적 장벽 또는 밀봉, 용기를 수용하는 터널, 그리고 주변 지역의 지질 구성이 포함된다.access-date=11 May 2017 지하 수백 미터 아래의 저장 공간은 미래의 하나 이상의 빙하기 효과, 즉 암석 위에 두꺼운 얼음층이 놓이는 것을 견뎌야 한다.http://www.iaea.org/inis/collection/NCLCollectionStore/_Public/28/076/28076961.pdf.date=March 2022access-date=11 May 2017 빙상 존재는 저장소 깊이의 정수압, 지하수 흐름 및 화학적 성분, 그리고 지진 가능성에 영향을 미친다. 이는 스웨덴, 핀란드, 캐나다 및 미래 빙하의 영향을 평가해야 하는 일부 다른 국가에서 장기 폐기물 저장소를 준비하는 기관들이 고려하고 있다. 지질 처분이 안전하고 기술적으로 실현 가능하며 환경적으로 건전하다는 많은 전문가들 사이의 오랜 합의에도 불구하고, 많은 국가의 일반 대중 상당수는 반핵 운동으로 인해 여전히 회의적이다.Vandenbosch, Robert, and Susanne E. Vandenbosch. 2007. Nuclear waste stalemate. Salt Lake City, Utah: University of Utah Press. 이러한 노력을 지지하는 사람들이 직면한 과제 중 하나는 저장소가 미래에 발생할 수 있는 모든 방출이 심각한 건강 또는 자연 환경 위험을 초래하지 않을 정도로 오랫동안 폐기물을 보관할 것임을 확신하게 입증하는 것이다. 핵연료 재처리는 저장소의 필요성을 없애지는 않지만, 필요한 부피, 장기 방사능 위험, 장기 열 방출 용량을 줄인다. 재처리는 저장소 부지 선정에 대한 정치적, 지역적 문제를 없애지 않는다.
## 천연 방사성 저장소
천연 우라늄 광상 매장지는 지질 형성물 내 방사성 원소의 안정성을 입증하는 개념 증명 역할을 한다. 예를 들어 시가 레이크 광산은 사암과 석영 층 아래 450m 깊이에 위치한 고농축 우라늄광의 천연 매장지로, 10억 년 동안 방사성 물질이 지표면으로 유출된 적이 없다.url-status=dead 핵폐기물용 스웨덴 KBS-3 캡슐 천연 지질 장벽이 방사성 폐기물을 격리하는 능력은 가봉 오클로의 천연 핵분열로에 의해 입증되었다. 긴 반응 기간 동안 우라늄 광체 내에서 약 5.4톤의 핵분열 생성물과 1.5톤의 플루토늄 및 기타 초우라늄 원소가 생성되었다. 이 플루토늄과 다른 초우라늄 원소들은 거의 20억 년에 걸쳐 현재까지 움직이지 않고 남아 있었다.R. Naudet. 1976. The Oklos nuclear reactors: 1800 millions years ago. Interdisciplinary Science Reviews, 1(1) pp. 72–84. 이는 지하수가 퇴적물에 쉽게 접근할 수 있었고, 유리와 같이 화학적으로 불활성 형태가 아니었다는 점에서 주목할 만하다.
# 연구
심층 지질 처분은 수십 년 동안 연구되어 왔으며, 실험실 테스트, 탐사 시추공, 대규모 현장 테스트가 진행되는 지하 연구소 건설 및 운영 등이 포함된다.publisher=IAEA 주요 지하 시험 시설은 다음과 같다. {| class="wikitable sortable" ! 국가 ! class="unsortable" | 시설명 ! class="unsortable" | 위치 ! class="unsortable" | 지질 ! data-sort-type="number" | 깊이 ! class="unsortable" | 상태 |- | 벨기에 | HADES 지하 연구 시설 | 몰 | 가소성 점토 | 223 m | 1982년부터 운영 |- | 캐나다 | AECL 지하 연구실 | 피나와 | 화강암 | 420 m | 1990–2006 |- | 핀란드 | 옹칼로 | 올킬루오토 | 화강암 | 400 m | 건설 중website=posiva.fi |- | 프랑스 | 뫼즈/오트마른 지하 연구소 | 뷔르 | 이암 | 500 m | 1999년부터 운영website=andra.fr |- | 일본 | 호로노베 심층 지하 연구소 | 호로노베정 | 퇴적암 | 500 m | 건설 중 |- | 일본 | 미즈나미 지하 연구소 | 미즈나미시 | 화강암 | 1000 m | 건설 중access-date=11 May 2017publication-place=Japan |- | 대한민국 | KAERI 지하 연구 터널 | 대전 | 화강암 | 120 m | 2006년부터 운영access-date=13 April 2018 |- | 스웨덴 | 애스푀 경암 연구소 | 오스카르스함 | 화강암 | 450 m | 1995년부터 운영 |- | 스위스 | 그림젤 시험장 | 그림젤 고개 | 화강암 | 450 m | 1984년부터 운영 |- | 스위스 | 몽테리 암석 연구소 | 몽테리 | 이암 | 300 m | 1996년부터 운영url-status=dead |- | 미국 | 유카산 핵폐기물 저장소 | 네바다주 | 응회암, 이그님브라이트 | 50 m | 1997–2008 |}
# 핵 폐기물 저장소 부지
{| class="wikitable sortable" |- class="hintergrundfarbe6" ! 국가 ! class="unsortable" | 시설명 ! class="unsortable" | 위치 ! class="unsortable" | 폐기물 ! class="unsortable" | 지질 ! data-sort-type="number" | 깊이 ! class="unsortable" | 상태 |- | 아르헨티나 | 시에라 델 메디오 | 가스트레 | | 화강암 | | 1976년 제안, 1996년 중단language=en |- | 벨기에 | 하데스 (고준위 폐기물 실험장) | | 고준위 폐기물 | 가소성 점토 | ~225 m | 논의 중 |- | 캐나다 | OPG DGR | 온타리오주 | 200,000 m3 저·중준위 폐기물 | 점토질 석회암 | 680 m | 2011년 허가 신청,website=opg.com 2020년 취소website=World Nuclear News |- | 캐나다 | NWMO DGR | 온타리오주 | 사용후 핵연료 | | | 부지 선정 중 |- | 중국 | | | | | | 논의 중 |- | 핀란드 | VLJ | 올킬루오토 | 저·중준위 폐기물 | 토날라이트 | 60–100 m | 1992년부터 운영T. Aikas and P. Antilla. 2008. Repositories for low- and intermediate-level waste in Finland. Reviews in Eng. Geology 19, pp. 67–71. |- | 핀란드 | | 로비사 | 저·중준위 폐기물 | 화강암 | 120 m | 1998년부터 운영 |- | 핀란드 | 옹칼로 | 올킬루오토 | 사용후 핵연료 | 화강암 | 400 m | 건설 중 |- | 프랑스 | 시제오 (산업 지질 저장 센터) | 뷔르 (뫼즈주) | 고준위 폐기물 | 이암 | 500 m | 2023년 허가 신청website=World Nuclear News |- | 독일 | 샤흐트 아서 2 | 니더작센주 | | 염돔 | 750 m | 1995년 폐쇄 |- | 독일 | 모르스레벤 | 작센안할트주 | 40,000 m3 저·중준위 폐기물 | 염돔 | 630 m | 1998년 폐쇄 |- | 독일 | 고를레벤 | 니더작센주 | 고준위 폐기물 | 염돔 | | 제안, 보류 중 |- | 독일 | 샤흐트 콘라트 | 니더작센주 | 303,000 m3 저·중준위 폐기물 | 퇴적암 | 800 m | 건설 중 |- | 일본 | | | 유리화 고준위 폐기물access-date=2019-03-02 | |>300 m | 논의 중language=ja |- | 대한민국 | 월성 | 경주시 | 저·중준위 폐기물 | | 80 m | 2015년부터 운영date=September 2015 |- | 대한민국 | | | 고준위 폐기물 | | | 부지 선정 중access-date=2021-01-06 |- | 스웨덴 | SFR | 포스마르크 | 63,000 m3 저·중준위 폐기물 | 화강암 | 50 m | 1988년부터 운영website=skb.se |- | 스웨덴 | | 포스마르크 | 사용후 핵연료 | 화강암 | 450 m | 2011년 허가 신청archive-date=2011-07-22 2011년 3월 허가 신청 |- | 스위스 | | | 고준위 폐기물 | 점토 | | 부지 선정 중 |- | 영국 | | | 고준위 폐기물 | | | 논의 중website=mrws.decc.gov.uk |- | 미국 | 폐기물 격리 시험 시설 | 뉴멕시코주 | 초우라늄 폐기물 | 소금층 | 655 m | 1999년부터 운영 |- | 미국 | 유카산 프로젝트 | 네바다주 | 70,000톤 고준위 폐기물 | 이그님브라이트 | 200–300 m | 제안, 2010년 취소 |}
# 특정 부지에서의 저장소 현황
핀란드 올킬루오토 원자력 발전소 부지에 건설 중인 지질 저장소의 개략도 올킬루오토의 시범 터널 2014년 2월, 미국 [[폐기물 격리 시험 시설에서 손상된 저장 드럼에서 방사성 물질이 유출되었다. 미국 에너지부의 여러 사고 분석 결과 "안전 문화" 부족이 드러났다.Cameron L. Tracy, Megan K. Dustin & Rodney C. Ewing, Policy: Reassess New Mexico's nuclear-waste repository, Nature, 13 January 2016.]] 적절한 심층 최종 저장소를 선정하는 과정이 여러 국가에서 진행 중이며, 첫 번째 저장소는 2010년 이후에 가동될 것으로 예상된다.archive-date=2009-02-25
## 오스트레일리아
2000년대 초, 핵 발전소를 한 번도 가동한 적이 없고 연구용 원자로가 하나뿐인 오스트레일리아와 러시아에 국제 고준위 폐기물 저장소를 건설하자는 제안이 있었다.s2cid=154638890Disposition of high-level waste and spent nuclear fuel: The continuing societal and technical challenges. Washington, DC: National Academy Press. 2001. 오스트레일리아에 전 세계 저장소를 건설하자는 제안이 제기된 이후, 국내 정치적 반대가 거세고 지속적이어서 오스트레일리아에 그러한 시설이 들어설 가능성은 낮아졌다.
## 캐나다
자이언트 광산 자이언트 광산은 고독성 비소 폐기물을 분말 형태로 저장하기 위한 심층 저장소로 사용되어 왔다. 2020년 현재, 이 폐기물을 화학적으로 더 안정적이고 수질 오염을 방지하는 냉동 블록 형태로 재처리하기 위한 연구가 진행 중이다.access-date=2020-05-15 2024년 11월 28일, NWMO는 와비군 호수 오지브웨이 부족-이그나스 지역을 캐나다 사용후 핵연료 심층 지질 저장소 부지로 선정했다.https://www.cbc.ca/news/canada/thunder-bay/nuclear-waste-storage-site-chosen-1.7395660title=Canada's deep geological repository pipe NWMO
## 핀란드
KBS-3 기술을 기반으로 한 핀란드의 옹칼로 부지는 전 세계 저장소 중 운영에 가장 가까이 다가섰다. 포시바는 2004년에 부지 건설을 시작했다. 핀란드 정부는 2015년 11월에 최종 처분 시설 건설 허가를 회사에 발급했다. 2019년 6월 현재, 지속적인 지연으로 인해 포시바는 2023년에 운영을 시작할 것으로 예상하고 있다.
## 독일
헤링겐의 헤르파-노이로데와 첼리츠에 있는 포타시 광산을 포함한 여러 저장소는 수년 동안 고독성 수은, 사이안화물 및 비소 폐기물을 저장하는 데 사용되었다. 핵 폐기물과는 달리 시간이 지나도 독성을 잃지 않음에도 불구하고, 독성 폐기물에 대한 독일의 논쟁은 거의 없다. 방사성 폐기물의 최종 저장소 찾기에 대한 논쟁이 있으며, 특히 고를레벤 마을이 있는 뤼호우-다넨베르크의 벤틀란트 지역에서는 시위가 동반된다. 이 지역은 1990년까지 서독의 외딴 경제 침체 지역에 위치하고 구 동독과의 폐쇄된 국경 옆에 있어 최종 저장소에 이상적이라고 여겨졌다. 통일 후, 이 마을은 현재 독일 중심부와 가까워졌으며, 현재는 핵 폐기물의 임시 저장소로 사용되고 있다. 아서 산맥에 위치한 샤흐트 아서 2는 1965년부터 연구 광산으로 사용되었다고 알려진 전 염광이다. 1967년부터 1978년까지 방사성 폐기물이 저장되었다. 연구에 따르면 1988년부터 방사성 세슘-137, 플루토늄 및 스트론튬으로 오염된 고염수가 광산에서 유출되고 있었지만 2008년 6월까지 보고되지 않았다.website=dw3d.de 모르스레벤 방사성 폐기물 저장소는 작센안할트주 모르스레벤의 바르텐스레벤 염광에 위치한 심층 지질 저장소로, 1972년부터 1998년까지 사용되었다. 2003년부터 480000 m3의 소금-콘크리트가 상층부를 임시적으로 안정화하기 위해 광산으로 주입되었다.
## 스웨덴
2022년 1월, 포스마르크 원자력 발전소 부지에 KBS-3 기술을 이용한 직접 처분 시설 건설이 승인되었다.language=sv
## 영국
영국 정부는 다른 많은 국가들과 마찬가지로 과학적 조언을 바탕으로 고준위 방사성 폐기물 처분을 위한 가장 적절한 수단으로 영구적인 심층 지하 처분을 확인했다. 방사성 폐기물 관리(RWM) 지질 처분 시설(GDF)을 제공하기 위해 2014년에 설립되었으며, 영국 역사적 핵 시설의 정화를 담당하는 원자력 폐기물 처리청(NDA) 저장소를 조사할 수 있다고 밝혔다.access-date=2020-04-28 연방 정부의 공식적인 계획이 구체화되지 않았음에도 불구하고, 민간 부문은 자체 계획을 추진했다. 홀텍 인터내셔널은 2017년 3월에 뉴멕시코주 남동부의 자율 통합 중간 저장 시설(CISF)에 대한 허가 신청서를 NRC에 제출했다. 마찬가지로, 임시 저장 파트너스도 앤드루스군, 텍사스주에 CISF를 건설하고 운영할 계획이다. 한편, 다른 회사들은 DOE가 핵 폐기물 중간 저장 시설 설계를 위해 예상되는 조달에 입찰할 준비가 되어 있다고 밝혔다.access-date=2020-04-28 NRC는 2021년 9월에 앤드루스군 CISF에 대한 허가를 발급했다. 텍사스주를 포함한 한 그룹은 이 허가에 대한 법원 검토를 청원했다. 2023년 8월, 미국 제5연방순회항소법원은 NRC가 핵 발전소 또는 연방 부지에 있지 않은 그러한 임시 저장 시설에 대한 허가를 의회로부터 부여받을 권한이 없다고 판결하여, 주장된 허가를 무효화했다. 다른 뉴멕시코 CISF도 유사하게 미국 제10연방순회항소법원에서 이의가 제기되고 있다.access-date=3 September 2023 캘리포니아 버클리에 본사를 둔 기업 딥 아이솔레이션(Deep Isolation)language=en-US은 석유 및 가스 채굴을 위해 개발된 기술을 사용하여 방향성 시추공에 방사성 폐기물 용기를 수평으로 저장하는 해결책을 제안했다. 18인치 시추공은 지질학적으로 안정적인 지층에서 수천 피트 깊이로 수직으로 향할 수 있으며, 그 후 유사한 길이의 수평 폐기물 처분 섹션이 생성되어 시추공이 밀봉되기 전에 폐기물 용기가 저장된다.language=en-US