핀란드의 핵폐기물 매립 계획

핀란드는 사용후 핵연료봉을 지하 깊숙이 장기간 매장하는 최초의 국가가 되기 직전입니다.  자세한 내용을 알아보기 위해 Onkalo 사이트를 방문합니다. "Onkalo"는 동굴 또는 빈 공간을 뜻하는 핀란드어입니다. 그것은 크고 깊은 것을 의미합니다. onkalo가 어디에서 끝나는지 또는 전혀 끝나지 않는지 알 수 없습니다.

지난 20년 동안 핀란드에서 만들어진 거대한 무덤에 어울리는 이름입니다. 남서부 올킬루오토 섬의 암반 450m 깊이에 위치한 온칼로는 세계 최초의 사용후핵연료 영구저장장이다.

올킬루오토로 가는 완만하게 구불구불한 길은 하늘까지 높이 뻗은 소나무가 늘어서 있습니다. 5개월의 겨울이 지나고 이곳에 자연이 되살아났습니다. 땅은 작은 노란색 꽃 융단으로 덮여 있고 공기는 새소리로 가득 차 있습니다. 그것은 주요 산업 현장에 대한 환경이 너무 아름답습니다.

올킬루오토는 해변에 나란히 서 있는 세 개의 원자로가 있는 곳입니다. 세 번째는 올해에야 가동되어 15년 만에 서유럽에서 전력을 공급하는 최초의 새로운 원자로가 되었습니다 . 이 원자로는 남부 해안의 Loviisa에 있는 다른 두 원자로와 함께 핀란드 전력의 33%를 생산합니다 .

Olkiluoto 원자로에서 차로 몇 분 거리에 세계 최초의 사용후핵연료 지층처분시설(GDF) 건설이 거의 완료되었습니다.

폐기물을 미래 세대에게 맡기는 대신 폐기물 처리에 도전하는 것은 우리 세대의 과학자와 엔지니어의 책임입니다 – Lewis Blackburn

Onkalo는 건설하는 데 10억 유로(8억 6000만 파운드/10억 7000만 달러)의 비용이 들었고 약 2년 후에 운영을 시작할 것으로 예상됩니다. 그것의 도착은 국제원자력기구(IAEA)를 포함한 많은 사람들에 의해 게임 체인저 로 환영받았습니다 . 2020년 현장을 방문한 라파엘 마리아노 그로시(Rafael Mariano Grossi) IAEA 사무총장은 "모두가 고준위 방사성 핵폐기물을 위한 지질학적 처분장에 대한 아이디어를 알고 있었지만 핀란드가 해냈다"고 말했다 .

영국, 미국, 스웨덴, 프랑스, ​​캐나다를 포함한 다른 나라들은 이미 비슷한 해결책을 찾고 있다고 핀란드 프로젝트에 참여하지 않은 헬싱키 대학의 방사화학 교수인 Gareth Law는 말합니다. "핀란드는 다른 나라보다 적어도 10년은 앞서 있습니다."

온칼로(Onkalo)는 인간이 헤아리기 어려운 기간 동안 방사능을 유지할 수 있는 고준위 핵폐기물을 저장하도록 설계되었습니다. 그러나 그것은 이미 뭔가 잘못될 수 있는지에 대한 논쟁을 불러일으켰습니다. 그렇다면 핀란드는 정말로 핵폐기물에 대한 답을 찾았으며 먼 미래에도 그것이 안전할 것이라고 누가 보장할 수 있습니까?

핀란드는 3개의 원자력 발전소 바로 옆에 세계 최초의 영구 핵 저장 부지를 건설하고 있습니다(제공: Posiva)

원자력 에너지는 현재 세계 전력의 약 10%를 제공합니다 . 저탄소이기 때문에 많은 사람들이 기후 변화와의 싸움에서 중요한 역할을 하는 것으로 보고 있습니다 .

그러나 높은 비용과 긴 건설 시간 , 원자로의 안전성에 대한 우려 와 핵 폐기물 처리에 대한 미해결 문제로 인해 많은 국가에서 여전히 논란이 되고 있습니다 .

그럼에도 불구하고 미국과 영국을 포함한 여러 국가에서는 용량을 늘리기 위해 새로운 원자로를 건설하거나 기존 원자로를 업그레이드하고 있으며 인도, 중국, 러시아와 같은 다른 국가에서는 대규모 확장을 계획하고 있습니다 .

이러한 발전소 자체의 안전에 대한 논쟁은 여전히 ​​열려 있지만 수십만 년 동안 환경과 인간의 건강에 위험한 상태로 남아 있는 막대한 양의 사용후 연료와 방사성 폐기물에 대한 해결책도 찾아야 합니다 .

이 폐기물은 인간의 마음으로는 거의 이해할 수 없는 기간 동안 사람들로부터 멀리 떨어져 있고 환경으로부터 격리되어야 합니다. 이 문제는 방사성 폐기물의 안전한 관리를 원자력의 가장 큰 문제 중 하나로 만들었습니다.

IAEA는 2016년 현재 전 세계적으로 약 260,000톤의 사용후 핵연료가 임시 저장되어 있으며 대부분은 원자로 부지에 있다고 추정합니다. 전 세계 사용후 연료의 약 70%는 저장 연못에 있으며 나머지는 건조 통이라고 하는 콘크리트 및 강철 용기에 있습니다.

이 상황이 무기한으로 유지될 수 있다고 믿는 사람은 거의 없습니다.

"우리 모두는 60년 이상 원자력 에너지의 혜택을 받아왔습니다."라고 영국 Sheffield 대학의 핵 물질 강사인 Lewis Blackburn은 말합니다. "폐기물을 미래 세대에게 맡기는 대신 폐기물 처리에 도전하는 것은 우리 세대의 과학자와 엔지니어의 책임입니다."

그는 Onkalo가 대중의 지지를 받고 있으며 민주적 절차를 통해 만들어졌다고 말합니다. "이것은 예외적이고 거대한 이정표입니다. 핀란드는 성공적인 협력과 대중과의 투명한 의사소통을 통해 달성할 수 있는 것의 모범을 세계에 보여주었습니다."

온칼로 저장소의 사용후핵연료 캐니스터가 장기적으로 저장되는 터널과 유사한 테스트 증착 터널(Credit: Erika Benke)

과학자들은 지금까지 수십 년 동안 고준위 핵폐기물을 처리하는 방법과 씨름해 왔습니다. 사용후핵연료는 매우 위험하기 때문에 관리하기 가장 어려운 종류의 폐기물 중 하나입니다. 그것은 가까운 사람에게 치사량을 제공할 수 있는 방사선 수준을 생성한다고 Blackburn은 말합니다.

Law에 따르면 과학적 합의는 Onkalo와 같이 안정된 암석층을 가진 특별히 설계된 저장소에서 수십만 년 동안 지층 처분이 사용후핵연료에 대해 "가장 실행 가능한 접근 방식"이라는 것입니다. "우리는 땅을 파고 땅을 파고, 폐기물을 처리하고, 주변에 장벽을 쌓기 위한 엔지니어링 솔루션을 가지고 있습니다."

핀란드 방사선원자력안전청은 온칼로 기반암의 특성이 사용 후핵연료 최종처분의 안전성 확보에 유리하다는 결론을 내렸다.

Onkalo는 핀란드의 다른 지역과 마찬가지로 지질학적으로 매우 안정적 이며 지진의 위험이 낮습니다. "Onkalo의 암석은 편마암 편마암입니다. 하나의 암석에 두 가지 유형의 암석이 혼합되어 있습니다."라고 Posiva의 주요 지질학자인 Antti Joutsen은 설명합니다. "거의 20억년이 되었고 매우 어렵습니다."

이것은 암석이 폐기 개념에서 세 가지 안전 장벽 중 하나이기 때문에 중요합니다. 또한 지하 깊숙이 퇴적 터널과 구멍을 건설할 수 있을 만큼 충분히 안정적이어야 합니다. 

Onkalo가 기존 원자력 발전소와 근접한 것도 그곳에 위치 결정과 관련이 있다고 Law는 말합니다. "원자력 투자와 관련하여 전 세계의 문제 중 하나는 님비[이즘] 또는 '내 뒷마당에 있지 않음'입니다."라고 그는 덧붙입니다. "핀란드의 이 지역 사람들은 이미 원자력 에너지를 가지고 있었고 그것을 받아들였습니다. 따라서 이곳에 폐기물을 두는 것은 그들에게 그다지 믿음의 도약이 아니었습니다." ( 핀란드 핵폐기물 프로젝트가 원시를 수용한 방법 에 대해 자세히 알아보기 ).

Onkalo는 사용한 연료봉을 먼저 재처리하지 않고 가져갈 것입니다. 일부 과학자들은 재사용 가능한 핵물질과 고준위 핵폐기물을 생산하는 사용후 핵연료에서 플루토늄과 우라늄을 분리하는 과정인 재처리가 남아있는 전체 폐기물의 양을 줄임으로써 이들을 더 안전하게 만들 것이라고 말합니다. Posiva에 대한 연구를 수행한 헬싱키 대학의 화학과 강사인 Marja-Siitaru Kauppi는 "신선한 연료를 만드는 데 사용할 수 있는 우라늄과 플루토늄을 [또한] 회수할 수 있습니다. 전 세계 핵폐기물의 약 1/3이 재처리되어 유리화(유리화 ) 될 수 있습니다 .

그러나 다른 사람들은 재처리가 핵 테러의 위험을 증가시킨다고 말합니다. 장기적으로 유리화된 폐기물은 지하수와 접촉하여 용해될 수도 있습니다 . Onkalo를 구축하고 운영하기 위해 설립된 회사인 Posiva는 자체적으로 재처리가 기술적으로 까다롭고 비용이 많이 든다고 말합니다 . 또한 여전히 일정량의 고준위 폐기물을 배출한다고 Posiva의 연구 개발 코디네이터인 Johanna Hansen은 지적합니다. "그래서 어떤 경우에도 처리 시설이 필요할 것입니다."

현재 두 개의 빨간색 X로 표시된 문 뒤에 있는 엘리베이터 통로는 핵 연료봉이 들어 있는 캐니스터를 437m(1,430ft) 깊이의 착륙장으로 운반합니다(Credit: Erika Benke)

핀란드는 20여 년 전 핀란드의 두 원자력 발전소가 사용후핵연료를 한 곳에 처분하기로 합의하면서 온칼로에 시설을 건설하기로 결정했습니다 . 핀란드 정부는 2000년 12월에 시설 건설 계획을 승인하면서 "연구된 처분 옵션 중 기반암 심층 처분이 생물권과 인간 서식지로부터 고준위 핵폐기물을 격리할 수 있는 가장 좋고 가장 현실적인 가능성을 제공한다"고 말했습니다.

Onkalo 저장소는 Posiva와 협력하여 스웨덴 핵 연료 및 폐기물 관리 회사에서 개발한 KBS-3 개념을 기반으로 합니다. 아이디어는 핵 폐기물 주변에 세 가지 장벽을 만드는 것입니다. 먼저 구리 용기에 넣은 다음 용기를 벤토나이트(물을 흡수하는 점토)로 감싸고 마지막으로 기반암 깊은 곳의 터널에 묻습니다.

"공정은 표면에 있는 캡슐화 공장에서 시작됩니다."라고 20년 이상 이 프로젝트에서 일해 온 Hansen은 말합니다. "여기서 사용 후 연료봉을 두 부분으로 구성된 폐기 용기에 넣을 것입니다. 주철로 만든 내부 쉘과 5cm(2in-) 두께의 구리로 만든 외부 쉘이 있습니다."

그런 다음 용기에 뚜껑을 용접하고 폐기 시설의 저장 공간으로 운반한다고 그녀는 말합니다. 부지가 준비되면 이들은 지하 450m(1,500ft)의 수평 퇴적 터널로 옮겨져 최종 폐기가 이루어집니다.

Onkalo는 핀란드의 5개 원자력 발전소에서 생산되는 모든 고준위 핵폐기물을 전체 수명 주기 동안 처리합니다. – Antti Joutsen

엘리베이터는 처음에 캐니스터를 약 437m(1,430ft) 깊이의 착륙장으로 내립니다. 내가 2023년 5월에 방문했을 때 이 승강기는 조명이 밝은 넓은 휴게소에서 두 개의 큰 빨간색 X로 표시된 문 뒤에 있습니다. 여기에서 안전이 핵심입니다. 이곳은 여전히 ​​활발한 건설 현장입니다. 여기에서 로봇 이송 차량이 캐니스터를 증착 구멍으로 가져갈 것이라고 Hansen은 말합니다.

지금까지 모두 350m(1,150ft) 길이의 막다른 퇴적 터널 5개가 건설되었습니다. 또 다른 85개는 시설이 채워짐에 따라 수년에 걸쳐 건설될 것입니다. 각 퇴적 터널에는 바닥에 약 40개의 수직 원형 구멍이 있으며 각 구멍의 깊이는 8m(26ft)이고 너비는 2m(7ft)입니다. 전체적으로 약 3,000개의 캐니스터를 위한 공간이 있으며 각 수직 구멍에 하나씩 있습니다.

"그들은 총 5,500톤의 폐기물을 담을 것입니다."라고 Joutsen은 말합니다. "그래서 Onkalo는 핀란드의 5개 원자력 발전소에서 생산되는 모든 고준위 핵 폐기물을 전체 수명 주기 동안 가져갈 것입니다."

각 캐니스터가 묻힌 후 그 구멍은 벤토나이트로 채워질 것이라고 Hansen은 말합니다. "각 구멍에 캐니스터를 넣으면 더 많은 벤토나이트로 터널을 채우고 콘크리트로 밀봉할 것입니다."

사용후 핵연료의 최종 처리는 향후 몇 년 안에 시작될 것입니다 . Posiva는 저장소가 가득 차려면 100-120년이 걸릴 것으로 추정합니다. 그 시점에서 전체 시설이 봉쇄되어 적어도 100,000년 동안 방해받지 않고 용기가 놓여져 치명적인 방사능 내용물이 외부 세계와 격리될 수 있습니다.

이곳에서는 지진의 위험이 낮지만 지진 활동이 고려되었다고 Joutsen은 말합니다. "향후 백만 년 동안 몇 번의 빙하기가 있을 것이며 지진의 위험이 있을 것입니다. 온칼로 위에는 2-3km(1.2-1.9마일) 두께의 빙상이 있을 것이며 이는 지구의 지각을 수백 배 아래로 밀어낼 것입니다. Onkalo는 이를 견딜 수 있도록 제작되었습니다."

빙하기가 끝나면 지각이 다시 융기하기 시작할 것입니다. 이때 용기를 깨뜨릴 수 있는 지진이 일어날 수 있다고 그는 덧붙입니다. "그것을 방지하기 위해 가능한 최상의 위치에 배치하고 있습니다. 폐기 구멍은 기반암의 골절되지 않은 부분에 있습니다."

온칼로(Onkalo)는 현재 여전히 활발한 건축 현장이며 이곳에는 아직 핵폐기물 퇴적물이 생성되지 않았습니다(Credit: Getty Images)

GDF는 방사성 폐기물의 안전한 장기 관리를 위해 제안된 유일한 아이디어가 아닙니다. 예를 들어, 노르웨이는 깊은 시추공 처리를 고려하고 있습니다 . 여기서 폐기물은 캐니스터에서 건설 터널 없이 얇은 시추공에서 훨씬 더 깊은 3,500m(11,500ft)로 낮아집니다.

핵폐기물을 로켓으로 우주 공간으로 쏘 거나 지구의 지각판이 다른 판 아래로 내려가는 지역인 섭 입대 에 넣는 것과 같은 거의 믿을 수 없는 다른 옵션도 제안되었습니다 .

그럼에도 불구하고 일부 과학자들이 핀란드의 접근 방식에 대해 우려하고 있기 때문에 대안을 계속 탐색하는 것이 이치에 맞습니다.

핵폐기물 처리 방법에 대한 새로운 아이디어를 가진 더 현명한 사람들이 우리 뒤에 있을지도 모릅니다. –Marja-Siitaru Kauppi

Posiva는 Onkalo가 핵폐기물로부터 장기적인 보호를 제공할 것이라는 이론 및 실험실 연구를 보여주었다고 말합니다. 그러나 온칼로에서 사용된 KBS-3 처분 개념의 안전성에 대해 우려하는 비판이 있습니다.

KBS-3V는 다중 장벽 원리를 기반으로 합니다. 사용후핵연료는 구리 캐니스터, 벤토나이트 점토 및 기반암의 세 가지 보호 장벽 내에 포함됩니다. 가장 중요한 장벽은 구리 캐니스터 이며 Onkalo는 혐기성 조건, 즉 주위에 벤토나이트 점토가 있는 기반암에 묻힐 때와 같이 산소가 없는 조건에서 구리가 부식되지 않는다고 가정합니다.

그러나 스웨덴 왕립 기술 연구소(KTH)의 연구원들은 합금되지 않은 구리 캐니스터의 내식성에 대해 의구심을 제기했습니다. 그들은 그들의 실험에서 구리가 혐기성 조건에서도 부식될 수 있음을 시사한다고 말했습니다.

"벤토나이트 점토와 암석으로 터널을 채울 수 있지만 자연이 알아서 할 것"이라고 스톡홀름에 있는 KTH 왕립 기술 연구소의 화학자 Peter Szakálos는 말합니다. "물은 터널로 들어가 이론적 모델이 예측하는 것보다 훨씬 빠르게 구리를 부식시킬 것입니다."

부식 균열은 100년 이내에 Onkalo의 많은 통을 깨뜨릴 수 있다고 Szakálos는 주장합니다.

Posiva는 부식에 대한 자체 연구를 수행한 후 이러한 주장을 거부했습니다. Posiva 과학자들과 독립적인 전문가들의 논문은 "구리 껍질의 응력 부식은 저장소 조건에서 발생하지 않는 것으로 간주된다"고 결론지었습니다. 또한 실험실의 실험 조건에서 관찰된 부식은 Onkalo의 지하 450m(1,500ft) 조건과 관련이 없다고 주장합니다.

우리는 호모 사피엔스가 살아온 것보다 더 오래 작동할 무언가를 만들려고 노력하고 있습니다. 시간 범위는 놀랍습니다 – Antti Joutsen

이 상충되는 증거는 Onkalo와 동일한 KBS-3 개념을 기반으로 스웨덴에 저장소를 구축하려는 계획을 지연시켰습니다 . 그러나 2022년 1월 스웨덴 정부는 스톡홀름에서 북쪽으로 약 130km(81마일) 떨어진 Forsmark에 GDF를 건설하는 데 승인을 내렸습니다 . Posiva의 Hansen은 구리 논쟁을 잠재워야 할 개발로 간주했습니다.

"우리는 강력한 다중 장벽 개념을 가지고 있으며 향후 백만년 안에 발생할 수 있는 시나리오에 대비하고 있습니다."라고 Hansen은 말합니다. "예를 들어, 용기가 일찍 새기 시작하면 어떻게 되는지, 점토가 잘못 설치되면 어떻게 되는지, 터널에 더 많은 물이 있고 물의 화학적 성질이 우리가 예상한 것과 다르다면 어떻게 되는지 살펴봤습니다. 위험 평가 결과 우리가 안전한 쪽에 있다는 걸 보여줘."

적어도 현재로서는 핀란드와 스웨덴이 계획을 진행하고 있지만 Szakalos는 구리 부식에 대한 더 많은 연구가 있을 것이라고 말했습니다.

Onkalo의 증착 터널은 지하 450m(1,500ft)에 있습니다. 여기에서 사용후 핵 연료봉의 최종 폐기가 이루어집니다(Credit: Getty Images)

Onkalo와 제안된 스웨덴 시설은 모두 최소 100,000년 동안 방사성 폐기물을 안전하게 유지하는 것을 목표로 합니다. Joutsen은 "우리는 호모 사피엔스가 살아 있는 것보다 더 오래 작동할 수 있는 것을 만들려고 노력하고 있습니다."라고 말합니다. "시간 범위가 놀랍습니다."

시설이 가득 차면 터널은 봉쇄되고 지표면의 건물은 철거되고 토지는 복원됩니다. "동물, 나무, 식물, 집이 있을 것입니다."라고 Joutsen은 말합니다. 그는 자신이 120년 안에 살아 있다면 기꺼이 온칼로의 땅을 사겠다고 말했습니다. 나중에 오는 것은 더 불확실합니다. Onkalo에 대한 모든 지식이 수천 년 안에 사라질 가능성은 전적으로 있습니다.

사회 과학자들은 우리가 뒤에 남겨둔 위험에 대해 경고하기 위해 인간 또는 먼 미래에 우리를 쫓을 다른 사람과 의사 소통하는 방법에 대한 도전과 씨름해 왔습니다 . ( 10,000년 동안 핵 경고를 구축하는 방법 에 대해 자세히 읽어보십시오 .)

Onkalo 표시에 대한 한 가지 토론은 미래에 언어가 사라질 경우 보편적으로 이해되는 위험 신호를 찾는 데 중점을 두었습니다. 그러나 Posiva, 의사 결정자 및 연구원의 현재 생각은 Onkalo를 전혀 표시하지 않는 것입니다. Joutsen은 "미래 세대는 이에 대해 알 필요가 없습니다."라고 주장합니다. "그것은 너무 깊고 고립되어 있습니다. 여기에는 많은 구리와 플루토늄이 있을 것이고 표지판은 사람들이 그것을 회수하기 위해 땅을 파기 시작하도록 부추길 것입니다. 도굴꾼들이 약탈한 이집트의 피라미드와 약간 비슷합니다."

그러나 최종 결정은 내려지지 않았습니다. 이 시설은 100년에서 120년 동안 계속 열려 있기 때문에 서두를 필요가 없습니다.

Kauppi는 사람들이 공감할 수 있는 관점에서 사이트를 표시하는 것에 대한 토론을 하는 것이 중요하다고 말합니다. 그녀는 종종 헬싱키 대학의 학생들에게 방사능이 약 120년 전에 발견되었다는 사실을 상기시킵니다. "우리는 지금 앞으로 수십만 년 안에 일어날 수 있는 일들에 대해 이야기하고 있습니다. 우리는 앞으로 백 년 안에 무슨 일이 일어날지조차 모릅니다."

Kauppi는 핀란드가 Onkalo를 잘 사용하고 있다고 "매우 확신"하지만 다른 솔루션에 대한 문은 여전히 ​​열려 있어야 한다고 생각합니다.

"우리 다음에는 핵폐기물을 어떻게 처리해야 하는지에 대한 새로운 아이디어를 가진 더 현명한 사람들이 있을 수 있습니다. 그들은 더 나은 것을 발명할 수 있습니다. 우리는 정직한 연구에 기초한 현재 지식으로 지금 최선을 다하기만 하면 됩니다."