심층 지질 저장소

섬네일|upright=1.4|미국 뉴멕시코주 칼즈배드 인근 폐기물 격리 시험 시설에서 초우라늄 폐기물을 배치하는 기술자들

심층 지질 저장소()는 일반적으로 지표면 아래 200~1,000m 깊이의 안정적인 지질 환경 내에 유해 폐기물 또는 방사성 폐기물을 저장하는 방법이다. 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. 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.

2011년, 국제 핵분열성 물질 패널은 다음과 같이 말했다.

저장소의 일반적인 요소에는 방사성 폐기물, 폐기물을 둘러싼 용기, 용기 주변의 기타 공학적 장벽 또는 밀봉, 용기를 수용하는 터널, 그리고 주변 지역의 지질 구성이 포함된다.

지하 수백 미터 아래의 저장 공간은 미래의 하나 이상의 빙하기 효과, 즉 암석 위에 두꺼운 얼음층이 놓이는 것을 견뎌야 한다. 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. 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.

섬네일|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. 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. 주요 지하 시험 시설은 다음과 같다.

 핵 폐기물 저장소 부지 

 특정 부지에서의 저장소 현황 
섬네일|upright=2.4|핀란드 올킬루오토 원자력 발전소 부지에 건설 중인 지질 저장소의 개략도
섬네일|올킬루오토의 시범 터널
섬네일|2014년 2월, 미국 폐기물 격리 시험 시설에서 손상된 저장 드럼에서 방사성 물질이 유출되었다. 미국 에너지부의 여러 사고 분석 결과 "안전 문화" 부족이 드러났다.
적절한 심층 최종 저장소를 선정하는 과정이 여러 국가에서 진행 중이며, 첫 번째 저장소는 2010년 이후에 가동될 것으로 예상된다.

 오스트레일리아 
2000년대 초, 핵 발전소를 한 번도 가동한 적이 없고 연구용 원자로가 하나뿐인 오스트레일리아와 러시아에 국제 고준위 폐기물 저장소를 건설하자는 제안이 있었다. 오스트레일리아에 전 세계 저장소를 건설하자는 제안이 제기된 이후, 국내 정치적 반대가 거세고 지속적이어서 오스트레일리아에 그러한 시설이 들어설 가능성은 낮아졌다.

 캐나다 

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.

2024년 11월 28일, NWMO는 와비군 호수 오지브웨이 부족-이그나스 지역을 캐나다 사용후 핵연료 심층 지질 저장소 부지로 선정했다.

 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. , 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. 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.

 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) 는 지질 처분 시설(GDF)을 제공하기 위해 2014년에 설립되었으며, 영국 역사적 핵 시설의 정화를 담당하는 원자력 폐기물 처리청(NDA) 의 자회사이다. 2022년, 핵폐기물 서비스(NWS)는 RWM과 컴브리아주의 저준위 폐기물 저장소의 합병으로 설립되었다.

GDF는 지역 사회의 동의 기반 프로세스 를 통해 제공될 것이며, 지역 사회와 긴밀히 협력하여 장기적인 신뢰를 구축하고 GDF가 지역의 이익과 우선 순위를 지원하도록 할 것이다.

이 정책은 GDF와 함께 살게 될 사람들의 동의를 요구하며, 그들에게 논의 진행 속도에 대한 영향력을 부여하는 것을 강조한다.

첫 번째 워킹 그룹은 2020년 말과 2021년 초에 컴브리아주의 코플랜드 와 앨러데일 에서 설립되었다. 이 워킹 그룹들은 해당 지역에서 GDF를 유치하기 위한 동의를 얻는 과정을 시작했다. 이 워킹 그룹들은 GDF를 위한 자발적인 공동체와 적합하고 실행 가능하며 수용 가능한 부지를 찾는 과정에서 중요한 단계로 여겨진다. 앨러데일은 2023년에 심층 폐기물 저장소 부지 선정 과정에서 철수했다. NWS는 잠재적으로 적합한 지질의 범위가 부지 선정 과정을 수행하기에 불충분하다는 측면에서 이러한 결정을 설명했다.

RWM은 GDF 유치의 이점을 탐색하는 데 관심 있는 사람들과 조직들과 영국 전역의 여러 장소에서 계속 논의하고 있다. 향후 1~2년 안에 전국적으로 더 많은 워킹 그룹이 형성될 것으로 예상된다.

GDF에 대한 모든 제안은 모든 안전 및 보안 테스트를 충족하도록 매우 엄격한 기준 에 따라 평가될 것이다.

 미국 

섬네일|upright=2.2|유카산 핵폐기물 저장소와 핵 폐기물이 저장되는 미국 전역의 위치
미국의 폐기물 격리 시험 시설 (WIPP)은 1999년에 뉴멕시코주 칼즈배드 근처의 깊은 소금층에 최초의 초우라늄 방사성 폐기물 수 큐빅미터를 저장함으로써 가동되었다.

1978년, 미국 에너지부 (DOE)는 네바다주 나이군의 네바다 핵 실험장 보안 구역 내에 있는 유카산을 연구하여 사용후 핵연료 및 고준위 방사성 폐기물 장기 지질 저장소로 적합한지 여부를 결정하기 시작했다. 이 프로젝트는 네바다주 원자력 프로젝트 기구 (핵폐기물 프로젝트 사무소) 및 기타 단체의 소송으로 인해 상당한 반대에 부딪혔고 지연되었다. 버락 오바마 행정부는 2009년 미국 연방 예산 제안에서 이 부지 사용을 거부했으며, "행정부가 핵폐기물 처리에 대한 새로운 전략을 고안하는 동안" 미국 원자력 규제 위원회 (NRC)의 문의에 답변하는 데 필요한 자금 외의 모든 자금을 없앴다.

2009년 3월, 에너지부 장관 스티븐 추는 상원 청문회에서 유카산 부지는 더 이상 원자로 폐기물 저장 옵션으로 간주되지 않는다고 말했다.

2018년 6월, 트럼프 행정부와 일부 의회 의원들은 다시 유카산 사용을 제안하기 시작했으며, 네바다주 상원의원들은 반대 입장을 표명했다.

2020년 2월, 도널드 트럼프 미국 대통령은 네바다주 유카산을 핵폐기물 저장소로 사용하는 계획에 대한 잠재적인 정책 변경에 대해 트위터를 올렸다. 트럼프의 이전 예산에는 유카산 자금이 포함되었지만, Nuclear Engineering International에 따르면, 두 명의 고위 행정부 관리는 최신 지출 계획에는 프로젝트 허가에 대한 자금이 포함되지 않을 것이라고 말했다. 2월 7일, 에너지부 장관 댄 브루일레트는 트럼프의 의견에 동조하며 미국 행정부가 국내 다른 지역의 중간 또는 임시 저장 시설과 같은 다른 유형의 [핵] 저장소를 조사할 수 있다고 밝혔다.

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. 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.

캘리포니아 버클리에 본사를 둔 기업 딥 아이솔레이션(Deep Isolation)은 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.

 같이 보기 
 지구에서 가장 안전한 곳으로의 여정
 핵폐기물 처리 기술 목록
 폐기물 격리 시험 시설
 핵 기호학
 프랑스의 핵폐기물 관리

 각주 

 외부 링크 
 Study by the World Nuclear Organization, 
 Sandia Report, Granite Disposal of U.S. High-Level Radioactive Waste
 Sandia Report, Salt Disposal of Heat-Generating Nuclear Waste

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