英 브리스톨대 연구팀, 방사성 폐기물 이용한 다이아몬드 배터리 개발
[데일리포스트=김정은 기자] 원전을 돌리면 필연적으로 나오는 사용 후 핵연료(핵폐기물) 등 방사성 폐기물이 수천 년 이상 지속되는 배터리로 재탄생할 전망이다.
원자력 발전은 이산화탄소 배출량이 적고 화력발전보다는 깨끗한 발전 방식이다. 하지만 발전 후 남게 되는 방사성 폐기물은 산업 이용이 끝난 후에도 계속해서 해로운 방사선을 방출하기 때문에 인류가 만들어낸 최악의 위험 물질로 불리고 있다.
과학기술 전문 매체인 테크엑스플로어(techxplore)는 20일(현지시간) 영국 브리스톨 대학 연구팀이 방사성 폐기물을 캡슐화해 충전 없이도 지속되는 혁신적인 ‘다이아몬드 배터리(Diamond battery)' 기술을 개발했다고 보도했다.
다이아몬드 배터리의 기본 원리는 다이아몬드 내부에 방사선을 안전하게 고정해 이를 통해 꾸준히 전기 흐름을 만들어 내는 것이다. 연구를 이끌고 있는 브리스톨 대학 톰 스콧(Tom Scott) 교수는 "별도의 충전이나 유지보수가 필요 없다. 방사성 물질을 캡슐화해, 골칫덩어리인 방사성 폐기물을 원자력 배터리 및 청정에너지 장기 공급원으로 바꿀 수 있다"고 설명했다.
2016년 당시 연구팀은 니켈 방사성 동위원소인 니켈-63(Nickel-63)을 방사선원으로 하는 다이아몬드 배터리의 시제품을 제작해 구동을 확인한 바 있다. 다이아몬드 배터리라는 이름도 연구팀이 직접 만들었다.
이후 연구팀은 효율 개선을 위해 탄소 방사성 동위원소인 ‘탄소-14(carbon-14)’를 이용한 다이아몬드 배터리를 새롭게 개발했다. 탄소-14는 원자력 발전의 감속재로 사용된 흑연에서 추출할 수 있다. 사용된 흑연에서 탄소-14를 추출하면 방사능 자체가 저하될 뿐만 아니라, 방사성 폐기물 보관비용도 절감할 수 있다.
연구팀의 닐 폭스(Neil Fox) 교수는 "탄소-14에서 방출된 단거리 방사선은 다양한 고체 물질에 빠르게 흡수된다. 다이아몬드로 감싸 보관하면 단거리 방사선이 외부로 나오지 않아 안전하다"고 말한다.
다이아몬드 배터리는 기존 배터리와 비교해 저전력이지만 배터리 수명은 혁신적이다. 탄소-14를 이용한 다이아몬드 배터리는 50%를 사용하는데 5730년이 걸린다. 스콧 박사는 "사실상 무한한 전력 공급이 가능해진다. 배터리 교환 및 충전이 어려운, 가령 심장박동기·위성·우주선 등에 적용될 수 있을 것"이라고 언급했다.
다이아몬드 배터리 재료가 방사성 폐기물이라는 점에서 일각에서는 안전 문제를 지적하기도 한다. 그러나 톰 스콧 교수는 "다이아몬드는 지구상에서 가장 강한 물질이다. 안전성 측면에서 전혀 문제가 없다"고 주장했다.
연구팀은 1989년 운전이 정지된 버클리 원자력 발전소의 방사성 폐기물을 재활용해 다이아몬드 배터리를 만들 계획이다. 스콧 박사는 "궁극적 목표는 다이아몬드 배터리에 사용되는 탄소-14를 흑연에서 추출하는 거점을 옛 원자력 발전소 근처에 건설하는 것"이라고 말했다.
처치 곤란인 방사성 폐기물이 거의 영구적으로 활용 가능한 배터리 전력으로 탈바꿈할 수 있을지 귀추가 주목된다.